電流互感器在變電運行中的應用

蔡德煌

摘要：在電力設備中，由于電壓電流過大的原因，保護、測量裝置無法直接接入一次設備中。電流互感器就是把電力系統中的一次大電流轉換成能夠接入儀表和保護裝置的二次小電流的裝置。文章主要論述了電流互感器的工作原理、飽和問題，并對電流互感器的接地點問題進行了詳細的分析和研究。

關鍵詞：電流互感器；飽和問題；接地點；變電運行；繞組

中圖分類號：TM452文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）18

1電流互感器

1.1互感器內部構造

電流互感器運用于電力設備中，其內部一次繞組為1～2匝，通常情況下為一次設備進出導線。二次繞組匝數較多，且二次額定電流多為1A或者5A。例如，若電流互感器的變比是1250/5，那么當它的一次繞組為1匝時，相對應的二次繞組匝數就為250匝。

1.2誤差原因分析

電流互感器內部的鐵芯中存在著勵磁電流，所產生的勵磁阻抗性質是電抗，但二次負載的性質為阻抗。這就導致了在二次電動勢的影響下，經過不同電阻元件電流的相位、幅值有所差異。通過有關人士對電流互感器等值回路和角誤差的分析得出：若電流互感器中的二次負載是純電阻時，產生的角誤差最大；而二次負載是純電感時，所產生的角誤差為零。若勵磁阻抗為定值時，會導致二次阻抗的增大，從而引起電流互感器比誤差的增大。同時，若二次阻抗為定值時，勵磁阻抗值會減小，比誤差增大。需要注意的是，電流互感器的誤差要求是：角度誤差不大于7°，幅值的誤差要小于10%。

1.3電流互感器的飽和

在正常情況下，電流互感器中的鐵芯磁通處于不飽和的狀態。這時負載阻抗和勵磁電流較小，而勵磁阻抗的數值較大，一次繞組、二次繞組的磁勢處于平衡。但是，若互感器中鐵芯的磁通密度增大并達到飽和時，會引起Zm隨著飽和度的增加而迅速降低，不同勵磁電流間的線性比例關系會被打破。而引起電流互感器達到飽和的因素主要包括：電流過大；負載過大。當連接電流互感器的負載過大時，引起二次電壓的增大，導致鐵芯的磁通密度上升，達到飽和。

電流互感器達到飽和時的特點有：二次電流減小，電流波形出現高次諧波分量較大的畸變；內阻減小，甚至接近于零；若發生一次故障，電流的波形在零點附近時，電流互感器會引起線性關系傳遞；在故障的瞬間，互感器會在滯后5秒左右才開始達到飽和。一般情況下，嚴禁電流互感器的二次發生開路現象。因為在電流互感器運行過程中，一旦發生二次開路，就會使一次電流轉換成為勵磁電流，引起鐵芯的磁通密度增加，導致電流互感器的快速飽和。飽和磁通會產生較高電壓，對一次和二次繞組絕緣設施破壞較大，容易造成人身安全威脅。

2電流互感器的飽和影響

2.1變壓器保護影響及對策

一般變壓器的容量較小、可靠性高，大多安裝在10kV、35kV的母線上，高壓短路電流與系統的短路電流相同，而低壓一側的短路電流相對較大。若對變壓器的保護力度不到位，就會嚴重影響對變壓器或者整個系統的安全運行。傳統變壓器都有熔斷器保護裝置，有安全可靠的優點。但是，隨著系統自動化要求的提高、短路容量的增加，傳統的方法已經無法滿足需求。對于一些新建、改造的變電站，往往配置有變壓器開關柜，系統的保護裝置也與10kV的線路相似，但缺點是經常忽視電流互感器的飽和問題。同時，由于變壓器的容量、一次電流較小，并采用共用互感器。為保證計量準確性，會使電流互感器的變比減小。一旦變壓器發生故障，會引起電流互感器的飽和，二次電流速度降低，導致變壓器的保護拒動。若變壓器中高壓側發生故障，所產生的短路電流會自動切除后備保護動作。若低壓側發生故障，產生的短路電流無法達到后備保護啟動值，就會使故障無法切除，甚至引起變壓器的燒毀，對系統的安全運行造成嚴重影響。

解決變壓器的保護拒動，需要從變壓器的合理配置入手，在選擇電流互感器時要顧及變壓器發生故障引起的飽和問題。不同功能的電流互感器要互相區別，例如計量用的互感器要設在變壓器的低壓側，用以確保計量精度要求；而保護用的互感器一般設在變壓器的高壓一側，用以確保變壓器保護工作。

2.2電流保護影響及對策

電流互感器發生飽和以后，會引起二次等效電流的減小，引發保護拒動。當遠離電源或阻抗系數較大時，線路出口的短路電流會較小。但如果擴大系統的規模，短路電流就會隨之增大，甚至達到互感器一次電流的上百倍，從而引起系統中本來能正常運行的互感器發生飽和。同時，短路電流故障屬于暫態過程，電流中有大量的不同期分量，會加快電流互感器的飽和。若10kV的線路中發生短路故障，電流互感器的飽和會使二次側的電流減小，導致保護裝置拒動。母線及主變低壓側的開關切除，會導致故障的范圍增大、時間延長，對供電的可靠性造成影響，嚴重時會威脅到設備的安全運行。

通過上文分析得知，電流互感器發生飽和時，會導致一次電流轉變為勵磁電流。同時，二次電流為零，通過繼電器電流也為零，設備內保護裝置發生拒動。針對以上問題，應該盡量降低互感器的負載阻抗，避免電流互感器的共用，同時加大電纜截面面積以及電纜長度；電流互感器的變比不能太小，要注意線路短路引起的飽和問題。

3電流互感器的繞組及接地

3.1互感器繞組布置

在進行電流互感器繞組布置時，既要防止保護死區的出現，又要規避互感器中容易出現故障的地方。不同保護裝置的保護范圍間要交叉進行，電流互感器的極性端要在母線側安裝。因為電流互感器是以一次極性端為依據進行二次繞組排列的。若一次極性端出現放置錯誤的現象，即使二次繞組排列正確也會導致保護死區的出現。同時，由于電流互感器故障的易發性，母線保護動作的停電擴大，所以一般要把互感器底部與母線保護相分離。

3.2互感器接地

電流互感器的接地包括一次接地和二次接地。其中一次接地點包括外殼接地、末屏接地。外殼接地主要是為了防止感應電壓對外部絕緣進行破環，避免人身安全事故的發生。有關規定明確指出外殼接地要有兩根干線且和主接地網相連，并達到熱穩校核要求。電流互感器中主絕緣有多層油紙保護，最外部的一層就是末屏層。末屏不采取接地措施時，會使末屏對地絕緣，引起高電場向表面絕緣層移動，容易在外層產生高達幾萬伏的電壓。小套管離絕緣距離較近，若高電壓持續時間過久，就會擊穿絕緣，導致電流互感器的爆裂。

互感器中的二次回路只能接地于一點，大多是由端子箱接地。二次回路接地于一點主要是為了保護人身及設備的安全。如果沒有接地點，電流互感器的高電壓就會通過互感器繞組間分布電容、對地電容進入二次回路。若回路有接地點存在，會使電容短接，二次回路中電壓降低為零，達到安全保護的目的。若保護裝置是由多組互感器連接而成，需要在保護屏上通過端子排進行接地連接。在互感器回路中，若電流繼電器的兩側都存在接地點，兩個接地點會與地面構成并聯回路，造成分流現象，從而減少通過電流線圈的電流。若出現接地故障時，不同接地點會引起線圈中額外電流的出現。

4結語

電流互感器是把電力系統中的一次大電流轉換成能夠接入儀表和保護裝置的二次小電流的裝置。文中主要介紹了電流互感器的內部構造、飽和問題以及在變電站中的運用等。在實際工作中，要防止互感器中接線、配置的失誤，加強互感器驗收工作，這樣才能減少故障，避免事故發生。

參考文獻

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[2]國家電網公司．電力保護裝置通用規程[S]．2008．

[3]王富偉，等．電流互感器應用技術[M]．2010．

（責任編輯：文森）