变电运行中电流互感器的应用分析

摘 要：电流互感器的工作原理以电磁感应原理为基础，通过对电流合理的调整，将一次设备和保护装置相连。当电流过大或负载过大时，电流互感器很容易出现饱和状态，对变压器保护和电流保护等造成不利影响，文章主要对此做了分析。

关键词：变电运行；电流互感器；电流保护；变压器保护

中图分类号：TM514 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）35-0095-02

在变电运行中，线路电流变化很大，线路电压过高，测量或保护装置难以与一次设备直接连接，开展测量工作需先对电流进行转换，电流互感器则负责将一次大电流转换为二次小电流，在变电运行中发挥着重要作用。

1 电流互感器

1.1 构成

绕组及闭合铁芯是电力互感器的主要组成部分，绕组有一次绕组和二次绕组之分，前者是与被测电流相接的绕组，匝数较少，只有1-2匝，常与所测线路串联，因此电流流经较多；后者则与测量仪表相接，匝数相对较多，与保护回路相串，如互感器的变比为400/5，则表示能够将400 A的电流转换为5 A的电流。因为二次回路在运行时始终呈闭合状，降低了保护回路串联线圈的阻抗，使得电流互感器在工作时与短路状态相似。

在实际使用中，接线必须采取串联的方式；二次侧必须保持闭合状态，一旦开路，铁芯极易被磁化，致使误差增大或线圈被烧毁；选择变比时应结合被测电流大小做出适当选择，以免增大误差，而且二次侧一端必须接地。

1.2 误差

当外部对电机施加作用时，电机转子中会有相应的电流产生，即励磁电流。铁芯中也有励磁电流存在，产生的励磁阻抗的性质为电抗，而二次负载属于阻抗，以至于受二次电动势作用，不同的电阻元件中流过的电流在幅值和相位等方面也各有不同。据专业人士分析研究，在变电运行中，如果二次负载为纯电感，角误差最小，为零；若是纯电阻，此时的角误差达到最大值。如果励磁阻抗是一个定值，则二次阻抗越大，比误差越大；若二次阻抗是一个定值，励磁阻抗越低，比误差越大。关于误差有严格的要求，角度误差通常需要控制在7°以内，幅值误差不得超过10% 。

1.3 饱和

电流互感器的铁芯磁通一般是不饱和的，所以励磁阻抗较大，而励磁电流和负载阻抗较小，此时，可将励磁电流忽略，一次和二次绕组处于磁势平衡状态。当一次电流过大或二次负载过大时，会增加铁芯的磁通密度，进而引起铁芯的饱和，此时励磁阻抗大幅较小，励磁电流增加，破坏了彼此之间原有的线性比例。饱和状态下，电流互感器的内阻大大降低，甚至等于零；当发生一次故障时，若电流波形从零点附近经过，电流互感器的线性传递关系会再次恢复；当二次电流降低、波形发生畸变时，会产生大量的高次谐波；另外，在一次系统出现故障时，电流互感器并不是随即就达到饱和状态，其间还需要经过5 s左右。

2 饱和状态下电流互感器的影响及对策

2.1 对变压器保护的影响

变压器是变压系统中的核心设备，意义重大，从现状来看，变压器的容量虽然不大，但对其可靠性和安全性有极其严格的要求，通常安装在10 kV或35 kV的母线上，低压短路电流较大，高压侧的短路电流则和系统短路电流一致。在实际应用中，变压器保护工作十分重要，稍有疏忽，极有可能会阻碍变压器的正常运行，甚至破坏整个系统的稳定。以往所使用的变压器，大都安装有熔断保护，在安全方面有良好的保障，然而自动化技术的应用更新以及系统短路容量的不断增加，对以往的变压器造成了限制，为适应现代化要求，应对其加以改进。为保证变电系统正常运行，目前许多变电站都配置有变压器开关柜，在安装系统保护装置时，也尽量和10 kV线路保持一致，但对电流互感器的饱和问题或多或少有所忽略。而变压器自身容量小，一次电流也较小，需采用共用互感器，为提高计量的准确性，常导致变比有所降低，此时如果变压器出现故障，电流互感器极易达到饱和，致使二次电流速度减缓，形成保护拒动。如果是高压侧故障，其本身产生的短路电流能够将后备保护动作自动切除；若是低压侧故障，因短路电流达不到后备保护启动值，难以切除故障，可能会将变压器烧毁，对系统的安全构成威胁。

关于保护拒动问题，可从以下几个方面解决：①加强对饱和问题的重视，合理选择电流互感器；②合理安排保护用及计量用电流互感器的位置，二者功能不同，安装位置也有所不同，前者多安装于低压侧，后者则常安装于高压侧；③需对定值进行调整，若是电流速断保护，应按低压出口的短路电流进行调整，过负荷则按利用变压器的容量整定。

2.2 对电流保护的影响

相关研究结果表明，处于饱和状态下的电流互感器由于二次侧电流减小，极易造成保护拒动。就10 kV线路而言，出口处的短路电流较小，在阻抗系数过大或离电源较远时体现更为明显。当系统的规模有所扩大时，短路电流也会随之增加，远超过一次额定电流，以至于系统中正常运行的互感器可能达到饱和状态。而且，短路故障属于暂态过程，短路电流中含大量的非同期分量，会加快互感器的饱和速度。此时若有短路故障发生，在饱和状态下，二次侧的电流极小，致使保护装置拒动。母线及主变低压侧的开关被切除，以至于故障影响扩大，时间更长，阻碍了系统的正常供电。

在饱和状态下，互感器的一次电流将全部转换为励磁电流，二次感应电流为零，可知流经继电器的电流也为零，引起保护拒动，为此，需采取相应对策。首先是互感器的选择，需对变比进行严格要求，比值不能过小，如10 kV线路，在选择的变比时，尽量不低于300/5，而且要重视互感器的饱和问题。其次，应将二次负载阻抗尽可能低降低，将计量用电流互感器和保护用电流互感器分开，同时减短二次电缆的长度，增加其截面积。10 kV线路保护，测控合一的产品，可在开关室就地安装，以达到减小二次回路阻抗、防止互感器出现饱和的目的。

3 二次回路出现开路现象的实例分析

2013年6月18日，某地一220 kV变电站内电流互感器突然出现二次回路开路的现象，电流表为零值，差动断线光字牌示警，流变温度上升，而后伴着响声开始冒烟，有/无功表降低。相关人员及时发现，先对具体的开路位置加以确定，并向调度中心汇报，将此间隔设备停电。同时为了不被二次开路产生的高压危害，检修人员均戴有绝缘用具进行处理。发现开路位置的设备正在燃烧，结束短接工作后，立即灭火，随后对其他位置进行检查，以防止事故扩大，最终避免了很多损失。

4 结 语

电流互感器在变电运行中的作用无可代替，在绕组布置或接地时，应严格按照规范的程序进行，以保证能够正常运行，进而为系统安全供电提供便利。关于电流互感器的饱和问题，应加强重视，对其带来的负面影响，应积极采取相关措施加以解决。

参考文献：

[1] 史慧生，唐达獒，王锁扣.变电运行中电流互感器的应用[J].云南电力技术，2010，38（2）：58-60.

[2] 蔡德煌.电流互感器在变电运行中的应用[J].中国高新技术企业，2012，25（18）：215-216.

[3] 韦嘉，苏林.电力系统中电流互感器原理及应用分析[J].科技与企业，2012，28（2）：1541-155.