毕业论文：《电流互感器二次故障在线监测装置的研究》.docVIP

第PAGE 4页 北京交通大学毕业设计（论文） PAGE \* MERGEFORMAT4 第一章 绪论 1.1目的及意义 电流互感器（即CT）是当前电力系统运行中重要组成设备, 是交流电路中二次系统和一次系统间的联络元件, 用于给测量仪器、保护和仪表、控制装置等传递信息, 属于特殊种类的变压器, 其工作原理与变压器基本相同。CT的基本结构主要由铁芯、一次绕组和二次绕组构成, 铁芯与一、二次绕组之间均有绝缘措施, 在正常工作情况下, 一次回路电流与二次回路电流成正比。使用时串联在被测线路里的一次绕组匝数少，与继电器、控制装置和测量仪器等电流线圈串联使用的二次绕组匝数多，测量仪表、控制装置和继电器等电流线圈阻抗很小，故在CT正常运行时二次侧是接近短路状态的。CT一次电流的大小决定了二次电流，二次电流产生的磁势是为了平衡一次电流的磁势。若CT二次侧开路，其阻抗无穷大，二次电流等于零，从而其磁势也等于零，就不能平衡一次电流产生的磁势，此时一次电流将全部作用于激磁，使互感器铁芯严重饱和。磁饱和使铁损增 图1-1-1：二次侧开路引起的设备损坏 大，电流互感器发热，线圈的绝缘也会因温度太高而被烧坏，还会在CT的铁芯上产生剩磁，从而增大CT误差。更严重的是由于铁芯磁饱和，交变磁通的正弦波将会变为梯形波，在磁通急速变化的时刻，CT二次线圈上将感应得到很高的电压，其峰值甚至可以达到几千伏，如此高的电压作用在二次回路和二次线圈上，对设备装置和工作人员的安全都存在严重的威胁(如图1-1-1)。 所以CT在任何时刻都是不允许二次侧开路。 在三相电力系统中，可以通过对比各相电流值来判断是否有某相开路，但对于铁路牵引变电所，所用电压是单相的，对比法不再适用，只能用一些传统的方法来判断二次侧是否开路。传统方法是依据电流互感器二次侧发生开路时，常伴随发生的一些现象来初步判断是否开路。 (1)回路中仪表指示不正常为零或降低。 (2)电流互感器本体有无振动、噪声等均匀的声音，但这种现象在负荷小时根本明显，不易被工作人员发现。 (3)利用紫外线测温仪或示温变色蜡片监测电流互感器本体有没有比较严重的发热，有无冒烟、变色、喷油、异味等，这种现象在负荷小时同样不太明显，还是不易被工作人员。 (4)检查CT二次回路元件线头、端子等有无打火或放电现象。 (5)在误跳闸或越级跳闸时，继电保护发生误动或拒动。 (6)继电器、电能表、仪表等烧坏并冒烟。 上面说到的几种方法，虽然可以发现CT开路故障，但同时也有很大的局限性： (1)对值班人员的素质依赖很大，如果值班人员的素质不高，或者工作不认真，就不会发现CT的故障。 (2)这些现象都是在不良后果已经产生后才发现的，即使发现了故障，但已经造成了一定的损失。 (3)在负荷电流不大，以上异常现象不会很明显，不易被工作人员即使发现。 (4)当电路中有多个线圈，其中的保护线圈发生开路，因保护回路电流无法观测，故不能及时发现。 由此可知，目前铁路牵引变电所中的综合自动化系统中没有自动检测电流互感器二次回路开路的功能。为此，我们急需寻求一种能及时判断CT二次侧是否发生开路的新方法。 1.2本文所要完成的工作 以电流互感器工作机理、导纳法监测原理为基础，设计出能对电流互感器运行在轻载和超载都能准确检测的装置的总体方案。根据该方案完成具体的硬件电路设计和软件设计，最后制作出实物，并对其进行实验室调试。其具体工作如下： 对设计的基础——导纳法进行机理分析； 以单片机技术为核心、滤波技术为主导，设计出系统的硬件电路原理图； 用汇编语言编写单片机在本设计中所需的软件环境； 完善硬件电路原理图，依据该原理图画出PCB（印制电路板）图，并制作实物； 结合系统的硬件和软件环境，对实物进行实验室调试。 第二章 电流互感器二次回路故障在线监测装置的总体设计 2.1监测装置系统的总体设计 图2-1- SEQ 图2-1- \* ARABIC 1 电流互感器等效电路 电流互感器二次侧故障均可反映在电流回路阻抗(导纳的倒数)值的变化上，对电流回路中阻抗值进行实时检测，就可以对电流互感器的二次回路中的运行情况进行诊断。 CT在其线性工作区域可以被当做作一个恒流源，它的内阻无限大，二次端的输出不会因为二次负载导纳的变化而变化。当二次阻抗持续增加，二次励磁电压将会达到CT的饱和点，电流互感器进就会入非线性的区域，从而励磁电流增大，而二次端负荷的电流将会被励磁回路分流。 从CT的等效电路（如图2-1-1）可以得到出理论误差公式：