电压电流互感器极性判别的新方法

应用克希霍夫定律(Kirchhoff''s Current Law)及二次回路接线原理，推导出一种判断电压和电流互感器极性的新方法，经与传统的检测方法进行对比，证明了其优越性和实用性，可供继保专业人员参考和运用。

引言

变压器和电流互感器在继电保护二次回路中起一、二次回路的电压和电流隔离作用，它们的一、二次侧都有两个及以上的引出端子，任何一侧的引出端子用错，都会使二次侧的相位变化180度，既影响继电保护装置正确动作，又影响电力系统的运行监控和事故处理，严重时还会危及设备及人身安全。因此，正确判断变压器（电压互感器）和电流互感器的极性正确与否是一项十分重要的工作。

1、传统的极性检测方法

1.1 直流法

电压和电流互感器的传统极性检测直流法可按图1-1接好线，使用干电池和高灵敏度的磁电式仪表进行测定。检测极性时，将电池的正极接在一次线圈的K端上，而将磁电式仪表（如指针式电流表或毫伏表）的正极端接在二次线圈的K端上。当开关S瞬间闭合时，仪表指针偏向右转（正方向），而开关S瞬间断开时，仪表指针则偏向左转（反方向），则表明所接互感器一、二次侧端子为同极性。反之，为异极性。

图1-1 传统极性检测直流法原理图

1.2 交流法

按图1-2所示，将互感器一、二次线圈的尾端L₂、K₂接在一起，在二次线圈上通入1～5V的交流电压，再用10V以下小量程交流电压表分别测量U₂、U₃，若U₃=U₁-U₂，则L₁、K₁为同极性，若U₃=U₁+U₂，L₁、K₁为异极性。

图1-2 传统极性检测交流法原理图

2、新极性检测方法

该方法以KCL和二次接线原理为基本依据，强调注入电流作为引导检测过程的基本手段，将交流安培计的读数作为检测结果，来判断互感器的极性。

2.1 原理

根据KCL的描述: 在任何电路中的任意节点上流入该节点的电流总和等于流出该节点的电流总和，即Σi入=Σi出。当某一节点趋于无穷大的极限情况时，KCL可以推广至任意用一闭合面（虚线表示与纸平面的相交线）所包围的电路部分。该闭合面S包围了部分电路，并与支路1、2、3相交，应用KCL定律可得i1-i3-i2=0。

下面讨论一种特殊状态，当初始时刻电路中无电流通过时，如果强制性地使某一闭合面包围的部分电路中流入一定量的相对于初始状态额外的电流，由于离开包围部分电路的任一闭合面的各支路的电流的代数和为零，所以必有同量的电流流出那部分电路，则可在流出的闭合面的另一支路上串联一只交流安培计测量。那么，当被包围的部分电路为电压和电流互感器的内部电路时，则其中任两相的同极性或异极性将影响流出包围的互感器内部电路电流的大小，然后结果将体现在交流安培计的读数上。下面以电流互感器的星形和三角形两种连接情况来具体说明。

2.2 星形回路检测

在检测之前，须断开一次隔离刀闸，确保电流互感器内部电路处于无电流状态。任选电流互感器的两相，在一次侧线圈的L端同时接地，K端串接一升流装置。在二次侧的中性线n上串接一只交流安培计。用升流装置向其中注入定量的交流电流，电流大小及安培计的量程可由电流互感器的变比确定。数量级约在10-1A至1A之间。同时观察安培计的变化和读数。由于另一单相未注流的原方开路，在二次星形回路中电流继电器线圈阻抗相对很高，所以二次回路的电流I3很小，近似为零。此时若安培计的指针不动或微偏（读数IA也约为零），则说明此两相的二次电路在闭合面包围下其电流近似成环流，安培计所在的中性线n上电流的流入和流出量相等，即此两相极性相同。若安培计指针偏转较大（读数IA约为2I1），则说明其二次电流均流入中性线n，此两极性相异。

再取A、C两相注入电流，如图5接线，并同样根据中性线上安培计的读数来判断A、C两相极性的异同。然后将两组结果结合起来并对照表1便可判断出该组星形连接互感器的极性。

显然从表1可知若测得A、B和A、C两组两相极性均相同，则A、B、C三相极性相同; 若A、B两相极性相同，A、C相异，则C极为异极性; A、B两相极性相异，而A、C相同，则B相为异极性; 若A、B与A、C均相异，则A相为异极性。

3、三角形回路检测

与星形回路相同，先断开一次侧隔离刀闸，任取两相在一次侧线圈的首或未端同时接地，并在此两相一次侧另一端串接一升流装置。在二次侧串接一安培计。同样用升流装置注入电流并同时观察安培计。若安培计的指针不动或微偏，则说明二次闭合面所围电路中的感应电势相互抵消，两相互为异极性（即a、y异端相接），若指针偏转较大，则说明两相感应电势相互迭加，两相互为同极性（即a、y同端相接）。

另注入电流再测，并将二次检测结果写入表2中，以此来判断该组电流互感器三角形连接的极性。

4、新方法的应用

新方法可以广泛应用于电力系统继电保护装置的安装、调试、定时检验及故障处理中去。

4.1 星形连接方面的应用

可应用于现场继电保护自动装置的极性检验，无需将每组三相电压或电流互感器接线解开成单个互感器进行检测，因此可减轻工作量，大幅度提高实验工作效率。

4.2 三角形连接方面的应用

可根据判断的极性确定电压或电流互感器二次回路的三角形接线顺序。用于检查三角回路接线错误，使得故障的排除显得尤为清楚方便。由表2可知，若测知某两相互为同极性，则另两组两相组合的极性关系必为一同一异; 若检测知某两相互为异极性，则另两组两相组合的极性关系必一致，要么均为同极性，要么均为异极性。从而三角形接线情况如表3所示：

5、新旧方法比较

5.1 新法优点

在现场三相一组的电压或电流互感器连接的极性检测中，新法具有测量次数少，测量准确度高，判断依据简单直观，操作方便，可大幅度提高检测工作的效率，是较高级的极性检测方法。适用于三相连接的继电保护二次回路中的电压或电流互感器的极性测定。

5.2 直流法的优点

对于单个单相电压或电流互感器的极性判断，直流法具有原理简单，测量设备接线简便，操作不复杂等优点。适用于单个互感器极性的检测和判断。

5.3 交流法的优点

当互感器的变比在5以下，用交流法检测极性既简单又准确，当变比较大时，由于U₁和U₃数值很接近，电表较难判断，因此不宜采用。

6、结束语

在现场二次回路和电压、电流互感器的极性检测中，要求有极高的准确性和可靠性，新方法符合上述客观需要，经反复实验和论证，新方法值得大力提倡和推广，相信今后它将代替传统方法，运用到现场测试工作中去。