电流互感器在变电运行中的应用

摘要：在电力设备中，由于电压电流过大的原因，保护、测量装置无法直接接入一次设备中。电流互感器就是把电力系统中的一次大电流转换成能够接入仪表和保护装置的二次小电流的装置。文章主要论述了电流互感器的工作原理、饱和问题，并对电流互感器的接地点问题进行了详细的分析和研究。

关键词：电流互感器；饱和问题；接地点；变电运行；绕组

中图分类号：TM452

文献标识码：A

文章编号：1009-2374（2012）18

1　电流互感器

1.1　互感器内部构造

电流互感器运用于电力设备中，其内部一次绕组为1～2匝，通常情况下为一次设备进出导线。二次绕组匝数较多，且二次额定电流多为1A或者5A。例如，若电流互感器的变比是1250/5，那么当它的一次绕组为1匝时，相对应的二次绕组匝数就为250匝。

1.2　误差原因分析

电流互感器内部的铁芯中存在着励磁电流，所产生的励磁阻抗性质是电抗，但二次负载的性质为阻抗。这就导致了在二次电动势的影响下，经过不同电阻元件电流的相位、幅值有所差异。通过有关人士对电流互感器等值回路和角误差的分析得出：若电流互感器中的二次负载是纯电阻时，产生的角误差最大；而二次负载是纯电感时，所产生的角误差为零。若励磁阻抗为定值时，会导致二次阻抗的增大，从而引起电流互感器比误差的增大。同时，若二次阻抗为定值时，励磁阻抗值会减小，比误差增大。需要注意的是，电流互感器的误差要求是：角度误差不大于7°，幅值的误差要小于10%。

1.3　电流互感器的饱和

在正常情况下，电流互感器中的铁芯磁通处于不饱和的状态。这时负载阻抗和励磁电流较小，而励磁阻抗的数值较大，一次绕组、二次绕组的磁势处于平衡。但是，若互感器中铁芯的磁通密度增大并达到饱和时，会引起Zm随着饱和度的增加而迅速降低，不同励磁电流间的线性比例关系会被打破。而引起电流互感器达到饱和的因素主要包括：电流过大；负载过大。当连接电流互感器的负载过大时，引起二次电压的增大，导致铁芯的磁通密度上升，达到饱和。

电流互感器达到饱和时的特点有：二次电流减小，电流波形出现高次谐波分量较大的畸变；内阻减小，甚至接近于零；若发生一次故障，电流的波形在零点附近时，电流互感器会引起线性关系传递；在故障的瞬间，互感器会在滞后5秒左右才开始达到饱和。一般情况下，严禁电流互感器的二次发生开路现象。因为在电流互感器运行过程中，一旦发生二次开路，就会使一次电流转换成为励磁电流，引起铁芯的磁通密度增加，导致电流互感器的快速饱和。饱和磁通会产生较高电压，对一次和二次绕组绝缘设施破坏较大，容易造成人身安全威胁。

2　电流互感器的饱和影响

2.1　变压器保护影响及对策

一般变压器的容量较小、可靠性高，大多安装在10kV、35kV的母线上，高压短路电流与系统的短路电流相同，而低压一侧的短路电流相对较大。若对变压器的保护力度不到位，就会严重影响对变压器或者整个系统的安全运行。传统变压器都有熔断器保护装置，有安全可靠的优点。但是，随着系统自动化要求的提高、短路容量的增加，传统的方法已经无法满足需求。对于一些新建、改造的变电站，往往配置有变压器开关柜，系统的保护装置也与10kV的线路相似，但缺点是经常忽视电流互感器的饱和问题。同时，由于变压器的容量、一次电流较小，并采用共用互感器。为保证计量准确性，会使电流互感器的变比减小。一旦变压器发生故障，会引起电流互感器的饱和，二次电流速度降低，导致变压器的保护拒动。若变压器中高压侧发生故障，所产生的短路电流会自动切除后备保护动作。若低压侧发生故障，产生的短路电流无法达到后备保护启动值，就会使故障无法切除，甚至引起变压器的烧毁，对系统的安全运行造成严重影响。

解决变压器的保护拒动，需要从变压器的合理配置入手，在选择电流互感器时要顾及变压器发生故障引起的饱和问题。不同功能的电流互感器要互相区别，例如计量用的互感器要设在变压器的低压侧，用以确保计量精度要求；而保护用的互感器一般设在变压器的高压一侧，用以确保变压器保护工作。

2.2　电流保护影响及对策

电流互感器发生饱和以后，会引起二次等效电流的减小，引发保护拒动。当远离电源或阻抗系数较大时，线路出口的短路电流会较小。但如果扩大系统的规模，短路电流就会随之增大，甚至达到互感器一次电流的上百倍，从而引起系统中本来能正常运行的互感器发生饱和。同时，短路电流故障属于暂态过程，电流中有大量的不同期分量，会加快电流互感器的饱和。若10kV的线路中发生短路故障，电流互感器的饱和会使二次侧的电流减小，导致保护装置拒动。母线及主变低压侧的开关切除，会导致故障的范围增大、时间延长，对供电的可靠性造成影响，严重时会威胁到设备的安全运行。

通过上文分析得知，电流互感器发生饱和时，会导致一次电流转变为励磁电流。同时，二次电流为零，通过继电器电流也为零，设备内保护装置发生拒动。针对以上问题，应该尽量降低互感器的负载阻抗，避免电流互感器的共用，同时加大电缆截面面积以及电缆长度；电流互感器的变比不能太小，要注意线路短路引起的饱和问题。

3　电流互感器的绕组及接地

3.1　互感器绕组布置

在进行电流互感器绕组布置时，既要防止保护死区的出现，又要规避互感器中容易出现故障的地方。不同保护装置的保护范围间要交叉进行，电流互感器的极性端要在母线侧安装。因为电流互感器是以一次极性端为依据进行二次绕组排列的。若一次极性端出现放置错误的现象，即使二次绕组排列正确也会导致保护死区的出现。同时，由于电流互感器故障的易发性，母线保护动作的停电扩大，所以一般要把互感器底部与母线保护相分离。

3.2　互感器接地

电流互感器的接地包括一次接地和二次接地。其中一次接地点包括外壳接地、末屏接地。外壳接地主要是为了防止感应电压对外部绝缘进行破环，避免人身安全事故的发生。有关规定明确指出外壳接地要有两根干线且和主接地网相连，并达到热稳校核要求。电流互感器中主绝缘有多层油纸保护，最外部的一层就是末屏层。末屏不采取接地措施时，会使末屏对地绝缘，引起高电场向表面绝缘层移动，容易在外层产生高达几万伏的电压。小套管离绝缘距离较近，若高电压持续时间过久，就会击穿绝缘，导致电流互感器的爆裂。

互感器中的二次回路只能接地于一点，大多是由端子箱接地。二次回路接地于一点主要是为了保护人身及设备的安全。如果没有接地点，电流互感器的高电压就会通过互感器绕组间分布电容、对地电容进入二次回路。若回路有接地点存在，会使电容短接，二次回路中电压降低为零，达到安全保护的目的。若保护装置是由多组互感器连接而成，需要在保护屏上通过端子排进行接地连接。在互感器回路中，若电流继电器的两侧都存在接地点，两个接地点会与地面构成并联回路，造成分流现象，从而减少通过电流线圈的电流。若出现接地故障时，不同接地点会引起线圈中额外电流的出现。

4　结语

电流互感器是把电力系统中的一次大电流转换成能够接入仪表和保护装置的二次小电流的装置。文中主要介绍了电流互感器的内部构造、饱和问题以及在变电站中的运用等。在实际工作中，要防止互感器中接线、配置的失误，加强互感器验收工作，这样才能减少故障，避免事故发生。

参考文献

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[2]　国家电网公司．电力保护装置通用规程[S]．2008．

[3]　王富伟，等．电流互感器应用技术[M]．2010．