鄭家明 游晨曦 龔大明 陳墨煖 劉國(guó)盛 吳文健

摘要：電流互感器是反應(yīng)高壓電網(wǎng)運(yùn)行狀況不可缺少的設(shè)備，是決定高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)、測(cè)量指示的正常工作的基礎(chǔ)。電流互感器本身參數(shù)不足或故障，會(huì)導(dǎo)致電流互感器無法正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)和拒動(dòng)。本文簡(jiǎn)要分析了電流互感器參數(shù)和故障對(duì)繼電保護(hù)的影響，提出了一些應(yīng)對(duì)措施，對(duì)電流互感器投運(yùn)和維護(hù)具備一定參考意義。

關(guān)鍵字：電流互感器;磁飽和;繼電保護(hù)

1引言

電流互感器是通過變壓器原理把高壓電網(wǎng)的電壓、電流轉(zhuǎn)換成低電壓、低電流，提供給表記計(jì)量、繼電保護(hù)等設(shè)備測(cè)量和保護(hù)的數(shù)值依據(jù)。電流互感器是測(cè)量和保護(hù)電網(wǎng)電流狀況的主要設(shè)備之一。

電流互感器運(yùn)行參數(shù)不適或故障時(shí)，其二次回路電流數(shù)據(jù)不能正確反應(yīng)一次側(cè)電流情況，嚴(yán)重時(shí)將造成電流表誤指示，繼電保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)等故障。進(jìn)一步可能導(dǎo)致大面積停電，甚至燒毀主變、機(jī)組等重要設(shè)備的嚴(yán)重事故。電流互感器，給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來威脅，因此要重視互感器參數(shù)配置，正確使用電流互感器，保證電力系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行。

2 電流互感器工作原理

電流互感器的工作原理是利用電磁感應(yīng)原理將一次大電流轉(zhuǎn)換成二次回路小電流。電流互感器模型類似于變壓器，只是在容量、線圈匝數(shù)、負(fù)載等方面有些區(qū)別。電流互感器一次側(cè)線圈匝數(shù)很少，二次側(cè)線圈匝數(shù)很多。其二次回路負(fù)荷負(fù)載為電流表、繼電保護(hù)裝置等，阻抗很低，接近短路狀態(tài)。電流互感器二次回路的電流取決于被測(cè)電路的電流，與互感器的負(fù)載無關(guān)。

電流互感器在工作時(shí)二次回路不允許開路，也不允許接熔斷器。這是由于在正常工作時(shí)，二次側(cè)電流在線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)一次側(cè)的點(diǎn)磁轉(zhuǎn)換有抑制作用。一旦二次回路開路，二次回路突然失去電流，一次測(cè)的磁通會(huì)突然增大，使磁心過度飽和，損壞電流互感器，危害工作人員和電網(wǎng)的安全。

3 影響繼電保護(hù)的主要參數(shù)

額定容量：即額定二次電流通過二次額定負(fù)荷時(shí)所消耗的視在功率。電流互感器額定功率是保證繼電保護(hù)是否能夠可靠運(yùn)動(dòng)的基本保障，因此選用電流互感器時(shí)須確保額定功率的適用性。電流互感器的二次側(cè)負(fù)載要依據(jù)其容量決定，電流互感器二次額定容量要大于實(shí)際的二次負(fù)載功率，實(shí)際二次負(fù)載應(yīng)為25～100%二次額定容量。同時(shí)負(fù)載阻抗又影響測(cè)量或控制精度。負(fù)載阻抗主要受測(cè)量?jī)x表和繼電器線圈電阻、電抗及二次連接導(dǎo)線電阻、接線接觸電阻的影響。

額定電壓：是指一次繞組能夠長(zhǎng)期承受的最大對(duì)地電壓值。電流互感器的額定電壓分為0.5，3，6，10，35，110，220，330，500kV等幾種電壓等級(jí)。不同等級(jí)額定電壓的電流互感器，其絕緣強(qiáng)度和精度都有所不同，投入運(yùn)行的電流互感器的額定電壓應(yīng)不低于被測(cè)回路的額定電壓。

額定電流：允許長(zhǎng)時(shí)間通過電流互感器二次繞組的最大一次感應(yīng)電流。選取互感器時(shí)，應(yīng)使互感器額定一次電流留有30% 余量，避免電流互感器過載導(dǎo)致磁心飽從而造成誤差。

變比：是指一次額定電流與二次額定電流之比，或一次線圈匝數(shù)跟二次線圈匝數(shù)之比，即I1/I2=N2/N1=k，I1、I2分別為電流互感器一、二次電流，N2、N1分別為一、二次線圈匝數(shù)。

比差：即變比值誤差，是指在二次回路上，實(shí)際電流值與運(yùn)算所得的一次感應(yīng)電流值之差與運(yùn)算所得的一次感應(yīng)電流值的比。電流互感器的比差需要符合相關(guān)規(guī)定。

角差：即一、二次電流的相位角誤差，它是旋轉(zhuǎn)180°后的二次電流向量與一次電流向量之間的相位差。規(guī)定二次電流向量超前于一次電流向量δ為正值，反之為負(fù)值。在電流誤差不超過10%時(shí)，角差不超過7度。

準(zhǔn)確級(jí)：表示互感器本身誤差（比差和角差）的等級(jí)，電流互感器的準(zhǔn)確度等級(jí)分為0.001～1多種級(jí)別。發(fā)電廠、變電站、用電單位配電控制的電氣儀表一般采用的電流互感器準(zhǔn)確度為0.5級(jí)或0.2級(jí);設(shè)備、線路的繼電保護(hù)電流互感器一般不低于1級(jí);用于電能計(jì)量時(shí)，視被測(cè)負(fù)荷容量或用電量多少依據(jù)相關(guān)規(guī)程要求來選擇。

4其他導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的因素

繼電保護(hù)裝置是依據(jù)電流互感器二次電流來反應(yīng)一次電流進(jìn)行保護(hù)判斷的，造成保護(hù)誤動(dòng)的主要原因是電流互感器二次線圈電流偏差，沒有正確反應(yīng)被測(cè)電路電流。造成互感器二次回路電流或電壓偏差的因素又以下幾種：

（1）二次回路電阻和感抗造成的電流偏差。在運(yùn)行的電流互感器，其二次回路接近于短路狀態(tài)，而二次回路本身存在的回路電阻以及線圈感抗會(huì)對(duì)二次回路的測(cè)量產(chǎn)生影響。當(dāng)二次回路的電阻和感抗增大，會(huì)導(dǎo)致電流互感器的比差和角差都增大，接入會(huì)影響繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作可靠性。

（2）極性接錯(cuò)導(dǎo)致的電流偏差。極性接錯(cuò)是指電流互感器的極性接反，極性錯(cuò)接會(huì)導(dǎo)致二次線圈阻抗變大，進(jìn)而造成鐵芯飽和或二次回路電壓升高，幾次電流增加，導(dǎo)致二次電流產(chǎn)生偏差。若一次側(cè)出現(xiàn)電流涌浪，急劇的電流變化會(huì)使鐵心迅速飽和，勵(lì)磁電流猛增，變比誤差增大，進(jìn)而導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。

（3）鐵心面橫截面造成的電流偏差。電流互感器的二次回路電壓很小，其鐵心的磁感應(yīng)強(qiáng)度很小。橫截面積較大的磁心，其磁感應(yīng)強(qiáng)度更小，導(dǎo)致勵(lì)磁電流減小，感應(yīng)電流的角差和比差會(huì)發(fā)生改變，繼而導(dǎo)致二次電流產(chǎn)生偏差。

（4）線圈匝數(shù)造成的電流偏差。較少的線圈匝數(shù)，使磁感應(yīng)強(qiáng)度較小，容易引起二次回路電流誤差。增加線圈的匝數(shù)，可以增加電流互感器的磁感應(yīng)強(qiáng)度，從而達(dá)到改善誤差的效果。但是增加線圈匝數(shù)，會(huì)硬氣銅用量增加，導(dǎo)致東穩(wěn)定背書減少和磁飽和倍數(shù)增加。

（5）二次回路多點(diǎn)接地導(dǎo)致電流偏差?；ジ衅鞫喽位芈范帱c(diǎn)接地也將導(dǎo)致二次回路電流偏差。當(dāng)相線發(fā)生多點(diǎn)接地，接地點(diǎn)與大地相連形成回路，對(duì)二次回路電流進(jìn)行分流，導(dǎo)致二次回路電流偏差;N線多點(diǎn)接地，兩個(gè)接地點(diǎn)之間的地網(wǎng)電壓差會(huì)施加在N線，導(dǎo)致二次回路中性點(diǎn)偏移，電流值偏差?；ジ衅鞯南嗑€接地，嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接導(dǎo)致保護(hù)裝置的誤動(dòng);而N線多點(diǎn)接地，在正常與運(yùn)行地網(wǎng)壓差較小時(shí)，只引起微笑的電流偏差，當(dāng)站內(nèi)發(fā)生其他相線接地等故障，導(dǎo)致地網(wǎng)壓差增大，就可能造成保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。

5 光電式電流互感器的應(yīng)用

光電式電流互感器是一種新型的電流互感器。光電式電流互感器是基于法拉利磁光原理，即把待測(cè)電流調(diào)制稱光信號(hào)，光信號(hào)經(jīng)過光纖傳送到測(cè)量設(shè)備，測(cè)量設(shè)備再將光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和調(diào)制，得到被測(cè)電流數(shù)據(jù)。

與電磁式電流互感器相比，光電式電流互感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，造價(jià)低;

（2）無鐵芯、無磁飽和及鐵磁諧振引發(fā)的問題;

（3）抗電磁干擾性能好，不會(huì)有二次側(cè)開路出現(xiàn)高電壓的危險(xiǎn);

（4）頻率響應(yīng)范圍寬，動(dòng)態(tài)范圍大，測(cè)量準(zhǔn)確度高;

（5）不充油，無燃燒、爆炸等危險(xiǎn);

（6）能適應(yīng)電力計(jì)量與保護(hù)的數(shù)字化、微機(jī)化和自動(dòng)化的發(fā)展潮流。

電流互感器還沒有得到廣泛應(yīng)用的原因是，光電式電流互感器技術(shù)還在進(jìn)一步研究過程中，還存在一些幾代解決的問題，如溫度和應(yīng)力引起雙折射現(xiàn)象導(dǎo)致測(cè)量誤差和長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性等問題。但光電式電流互感器因其精準(zhǔn)性、安全性等優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)電磁互感器的理想替代品，在未來光電式互感器將開啟新互感器技術(shù)領(lǐng)域。

5 結(jié)束語

本文介紹了電流互感器參數(shù)對(duì)幾點(diǎn)保護(hù)裝置的影響，簡(jiǎn)要介紹了電流互感器各參數(shù)的選取原理以及其他電流互感器故障導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)的因素。介紹了新型的光電式電流互感器的原理和優(yōu)點(diǎn)。為保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行，電流互感器充當(dāng)了不可或缺的部分，如何保證電流互感器正常運(yùn)行，需要對(duì)電路互感器的各相參數(shù)和故障進(jìn)行全面詳細(xì)的了解，才能正確選取和裝設(shè)正確的電流互感器，保證電流互感器以及繼電保護(hù)的正常運(yùn)行。

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作者簡(jiǎn)介：鄭家明，男，28歲，廣西防城港，大學(xué)本科，高級(jí)工，工程師，在繼電保護(hù)及廠站自動(dòng)化，二次系統(tǒng)安全防護(hù)相關(guān)設(shè)備作業(yè)經(jīng)驗(yàn)豐富，在故障及異常判斷方面有所專長(zhǎng)。