變電運行中電流互感器的應用分析

摘 要：電流互感器的工作原理以電磁感應原理為基礎，通過對電流合理的調整，將一次設備和保護裝置相連。當電流過大或負載過大時，電流互感器很容易出現飽和狀態，對變壓器保護和電流保護等造成不利影響，文章主要對此做了分析。

關鍵詞：變電運行；電流互感器；電流保護；變壓器保護

中圖分類號：TM514 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）35-0095-02

在變電運行中，線路電流變化很大，線路電壓過高，測量或保護裝置難以與一次設備直接連接，開展測量工作需先對電流進行轉換，電流互感器則負責將一次大電流轉換為二次小電流，在變電運行中發揮著重要作用。

1 電流互感器

1.1 構成

繞組及閉合鐵芯是電力互感器的主要組成部分，繞組有一次繞組和二次繞組之分，前者是與被測電流相接的繞組，匝數較少，只有1-2匝，常與所測線路串聯，因此電流流經較多；后者則與測量儀表相接，匝數相對較多，與保護回路相串，如互感器的變比為400/5，則表示能夠將400 A的電流轉換為5 A的電流。因為二次回路在運行時始終呈閉合狀，降低了保護回路串聯線圈的阻抗，使得電流互感器在工作時與短路狀態相似。

在實際使用中，接線必須采取串聯的方式；二次側必須保持閉合狀態，一旦開路，鐵芯極易被磁化，致使誤差增大或線圈被燒毀；選擇變比時應結合被測電流大小做出適當選擇，以免增大誤差，而且二次側一端必須接地。

1.2 誤差

當外部對電機施加作用時，電機轉子中會有相應的電流產生，即勵磁電流。鐵芯中也有勵磁電流存在，產生的勵磁阻抗的性質為電抗，而二次負載屬于阻抗，以至于受二次電動勢作用，不同的電阻元件中流過的電流在幅值和相位等方面也各有不同。據專業人士分析研究，在變電運行中，如果二次負載為純電感，角誤差最小，為零；若是純電阻，此時的角誤差達到最大值。如果勵磁阻抗是一個定值，則二次阻抗越大，比誤差越大；若二次阻抗是一個定值，勵磁阻抗越低，比誤差越大。關于誤差有嚴格的要求，角度誤差通常需要控制在7°以內，幅值誤差不得超過10% 。

1.3 飽和

電流互感器的鐵芯磁通一般是不飽和的，所以勵磁阻抗較大，而勵磁電流和負載阻抗較小，此時，可將勵磁電流忽略，一次和二次繞組處于磁勢平衡狀態。當一次電流過大或二次負載過大時，會增加鐵芯的磁通密度，進而引起鐵芯的飽和，此時勵磁阻抗大幅較小，勵磁電流增加，破壞了彼此之間原有的線性比例。飽和狀態下，電流互感器的內阻大大降低，甚至等于零；當發生一次故障時，若電流波形從零點附近經過，電流互感器的線性傳遞關系會再次恢復；當二次電流降低、波形發生畸變時，會產生大量的高次諧波；另外，在一次系統出現故障時，電流互感器并不是隨即就達到飽和狀態，其間還需要經過5 s左右。

2 飽和狀態下電流互感器的影響及對策

2.1 對變壓器保護的影響

變壓器是變壓系統中的核心設備，意義重大，從現狀來看，變壓器的容量雖然不大，但對其可靠性和安全性有極其嚴格的要求，通常安裝在10 kV或35 kV的母線上，低壓短路電流較大，高壓側的短路電流則和系統短路電流一致。在實際應用中，變壓器保護工作十分重要，稍有疏忽，極有可能會阻礙變壓器的正常運行，甚至破壞整個系統的穩定。以往所使用的變壓器，大都安裝有熔斷保護，在安全方面有良好的保障，然而自動化技術的應用更新以及系統短路容量的不斷增加，對以往的變壓器造成了限制，為適應現代化要求，應對其加以改進。為保證變電系統正常運行，目前許多變電站都配置有變壓器開關柜，在安裝系統保護裝置時，也盡量和10 kV線路保持一致，但對電流互感器的飽和問題或多或少有所忽略。而變壓器自身容量小，一次電流也較小，需采用共用互感器，為提高計量的準確性，常導致變比有所降低，此時如果變壓器出現故障，電流互感器極易達到飽和，致使二次電流速度減緩，形成保護拒動。如果是高壓側故障，其本身產生的短路電流能夠將后備保護動作自動切除；若是低壓側故障，因短路電流達不到后備保護啟動值，難以切除故障，可能會將變壓器燒毀，對系統的安全構成威脅。

關于保護拒動問題，可從以下幾個方面解決：①加強對飽和問題的重視，合理選擇電流互感器；②合理安排保護用及計量用電流互感器的位置，二者功能不同，安裝位置也有所不同，前者多安裝于低壓側，后者則常安裝于高壓側；③需對定值進行調整，若是電流速斷保護，應按低壓出口的短路電流進行調整，過負荷則按利用變壓器的容量整定。

2.2 對電流保護的影響

相關研究結果表明，處于飽和狀態下的電流互感器由于二次側電流減小，極易造成保護拒動。就10 kV線路而言，出口處的短路電流較小，在阻抗系數過大或離電源較遠時體現更為明顯。當系統的規模有所擴大時，短路電流也會隨之增加，遠超過一次額定電流，以至于系統中正常運行的互感器可能達到飽和狀態。而且，短路故障屬于暫態過程，短路電流中含大量的非同期分量，會加快互感器的飽和速度。此時若有短路故障發生，在飽和狀態下，二次側的電流極小，致使保護裝置拒動。母線及主變低壓側的開關被切除，以至于故障影響擴大，時間更長，阻礙了系統的正常供電。

在飽和狀態下，互感器的一次電流將全部轉換為勵磁電流，二次感應電流為零，可知流經繼電器的電流也為零，引起保護拒動，為此，需采取相應對策。首先是互感器的選擇，需對變比進行嚴格要求，比值不能過小，如10 kV線路，在選擇的變比時，盡量不低于300/5，而且要重視互感器的飽和問題。其次，應將二次負載阻抗盡可能低降低，將計量用電流互感器和保護用電流互感器分開，同時減短二次電纜的長度，增加其截面積。10 kV線路保護，測控合一的產品，可在開關室就地安裝，以達到減小二次回路阻抗、防止互感器出現飽和的目的。

3 二次回路出現開路現象的實例分析

2013年6月18日，某地一220 kV變電站內電流互感器突然出現二次回路開路的現象，電流表為零值，差動斷線光字牌示警，流變溫度上升，而后伴著響聲開始冒煙，有/無功表降低。相關人員及時發現，先對具體的開路位置加以確定，并向調度中心匯報，將此間隔設備停電。同時為了不被二次開路產生的高壓危害，檢修人員均戴有絕緣用具進行處理。發現開路位置的設備正在燃燒，結束短接工作后，立即滅火，隨后對其他位置進行檢查，以防止事故擴大，最終避免了很多損失。

4 結 語

電流互感器在變電運行中的作用無可代替，在繞組布置或接地時，應嚴格按照規范的程序進行，以保證能夠正常運行，進而為系統安全供電提供便利。關于電流互感器的飽和問題，應加強重視，對其帶來的負面影響，應積極采取相關措施加以解決。

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