蔡德煌

摘要：在電力設(shè)備中，由于電壓電流過(guò)大的原因，保護(hù)、測(cè)量裝置無(wú)法直接接入一次設(shè)備中。電流互感器就是把電力系統(tǒng)中的一次大電流轉(zhuǎn)換成能夠接入儀表和保護(hù)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(wèn)題，并對(duì)電流互感器的接地點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的分析和研究。

關(guān)鍵詞：電流互感器；飽和問(wèn)題；接地點(diǎn)；變電運(yùn)行；繞組

中圖分類號(hào)：TM452文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2012）18

1電流互感器

1.1互感器內(nèi)部構(gòu)造

電流互感器運(yùn)用于電力設(shè)備中，其內(nèi)部一次繞組為1～2匝，通常情況下為一次設(shè)備進(jìn)出導(dǎo)線。二次繞組匝數(shù)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(dāng)它的一次繞組為1匝時(shí)，相對(duì)應(yīng)的二次繞組匝數(shù)就為250匝。

1.2誤差原因分析

電流互感器內(nèi)部的鐵芯中存在著勵(lì)磁電流，所產(chǎn)生的勵(lì)磁阻抗性質(zhì)是電抗，但二次負(fù)載的性質(zhì)為阻抗。這就導(dǎo)致了在二次電動(dòng)勢(shì)的影響下，經(jīng)過(guò)不同電阻元件電流的相位、幅值有所差異。通過(guò)有關(guān)人士對(duì)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(fù)載是純電阻時(shí)，產(chǎn)生的角誤差最大；而二次負(fù)載是純電感時(shí)，所產(chǎn)生的角誤差為零。若勵(lì)磁阻抗為定值時(shí)，會(huì)導(dǎo)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(shí)，若二次阻抗為定值時(shí)，勵(lì)磁阻抗值會(huì)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(tài)。這時(shí)負(fù)載阻抗和勵(lì)磁電流較小，而勵(lì)磁阻抗的數(shù)值較大，一次繞組、二次繞組的磁勢(shì)處于平衡。但是，若互感器中鐵芯的磁通密度增大并達(dá)到飽和時(shí)，會(huì)引起Zm隨著飽和度的增加而迅速降低，不同勵(lì)磁電流間的線性比例關(guān)系會(huì)被打破。而引起電流互感器達(dá)到飽和的因素主要包括：電流過(guò)大；負(fù)載過(guò)大。當(dāng)連接電流互感器的負(fù)載過(guò)大時(shí)，引起二次電壓的增大，導(dǎo)致鐵芯的磁通密度上升，達(dá)到飽和。

電流互感器達(dá)到飽和時(shí)的特點(diǎn)有：二次電流減小，電流波形出現(xiàn)高次諧波分量較大的畸變；內(nèi)阻減小，甚至接近于零；若發(fā)生一次故障，電流的波形在零點(diǎn)附近時(shí)，電流互感器會(huì)引起線性關(guān)系傳遞；在故障的瞬間，互感器會(huì)在滯后5秒左右才開(kāi)始達(dá)到飽和。一般情況下，嚴(yán)禁電流互感器的二次發(fā)生開(kāi)路現(xiàn)象。因?yàn)樵陔娏骰ジ衅鬟\(yùn)行過(guò)程中，一旦發(fā)生二次開(kāi)路，就會(huì)使一次電流轉(zhuǎn)換成為勵(lì)磁電流，引起鐵芯的磁通密度增加，導(dǎo)致電流互感器的快速飽和。飽和磁通會(huì)產(chǎn)生較高電壓，對(duì)一次和二次繞組絕緣設(shè)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(hù)影響及對(duì)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(tǒng)的短路電流相同，而低壓一側(cè)的短路電流相對(duì)較大。若對(duì)變壓器的保護(hù)力度不到位，就會(huì)嚴(yán)重影響對(duì)變壓器或者整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。傳統(tǒng)變壓器都有熔斷器保護(hù)裝置，有安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。但是，隨著系統(tǒng)自動(dòng)化要求的提高、短路容量的增加，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)無(wú)法滿足需求。對(duì)于一些新建、改造的變電站，往往配置有變壓器開(kāi)關(guān)柜，系統(tǒng)的保護(hù)裝置也與10kV的線路相似，但缺點(diǎn)是經(jīng)常忽視電流互感器的飽和問(wèn)題。同時(shí)，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(jì)量準(zhǔn)確性，會(huì)使電流互感器的變比減小。一旦變壓器發(fā)生故障，會(huì)引起電流互感器的飽和，二次電流速度降低，導(dǎo)致變壓器的保護(hù)拒動(dòng)。若變壓器中高壓側(cè)發(fā)生故障，所產(chǎn)生的短路電流會(huì)自動(dòng)切除后備保護(hù)動(dòng)作。若低壓側(cè)發(fā)生故障，產(chǎn)生的短路電流無(wú)法達(dá)到后備保護(hù)啟動(dòng)值，就會(huì)使故障無(wú)法切除，甚至引起變壓器的燒毀，對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。

解決變壓器的保護(hù)拒動(dòng)，需要從變壓器的合理配置入手，在選擇電流互感器時(shí)要顧及變壓器發(fā)生故障引起的飽和問(wèn)題。不同功能的電流互感器要互相區(qū)別，例如計(jì)量用的互感器要設(shè)在變壓器的低壓側(cè)，用以確保計(jì)量精度要求；而保護(hù)用的互感器一般設(shè)在變壓器的高壓一側(cè)，用以確保變壓器保護(hù)工作。

2.2電流保護(hù)影響及對(duì)策

電流互感器發(fā)生飽和以后，會(huì)引起二次等效電流的減小，引發(fā)保護(hù)拒動(dòng)。當(dāng)遠(yuǎn)離電源或阻抗系數(shù)較大時(shí)，線路出口的短路電流會(huì)較小。但如果擴(kuò)大系統(tǒng)的規(guī)模，短路電流就會(huì)隨之增大，甚至達(dá)到互感器一次電流的上百倍，從而引起系統(tǒng)中本來(lái)能正常運(yùn)行的互感器發(fā)生飽和。同時(shí)，短路電流故障屬于暫態(tài)過(guò)程，電流中有大量的不同期分量，會(huì)加快電流互感器的飽和。若10kV的線路中發(fā)生短路故障，電流互感器的飽和會(huì)使二次側(cè)的電流減小，導(dǎo)致保護(hù)裝置拒動(dòng)。母線及主變低壓側(cè)的開(kāi)關(guān)切除，會(huì)導(dǎo)致故障的范圍增大、時(shí)間延長(zhǎng)，對(duì)供電的可靠性造成影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)威脅到設(shè)備的安全運(yùn)行。

通過(guò)上文分析得知，電流互感器發(fā)生飽和時(shí)，會(huì)導(dǎo)致一次電流轉(zhuǎn)變?yōu)閯?lì)磁電流。同時(shí)，二次電流為零，通過(guò)繼電器電流也為零，設(shè)備內(nèi)保護(hù)裝置發(fā)生拒動(dòng)。針對(duì)以上問(wèn)題，應(yīng)該盡量降低互感器的負(fù)載阻抗，避免電流互感器的共用，同時(shí)加大電纜截面面積以及電纜長(zhǎng)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(wèn)題。

3電流互感器的繞組及接地

3.1互感器繞組布置

在進(jìn)行電流互感器繞組布置時(shí)，既要防止保護(hù)死區(qū)的出現(xiàn)，又要規(guī)避互感器中容易出現(xiàn)故障的地方。不同保護(hù)裝置的保護(hù)范圍間要交叉進(jìn)行，電流互感器的極性端要在母線側(cè)安裝。因?yàn)殡娏骰ジ衅魇且砸淮螛O性端為依據(jù)進(jìn)行二次繞組排列的。若一次極性端出現(xiàn)放置錯(cuò)誤的現(xiàn)象，即使二次繞組排列正確也會(huì)導(dǎo)致保護(hù)死區(qū)的出現(xiàn)。同時(shí)，由于電流互感器故障的易發(fā)性，母線保護(hù)動(dòng)作的停電擴(kuò)大，所以一般要把互感器底部與母線保護(hù)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(diǎn)包括外殼接地、末屏接地。外殼接地主要是為了防止感應(yīng)電壓對(duì)外部絕緣進(jìn)行破環(huán)，避免人身安全事故的發(fā)生。有關(guān)規(guī)定明確指出外殼接地要有兩根干線且和主接地網(wǎng)相連，并達(dá)到熱穩(wěn)校核要求。電流互感器中主絕緣有多層油紙保護(hù)，最外部的一層就是末屏層。末屏不采取接地措施時(shí)，會(huì)使末屏對(duì)地絕緣，引起高電場(chǎng)向表面絕緣層移動(dòng)，容易在外層產(chǎn)生高達(dá)幾萬(wàn)伏的電壓。小套管離絕緣距離較近，若高電壓持續(xù)時(shí)間過(guò)久，就會(huì)擊穿絕緣，導(dǎo)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(diǎn)，大多是由端子箱接地。二次回路接地于一點(diǎn)主要是為了保護(hù)人身及設(shè)備的安全。如果沒(méi)有接地點(diǎn)，電流互感器的高電壓就會(huì)通過(guò)互感器繞組間分布電容、對(duì)地電容進(jìn)入二次回路。若回路有接地點(diǎn)存在，會(huì)使電容短接，二次回路中電壓降低為零，達(dá)到安全保護(hù)的目的。若保護(hù)裝置是由多組互感器連接而成，需要在保護(hù)屏上通過(guò)端子排進(jìn)行接地連接。在互感器回路中，若電流繼電器的兩側(cè)都存在接地點(diǎn)，兩個(gè)接地點(diǎn)會(huì)與地面構(gòu)成并聯(lián)回路，造成分流現(xiàn)象，從而減少通過(guò)電流線圈的電流。若出現(xiàn)接地故障時(shí)，不同接地點(diǎn)會(huì)引起線圈中額外電流的出現(xiàn)。

4結(jié)語(yǔ)

電流互感器是把電力系統(tǒng)中的一次大電流轉(zhuǎn)換成能夠接入儀表和保護(hù)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(nèi)部構(gòu)造、飽和問(wèn)題以及在變電站中的運(yùn)用等。在實(shí)際工作中，要防止互感器中接線、配置的失誤，加強(qiáng)互感器驗(yàn)收工作，這樣才能減少故障，避免事故發(fā)生。

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（責(zé)任編輯：文森）