电流互感器十篇

电流互感器篇1

关键词:电子式电流互感器;变电站;有源光纤

中图分类号:TM452文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0026-02

目前,在电力系统中广泛应用的以微处理器为基础的数字保护装置、电网运行监视与控制系统以及发电机励磁控制装置等,不再需要用大功率来带动,而仅需±5V的电压信号和pA或mA级的电流就可以了。因此采用低功率、紧凑型电压和电流量测代替常规VT(voltage transformer)和CT(current transformer)将高电压、大电流变换为数字装置所要求的电压和电流水平,是电力系统技术创新面临的重要任务。这对降低电力系统建设和运行成本,提高电力系统可靠性具有重要意义。寻求更理想的新型电流互感器已势在必行,目前注意力已集中到光学传感技术,并且研制出了各种电子式电流互感器,其中,光电式电流互感器是运用比较广泛的一种。而光电式电流互感器包括有源光纤电流互感器和无源光学电流互感器。

一、电子式电流互感器的优点

与传统的电磁式电流互感器相比,电子式电流互感器具有以下突出优点:

1.数字化输出,简化了互感器与二次设备的接口,避免了信号在传输、储存和处理中的附加误差,提高了系统可靠性。

2.信号光纤传输,抗电磁干扰性能好,在强电磁环境中保证信号的精确性和可靠性。

3.无铁芯,不存在磁饱和、铁磁谐振现象,线性度好,绝缘简单,动态测量范围大、频带宽、精度高。而且体积小、重量轻、成本低,减小了变电站的面积。

4.低压没有开路危险,没有因存在绝缘油而产生的易燃、易爆等危险。

针对以上特点,在科技发达的国家都寻求把光电子学技术用于超高压、大电流的电网中,关于这方面的研究近几十年在世界各国也已经被高度重视起来,提出了很多新的理论和方法,有的研究已经进入了实用阶段。

二、电流互感器原理

目前在电子式电流互感器研究领域主要有三个研究方向:有源型;无源型;全光纤型。其中,后两种都属于无源光学电流互感器。

1.有源型。有源型又可以称为混合型,所谓有源光纤电流互感器乃是高压侧电流信号通过采样传感头将电信号传递给发光元件而变成光信号,再由光纤传递到低电压侧,进行光电转换变成电信号后输出。有源型光纤电流互感器的方框图如图1所示:

有源型光纤电流互感器结构简单,长期工作稳定性好,容易实现高精度、性能稳定的实用化工业产品,是目前国内研究的主流。但是高压侧电源的产生方法比较复杂或者成本比较高,还有待于进一步研究。

2.无源型。所谓无源型光学电流互感器乃是传感头部分不需要供电电源。传感头一般基于法拉第(Faraday)效应原理,即磁致光旋转效应。当一束线偏振光通过放置在磁场中的法拉第旋光材料后,若磁场方向与光的传播方向平行,则出射线偏振光的偏振平面将产生旋转,即电流信号产生的磁场信号对偏振光波进行调制。无源型光纤电流传感器系统如图2所示:

无源型结构是近年来比较盛行的,其优点是结构简单,且完全消除了传统的电磁感应元件,无磁饱和问题,充分发挥了光学互感器的特点,尤其是在高压侧不需要电源器件,使高压侧设计简单化,互感器运行寿命有保证。

其缺点是光学器件制造难度大,测量的高精度不容易达到。尤其是此种电流互感器受费尔德(Verdet)常数和线性双折射影响严重。而目前尚没有更好的方法能解决费尔德常数随温度变化而出现的非线性变化即系统的线性双折射问题,所以很难在工业中得到实际应用。

3.全光纤型。全光纤型电流互感器实际上也是无源型的,只是传感头即是光纤本身(而无源型光纤电流互感器的传感头一般是磁光晶体,不同于全光纤型的传感头是特殊绕制的光纤传感头),其余与无源型完全一样。其方框图如图3所示:

三、有源光纤电流互感器的装置实现

有源光纤电流互感器是集现代光纤学和电子学的发展和应用于一体,利用光纤良好的电气绝缘、远距离低衰减的传输特性、极高的带宽和长时间的工作寿命等特点来进行高压端和低压端之间的电气隔离和通信的电子设备。目前有源光纤电流互感器主要基于ADC和V/F两种模数转换类型。V/F型模数转换器是应用比较多的一种模数转换器件。随着微机保护算法的多样化,很多算法要求计算谐波分量,而V/F型模数转换器无法同时得到基波和各次谐波的精确采样值,此外提高V/F型模数转换器的采样率将降低其分辨率,因此V/F型模数转换器对高频分量的分辨率较低,实现高采样率高精度的模数转换难度较大。所以本文选择基于ADC的有源光纤电流互感器的设计方案。

基于ADC的有源光纤电流互感器形式很多,由于ADC采样时序控制困难,大多系统均采用高压端电路独立采样的方式,使得采集板的采样工作不能建立在低压端控制器的控制下以实现各相同时采样,这是一般有源光纤电流互感器设计的不足之处。

本文采用的有源光纤电流互感器为解决各相电流同时采样问题,采用低压端控制板利用光纤实现对高压端ADC采样时序控制方案,整个有源光纤电流互感器的电子线路部分实现以下基本功能:

1.低压端通过CPLD芯片控制高压端CPLD芯片从而控制高压端A/D转换芯片的工作,提供采样控制时序,保证各相电流同时被采样。

2.提供同步移位时钟,保证高、低端电路之间按照同步方式进行高速数据传送,一般异步方式传送速率较低。

3.高压端数据采集板的采样频率由低压端来控制,实现采用频率的可调,实现电流信号的自适应同步采样。

4.通过光纤实现高压端和低压端的连接和数据的传递。

5.低压端对采集的数据进行积分和滤波等处理,得到理想的数字和模拟信号。

6.实现互感器与合并单元的接口,从而把信号传递给保护和测量装置。

综合考虑以上因素,有源光纤电流互感器的电子线路包括三个部分:高压端数据采集板、光纤数字传输系统、低压端数据接收板,其结构简图如图4所示:

四、结语

电流互感器作为电力系统中测量和保护的基本设备,对整个电力系统的可靠性和精确性有至关重要的作用。随着电压等级和电流等级的不断提高,传统电磁式电流互感器基于其本身不可克服的缺点,已经越来越不适应现代电力工业的发展。集光学技术和电子技术于一体的电子式电流互感器越来越受到国内外电力行业研究者的重视,并研制成功了具有实用价值的产品,取得了挂网运行实际经验。本文在总结电子式电流互感器的基础上,开展了有源光纤电流互感器的研究,取得了较为满意的结果。

参考文献

[1]曾庆禹.电力系统数字光电量测系统的原理及技术[J].电网技术,2001,25(3).

[2]刘哗,苏彦民,王采堂.光纤(光学)电流传感器的现状及发展[J].应用光学,1998,(19).

[3]罗苏南,叶妙元.电子式互感器的研究进展[J].江苏电机工程,2003,22(3).

电流互感器篇2

关键词 变电站；全光纤电流互感器；常规电流互感器；运维；对比分析

中图分类号：TM452 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）19-0139-01

电流互感器是电力系统进行电能计量和为继电保护提供电流信号的重要的一次设备，电流互感器的工作性能直接影响继电保护设备的正常运行，并进一步影响电网的安全、可靠和经济运行。由于常规电流互感器与全光纤电流互感器的工作原理不同，造成在结构、巡视维护、异常或故障三个方面有很大差别。虽然目前电力系统主要应用的是常规电流互感器，但随着技术成熟和成本降低，全光纤电流互感器的应用已经呈逐渐扩张之势，因此，熟悉并掌握这部分内容，是对运维人员提出的迫切要求。

1 结构对比

全光纤电流互感器由光纤敏感环、保偏光纤、电气单元构成，如图1所示。

众所周知，常规电流互感器由一次绕组和二次绕组绕制在铁芯上构成，利用电磁感应原理获得一次电流的信息，需要铁芯作磁通通道，因此，常规电流互感器存在绝缘结构复杂，体积笨重；线性度低，在短路时容易饱和，静态和动态准确范围小；有剩磁等问题。

全光纤电流互感器利用法拉第磁旋光效应获得一次电流的信息，不需铁芯，没有磁饱和及铁磁谐振困扰；全光纤电流互感器与一次电流导体无须接触，解决了二次绝缘问题。

全光纤电流互感器可以根据需要装设任意个敏感环，各敏感环之间完全隔离，独立工作，互不影响。

全光纤电流互感器体积和重量远小于常规互感器，易与其他一次设备集成，节省了占地面积，节约了投资。

全光纤电流互感器数字量信号通过光纤传输，增强了抗电磁干扰性能，数据可靠性大大提高。

另外，全光纤电流互感器发生二次回路（光路）开路、接触不良时，只影响单个采样回路，不会影响其余采样回路，更不会反过来影响一次设备的运行，这一特点与常规电流互感器发生二次回路开路、接触不良时所造成的恶劣影响形成鲜明对比。

综上所述，将两种电流互感器的结构特性进行对比，如表1所示。

另外，全光纤电流互感器受激光器、保偏光纤、高性能的保偏光纤熔接机等关键器件、设备依赖国外进口的影响，现阶段造价较高，但随着国内制造水平的提高，国产化率的提高，终将回归合理价位，大幅度低于常规电流互感器。

2 巡视维护对比

常规电流互感器串联在一次导电回路中，因此，其巡视维护的工作内容是在一次设备的通用项目基础上，再加上电流互感器的一些特殊项目。通用项目包括油位、油色正常，无渗漏油现象；SF6压力正常，无渗漏现象；瓷瓶套管清洁、无破损及闪络痕迹；内部无放电声或其他异常声响；一次侧接线端子接触良好，无松动、发热现象等。特殊项目包括接线盒外观完好；接线盒内接线端子接触良好，无松动、接触不良现象；二次电缆外观完好；二次回路接线正确，无回路开路、短路、接触不良现象；二次回路接地完好等。

全光纤电流互感器与一次导电回路没有直接联系，并且以绝缘脂替代油和SF6作为绝缘介质，绝缘简单，绝缘脂无泄漏无污染，环保安全，无需检压检漏，因此，运行过程做到了真正的免维护。

顺便指出，敞开式电气设备的全光纤电流互感器，需要增加支持瓷瓶套管清洁、无破损及闪络痕迹；均压环固定良好、无倾斜等巡视维护工作。

全光纤电流互感器设有电气单元，又称为前置采集模块，内部集成了电源模块、通讯模块、光电模块等设备，因此，要将其纳入巡视维护的工作内容。具体项目包括电气单元外观完好；电气单元内部无异常声响；电气单元内各模块完好，光纤接头可靠连接，光纤无打折、破损现象；光纤引出、引入口未使光纤外皮受损，光纤无任何振动、挤压等。

3 结束语

综上所述，尽管全光纤电流互感器目前还存在造价较高，异常较多等问题，但在结构、巡视维护等方面都明显优于常规电流互感器。纵观人类科技进步史，任何新设备、新技术都有一个从美中不足到尽善尽美的完善过程，科技的更新换代从来就不是一蹴而就的，而我们从未因噎废食，随着国内制造水平的提高，关键技术的进步，上述问题终将被克服。当前，国网公司建设坚强智能电网步伐正在有力推进，全光纤电流互感器作为智能变电站的关键一次设备，将得到越来越多的推广应用。作为运维人员，丰富全光纤电流互感器的运维经验，提高全光纤电流互感器的管理水平，在运维管理中提前发现并及时处理异常，避免事故的发生，显得十分必要。

参考文献

[1]Q/GDW 441-2010智能变电站继电保护技术规范[S].

[2]Q/GDW 383-2009智能变电站技术导则[S].

[3]Q/GDW 393-2009110（66）kV～220kV智能变电站设计规范[S].

[4]Q/GDW 394-2009330kV～750kV智能变电站设计规范[S].

电流互感器篇3

关键词：电流互感器；电能计量；误差分析

中图分类号：TM452 文献标识码：A

1 概述

在社会经济发展中，电能的应用占据着重要的地位，也是目前人们生活生产中不可或缺的一部分。电能计量主要是电力企业保证其生产效益的基础措施，其工作的有效性也决定了电力企业和电能用户两者的经济效益。电力计量装置主要是由电流互感器、电能表和二次回路组成的，且电流互感器是这些设备中的重要设备，同时也是电能计量准确性的重要保证之一。不仅如此，在目前的电力系统中，电流互感器也有着非常重要的作用，但这种设备在出现饱和或剩磁现象的时候，就会使得电能计量装置中的电流出现一定的波动，从而大大影响了电能计量的精准性。下面就电流互感器和电能计量在电力应用过程中出现的问题，谈一谈消除其影响的策略。

2 电流互感器的结构分析

电流互感器的核心原理主要是电磁感应原理，其主要是由闭合的绕组和铁芯以及绝缘外壳组成的。绕组分为一次绕组和两次绕组，对于一次绕组来说，因为其拥有很少的匝数，使得在实际检测的时候，需要电流全部通过线路；而二次绕组因为其较多的匝数，主要串联在保护电路以及测量设备中，而由于其二次回路的闭合性，使得电流互感器能够在近乎短路的状态工作。电流互感器承载着一次和二次系统之间的联络功能，能够将大电流转变成小电流，供向系统的各个部分，并且能够真实的反应整个系统的实际运行情况，同时也在保证着工作人员的安全。

3 电能计量装置的误差来源分析

电能计量装置主要是用来计量电力企业销售情况和电能用户用电多少的主要装置，也是两者交易计算的法律证据，所以其计量结果的精准性直接影响到了双方交易的公平性和公正性，也直接影响了双方的利益。而随着电力技术的不断发展，人们日益增长的电能质量要求，经济体制的不断完善，电能计量的精准性也成为了电力方面的重要部分。但是在目前的实际应用中，电能计量还存在着一些不足，使得电能计量在工作中出现了一些误差，影响了电能计量的精确开展。

3.1.1 电能表选用不合理

在电能计量装置的实际运用中，由于电能用户的负荷电流变化幅度较大等类似情况，使得电流互感器长期处于低载负荷点上运行，从而使得电能计量发生误差。此外当用电能表和实际测量电能的相、线参数不一致的时候，就会引起一定的附加误差，并且因为三相不平衡，使得中性点附近还存在着少量的电流，进而产生附加误差。

3.1.2 电能表质量问题

目前电子式电能表的误差源主要在于电压采样器和电流采样器。当前部分电子式电能表的电流采样器由锰铜合金板制成，其温度系数小，电阻随温度变化而发生非线性变化。这会引起电子式电能表误差对温度影响呈现非线性变化。

3.2 电压互感器的电压降

根据相应的电力知识，当负载电流通过电压互感器的串接点接触电阻以及二次线本身的电阻，会产生一定的电压降，从而使得电能表和电压互感器两端的电压不相符，电能计量也会因此产生一定的误差。

3.3 电流互感器的选用不合理

当一次绕组中流过电流I1时，在一次绕组上就会存在一次磁动势I1W1。根据电磁感应和磁动势平衡原理，在二次绕组中就会产生感应电流I2，并以二次磁动势I2W2去抵消一次磁动势I1W1。在实际中，要使电磁感应这一能量转换形式持续存在，就必须持续供给铁芯一个激磁磁动势I0W1，方程式变为I1W1+I2W2=I0W1。可见，激磁磁动势的存在，是电流互感器产生误差的主要原因。激磁磁动势对互感器的具体影响体现在互感器的角差和比差。根据互感器的特性可以知道，只有保证一次电流在额定电流的百分之三十与百分之六十之间，才能使互感器达到最佳状态，从而大大减小电流互感器的误差。而目前对于电流互感器的选择在此类标准方面的要求还过低，甚至有些电流互感器远远不符合上述标准，加大了电能计量工作达到精准性的难度。

4 减小电流互感器对电能计量误差的策略

4.1 采用高精度“S”电流互感器

在实际的电能运输中，一些电路的负荷电流经常在不到额定负荷百分之三十的电能表中运行。这要求供电企业必须采购“S”级电流互感器，以保障电能计量在1%-120%负荷之间的准确计量，

4.2 电流互感器的选择

二次负荷在电流互感器中主要是指外接导线的电阻、电流线圈和电能表的阻抗以及接触电阻。因此在对电流互感器进行选择的时候，应该从这三个方面综合的考虑电流互感器的二次容量大小，同时尽量选择在电流回路中阻抗较低的电能表，比如电子式电能表等。此外还能够用减小外接导线电阻等方法，进一步的增加电能计量的精度。

4.3 一次电流及其二次负荷

在确定电流互感器额定一次电流的时候，应该使其在正常工作中的实际负荷在额定负荷的百分之三十和百分之六十之间，如果不能保证此点要求，那么就应该选择高动热的稳定电流互感器，使变比减少，达到电能计量的精度要求。对电流互感器的额定电流进行科学合理的选择，能够使电流互感器时刻都工作在最佳状态上，从而最大程度的削减电能计量的误差。并且还应采用专用的计量用互感器或专用的高精度电流互感器计量用绕组。

4.4 对电流互感器进行必要的检修

对于电流互感器的检测和检修主要分为三个方面。首先在检查流互感器的时候，应该对电流互感器的铭牌和实际应用情况进行一定的核对，看其是否符合线路工作要求；其次应该对电流互感器的一次或者二次回路进行细致的检查，其工作的侧重点主要在于回路是否短路、伪接、开路以及二次端子的换相和极性有没有错接等等；最后应该对电流互感器的接线部分进行一定检测，保证接线的正确性，从而减少电流回路开路和二次回路换相以及电流互感器多点接地等可能导致计量差错甚至事故发生等情况的发生。

4.5 调整电流互感器的误差

总体来说，电能计量的误差还是主要取决于互感器的误差和电能表本身的误差。因此在电能计量装置的实际运用中，应该结合运行环境的特点，对电流互感器和电压互感器进行科学合理的误差补偿，从而最大程度的减小互感器产生的误差。除此之外，还可以对某些相的电压互感器和电流互感器的角差及比差进行合适的调整，从而使得两类互感器在进行合成的时候，其产生的误差被降到最低，进而大大增加电能计量的准确性。

结语

随着社会经济的进一步发展，人们对于电能的应用也将越来越广泛。而电能计量作为电力应用的重要部分，在未来的发展中也将会有其新的意义和内涵。本文通过科学的论述，解释了电流互感器产生误差的主要原因就是因为铁心消耗了励磁电流，并且在使用中也少计了很多的电量。因此，作为一名电能计量管理人员，在当下更应该对电流互感器的核心内容进行深入的了解，结合电流互感器在使用中对电能计量的影响因素，尽可能的保证电能计量的精准性，从而最大程度的提高电力企业的经济效益。

参考文献

[1]徐红丽.电流互感器为不完全星型接线中线断线对电能计量的影响[J].西南民族大学学报（自然科学版），2012，06：960-963.

[2]詹发军，霍剑.电压互感器二次回路压降影响电能计量的原因及改善措施[J].新疆电力技术，2008，04：26-28.

电流互感器篇4

关键词:电流互感器 光学电子式电流互感器 工程应用

中图分类号:TM452 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(a)-0126-02

近年来据国家有关部门公布的资料,我国电网和电源建设发展迅速,每年与之配套的电流互感器市场需求预计多达40亿元以上,总产量约数万台。虽然目前采用电子式互感器的需求只有很小比例,但是近年来,随着智能化电网推进速度的加快,电子式互感器的应用将得到迅猛发展。为此,对于电子式互感器的技术特点和应用中存在的问题有必要进行一些研究,并对促进电子式互感器的发展提出一些建议。

1 电子式电流互感器的分类

对电子式电流互感器,按高压侧是否需要电源供电可分为有源式和无源式。

有源式(下面简称ECT):高压侧采用罗氏线圈或LPCT感应电流,经过A/D转换之后用光模块发送到低压侧的数据处理单元。高压侧的电源来自于小CT取电或激光供电:小CT取电通过从线路上感应取能;激光供电通过光纤将大功率激光器发出的光传送到传感头部分,然后用光电池转化为电能,作为高压侧采集电路的供电使用。

无源式(下面简称OCT)分为:全光纤式、磁光玻璃式。

全光纤式(下面简称FOCT):在待测电流的线路上设置感应光纤环,待测电流产生的磁场使光纤中传输的光偏振面旋转,通过检偏器检出的光强变化或者相位变化,计算偏振变化及对应的线路电流。

磁光玻璃式(下面简称MOCT):在待测电流的线路周围设置磁光玻璃,待测电流产生的磁场使光偏振面旋转,通过检偏器检出的光强变化计算偏振变化及对应的线路电流。

2 各类电子式电流互感器特点和工程应用中存在的问题

2.1 有源电子式电流互感器

ECT是目前应用的主流电子式互感器产品。互感器传感部件包括串行感应分压器、Rogowski线圈、低功率线圈、分流器等,传变后的电压和电流模拟量由采集器就地转换成数字信号。采集器与合并单元间的数字信号传输及激光电源的能量传输全部通过光纤来进行。

主要特点如下。

(1)无磁饱和、频率响应范围宽、精度高、暂态特性好,有利于新型保护原理的实现及提高保护性能,测量准确度可达0.1级,保护可达5TPE级。

(2)采集器处于和被测量信号等电位的密闭屏蔽的结构部件中,采集器与合并单元通过光纤相连,数字信号通过光缆传输,数据可靠性高。

(3)电子式互感器通过光纤连接互感器的高低压部分,绝缘可靠,使得电流互感器二次开路可能导致的安全等问题不复存在。

(4)不含油或SF6,运行过程中免维护。

目前,该型互感器因其技术和制造工艺较为成熟,已有一定的运行业绩,是220kV及以下电压等级的主流产品。主要存在以下问题。

(1)当互感器的采集器和供电模块发生异常或检修更换时需要一次系统停电处理。

(2)若用于在500kV以上超高压环境中,解决高压侧信号处理单元电子部件抗干扰的措施有待完善。

(3)供电模块主要有加装线圈从被检测回路上感应取能或激光供电,有分别采用也有综合采用的模式,但小电流时能否正常供电以及激光供电的长期可靠性及成本问题都有待于完善和实践检验。

(4)对于集成在GIS/HGIS等紧凑型组合设备内的ECT,也存在温度、振动以及组合电器内VFTO等高频脉冲式电磁干扰等环境因素对传感元件的安全和寿命的影响,需采取足够的措施加以防护。

2.2 磁光玻璃式电子式电流互感器

MOCT基于磁光法拉第效应和安培环路定理制造,传感部件采用磁光玻璃,信号全部通过光纤来传输。

主要特点有如下几点。

(1)光路结构较为复杂,传感元件的安装适应性有待提高,主要用于敞开独立式结构,但目前也逐步向集成于组合电器中的方向发展。

(2)互感器测量的线性度较好,动态测量范围较大,原理上可测量直流和非周期性分量。

(3)磁光玻璃型保护用的准确级可达5TPE,测量级别为0.2S级,满足二次系统的保护、测量和计量等要求。

(4)抗干扰能力强,可用于500kV超高压运行环境中。

该型互感器技术比较先进,制造工艺逐步改进,运行经验相对欠缺。目前,在组合电器中应用存在的主要问题是:长期可靠性有待检验,对运行环境的适应性有待提高,特别是对降低温度变化、振动等干扰因素对测量精度稳定性的影响方面需要改进。

由于智能电网建设要求设备的集成设计,优化结构设计,满足GIS/HGIS等紧凑型组合设备内集成安装的需要,也是其发展中需要亟待解决的一个重要问题。

2.3 全光纤型电流互感器

FCOT也是利用磁光法拉第效应制造的产品,与MOCT相比,主要区别在于传感头部分采用全光纤结构,实现了闭环控制技术应用,在技术原理上解决了准确度和动态范围的稳定性方面存在局限性的问题。

主要特点有以下几点。

(1)互感器中敏感元件和传输元件均为光纤,可熔融连接,基本上不受外界环境温度的影响,可实现敏感元件的长期稳定性和免维护,可靠性高。

(2)采用了闭环控制技术,但增加了光原理电子调制器,即增加了系统的复杂性。

(3)抗干扰性强,适应500kV超高压的电磁环境。

(4)互感器测量的线性度极好,动态测量范围大,并可测量直流和非周期性分量。

电流互感器篇5

关键词：铁芯饱和 电流互感器变比 光学电流互感器

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）09（a）-0119-02

一般的保护级电流互感器参数选择，是在故障时通过互感器的最大短路电流不应超过其准确限值电流，在该电流下互感器的复合误差不超过规定值。随着系统容量不断扩大，变电站低压侧系统短路电流越来越大，某些特殊负荷（如35kV站用变）正常工作电流较小，在这些设备出口短路时（短路位置如图1所示），短路电流可能达到正常工作电流的数千倍，电流互感器额定一次电流通常按负荷电流选择，以便于测量和保护整定。这样确定的互感器在短路时需要承受数千倍的短路电流，铁芯可能严重饱和而影响其传变特性。若电流互感器按在短路故障时不饱和条件选择，则电流互感器额定一次电流将远大于负荷电流且需具有较高准确限值系数，这将造成电流互感器投资增加以及保护整定计算困难、测量精度难以保证，这在正常负荷电流较小的回路的电流互感器的选择始终是一对矛盾。致使设备选择面临两难的局面。

1 站用变保护设计中遇到的问题

通常220KV变电站共配置2台容量315kVA的35kV站用干式变压器负责给全站交流负荷供电（如图1所示）。

1.1 变比选择过小可能引起保护拒动

按额定容量计算，站变高压侧一次额定电流为5.2A，这是按变压器满载计算出的数据，实际工作电流还要小。若仅按负荷电流的大小来确定保护级电流互感器的变比，对于35kV侧的电流互感器，选择10/5A的变比就足够了，但35kV系统的短路电流水平很高（约20kA），如果当电流互感器和站变高压侧绕组之间发生短路时，则短路电流倍数高达2000倍，在此电流的作用下铁芯严重饱和，CT的二次绕组传变的电流波形极度畸变，一次电流大部分转变为铁芯励磁电流，以维持磁通的平衡，严重时二次侧只能产生波形很窄的尖脉冲电流（如图2所示）。

而目前的微机保测一体化装置的采样频率较低，都是利用一定长度数据窗内的若干个采样数据计算电流的大小，如果二次侧电流波形畸变成很窄的尖脉冲，在一个数据窗内可能仅采样到少量几个点的真实故障数据，其他各点采样值均接近于零，这样计算出来的故障电流肯定偏小，难于保证过电流元件能正确可靠的动作，有可能造成站用变压器的电流速断保护及定时限过流保护拒动的事故。保护装置拒动后，只能主变压器低压侧后备保护经延时动作切除故障，扩大了停电范围，失去了动作的选择性。近年来在35kV系统中，曾经出现过在电流保护计算灵敏度很高的情况下，发生保护拒动的事故。

因此仅采用按负荷电流的大小确定保护级电流互感器的变比参数在实际工程中是不可行的，还必须同时考虑保护安装处可能出现的最大短路电流和互感器的负载能力与饱和倍数来确定电流互感器的变比。

1.2 变比选择过大造成保护整定困难

考虑到35kV系统侧的短路水平，增大电流互感器的变比，实际变比选择了800/5A，但增大变比则可能会产生如下问题。

（1）由于电流互感器的变比过大，造成实际二次电流过小，不利于电流互感器二次回路和继电保护装置的运行监视，使电流互感器二次断线难以检测。

（2）目前国内主要继电保护厂商的站变保测一体化装置的电流保护启动元件的整定值范围一般为0.5～100A（CT的二次侧电流为5A时），而变比为800/5A时。高压侧二次额定电流为0.0325A，就算高压侧过流，过流保护的电流定值无法达到0.5A。

在我院设计的220kV变电站中已出现数例因站变高压侧变比选择过大而造成保护整定计算困难的问题，最终不得不抬高定值降低灵敏度的方法解决.

2 配置电流互感器应注意的一些问题

对于站用变压器的容量远小于系统的短路容量的情况，出现大的短路电流流过CT的情况完全超出了其正常工作范围，单靠改进二次保测装置来适应这种不正常状况并非长久之计。

2.1 限制一次短路电流水平

一次系统初步设计时应设法限制短路电流水平，新建变电站的低压侧可采取装设限流电抗器或主变低压侧分列运行的方式来限制短路电流，使站变高压出口短路时的电流不至于过大，以某220kV变电站为例在主变低压侧两段母线并列运行时的短路电流为27kA，而采取分列运行时短路电流水平可以限制在20kA左右，此方法无需增加设备简单有效；采用加装限流电抗器的方式，虽然可以将短路水平降至预期水平，但是需要增加设备投资及变电所的占地面积，目前已投运的220kV变电站低压侧很少有采取装设串联电抗器来限制短路电流水平的，具体工程应根据实际情况而采取相应的措施。

2.2 选用准确限值系数高的设备

可以与生产厂家协商，选择准确限值系数更大的电流互感器，这样可以降低电流互感器一次额定电流，以满足保测装置的测量精度的要求，经对国内电流互感器制造水平现状的调研，以容量315kVA变压器为例，当选用准确级为5P80的电流互感器时，变比可以选择250/5A，此时额定准确限值一次电流为80×250=20kA>18.98kA 满足短路时的测量误差小于5%的要求。但是要使短路电流达到额定电流80倍而准确度不变，要求二次电流随一次电流成正比变化。这样，必须电流互感器铁芯中的磁通不能达到饱和，更不能过饱和。为满足这一要求，铁芯材料的导磁性要非常好，且铁芯截面要做的非常大才可以。尤其二次容量要求大时，铁芯更应如此，如要求达30VA或者更大，按上述要求生产出的电流互感器，其体积非常大，不适合在35kV开关柜狭小的空间内安装。

2.3 减小电流互感器的二次负载

相关试验表明[3]CT的二次侧负载对保护能否正确动作有着决定性的影响，当CT的二次负载接近等于零时，即使一次侧电流很大，CT也不会饱和。实际工程中应当尽可能的减小CT二次侧的负载。

目前微机保护的交流电流回路的功率消耗在二次额定电流为5A时不超过1VA/相；额定电流为1A时不超过0.5VA/相，可以忽略不计。CT的负载主要是二次连接电缆的电阻，将保护装置下放就地安装，大大缩短了二次电缆长度，减小了互感器的负载，减小了CT饱和的几率。

因功耗正比于电流的平方，将二次额定电流从5A降至1A，在负载阻抗不变的情况下，相应的二次回路功耗降低了25倍，互感器不容易饱和。但减小了CT的二次额定电流也会对保护装置产生负面影响，二次电流减小后，则须提高保护的灵敏度，同时考虑设备价格时，在CT一次额定电流不是很大的情况下，二次额定电流选用5A为宜。

2.4 采用新型电流互感器

随着智能变电站建设的全面开展，基于法拉第磁光效应原理光学电流互感器OCT和数字式保测装置得到了广泛的应用。OCT不含铁芯，它在一次特大电流下不会有饱和的问题，在大的动态范围内能保持良好的线性特性，因而其二次侧能正确地反映一次电流的数值，从几安培的小电流到大至数十千安的电流均能准确测量从而提高了保护动作的准确性，从而很好的解决了站用变压器高压侧电流互感器的选择问题。但由于制造工艺和造价的限制，光CT并未得到全面的应用。

3 实际工程中的设计计算

目前已有人专门做了试验研究[3]，以探究电流互感器严重饱和时二次侧所接继电保护装置能否正确动作的问题，大量试验结果表明对于反应电流有效值、平均值的继电保护，如整定值不超过互感器准确限值电流，即在互感器饱和前能保证动作，则电流继续增大的过饱和情况下仍能保证保护可靠动作，而对于微机保护能否正确动作是和每个周波的采样点数有很大关系，当微机保护采样率为每周波36点，能保证保护可靠动作。当采样频率为每周波12点时，建议过饱和系数不超过6.5。当采样频率为每周波18点时，建议过饱和系数不超过13[3]。

由上述试验结果可知在实际工程设计中并不需要要求CT在短路电流下完全不饱和。

下面以某具体工程为例说明设计计算过程。

站用变容量315kVA，额定电压38.5/0.4kV，UK%=6.5站用变高压侧出口短路电流为Isa=20kA；站用变压器保测装置选用南瑞继保RCS9621型，每周波采样24点，电流互感器变比选择200/5A、5P20级，二次额定容量10VA，3s热稳定电流50kA，动稳定电流125kA。

（1）计算过饱和系数为Ksa=Isa/（Kalf×Ipn）=5，在试验结果要求的范围之内，虽然在一次侧20kA的电流作用下CT会饱和，但是能保证保护可靠动作。

（2）二次负载校验，保护装置功耗按0.1VA，接触电阻0.1Ω，二次联接电缆按长度为2m，4mm2的铜导线.计算二次实际负载为2.82VA

4 结语

35kV站用变高压侧出口的短路电流很大。为了保证在高压侧出口发生短路故障时不至于造成CT严重饱和，确保电流互感器可靠工作，CT的变比不能选得太小。但由于站用变压器容量相对较小，高压侧正常工作电流很小。因而CT的变比又不能选得太大。太大会导致CT的二次侧电流很小，从而直接影响保护装置交流的采样精度和整定。然而对于这种情况，我们希望能选用变比既能保证过负荷时测量精度的要求，又能在出现大短路电流时也能实现电流的正确传变的电流互感器，这就希望能制造出小变比、高准确限值系数、高动、热稳定性、体积小的电流互感器。由于受到制造能力的限制，目前国内市场还没有符合要求的相关产品。但文献[3]的试验结果表明，实际工程中尤其是出口短路时是允许CT饱和的，保护的采样频率满足要求，就能保证正确动作。

参考文献

[1] 国家发展和改革委员会.DL/T 866-2004，电流互感器和电压互感器选择及计算导则[S].北京：中国电力出版社，2004.

[2] 袁季修，盛和乐，吴聚业.保护用电流互感器应用指南[M].北京：中国电力出版社，2004.

电流互感器篇6

关键词：电流互感器；极性测试仪；现场作业变比

中图分类号：TM452 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）22-0016-02

随着社会的发展和科学技术的进步，继电保护设备的自动化程度越来越高。然而电流互感器极性测试、变比测试等工作大部分还在延续传统的方法，存在自动化程低、耗时、费力等缺点。电流互感器极性测试新方法的研究就是为了CT极性测试工作而进行的。

1 问题分析和目标设定

1.1 问题分析

电流互感器极性测试是新上电流互感器或电流互感器重新安装后必须进行的试验项目，传统极性测试的方法是用9V干电池的正、负极分别接在电流互感器一次侧的极性端和非极性端并做搭、拉试验，同时在电流互感器二次侧接电流表或万用表的mA档观察指针的偏转方向。

上述方法在现场作业中需一人观察指针偏转，一人搭拉试验，一人监护，共需三人才完成。一组CT三相均有保护、计量、测量三组电流互感器线圈，则试验人员最少需搭拉九次，电流互感器二次侧需更改九次接线，相当繁琐。并且当电流互感器变比较大时（大于600/5），二次侧的感应电流很小，几乎无法使指针偏移，若再使用万用表的毫安档就无法判断电流互感器极性是否正确。

1.2 设定目标

经过上述对传统电流互感器极性测试分析，我们将通过研究一种电流互感器极性测试新方法，研制出一种电流互感器极性测试仪，希望正确测出变比4000/5以内的电流互感器的极性，满足110kV变电站内所有CT极性测试的需要，将就地电流互感器极性试验人数减少为2人，将搭拉次数减少为3次，并达到测试仪体积小、易携带、操作方便、指示直观等目的。

我们将电流互感器极性测试仪分割为以下研究对象：（1）研制电流互感器二次信号接收电路；（2）信号处理电路的研制；（3）指示电路的研制。

2 方案选择

2.1 电流互感器二次信号接收电路的设计

为了获得电流互感器二次信号，我们有三种信号获取方案：（1）直接接入信号处理回路；（2）通过小的电流互感器接入；（3）通过电容进行峰值保持后接入。

测试电流互感器极性时，在电流互感器一次侧用9V干电池进行搭拉操作，电流互感器二次侧的感应电流、电压都很小，但是感应时间却只有5～6μs。为了可靠获得二次信号并将其保持住，信号接收电路最好能有峰值保持

功能。

2.2 信号处理电路的设计

信号处理电路是电流互感器测试仪的重点，根据其在测试仪中的作用提出了以下方案：比较器进行正负判断后驱动三极管。

我们对上述方案进行了论证，通过对比较器进行正负判断后驱动三极管具有信号处理灵活、实现方便、可靠性高、自动化程度高等优点，因此，我们选择比较器来实现电流互感器极性测试仪的信号处理。

2.3 指示电路的设计

为电流互感器极性测试仪想出了多种指示方案。我们选择用绿灯和蜂鸣器1表示减极性，使用红灯和蜂鸣器2表示非减极性，蜂鸣器电源设专用开关。这种方法指示效果直观；可以多组电流互感器一起试验，既不需专门人员监视，也能减少搭拉次数；识别减极性接法，在就地测试时可以减少工作人员一名，因此，电流互感器极性测试仪的指示电路我们选择该方案来实现。

3 电流互感器极性测试新方法的现场测试

我们对测试仪的各环节电路进行整合，并完成电路板焊接。新方法中，在电流互感器一次侧仍然用9V干电池进行搭拉试验，在二次侧由端子排引入电流互感器极性测试仪，由测试仪的红灯绿灯以及两个不同的蜂鸣器来判断减极性与否。

结合检修工作，我们抽取了10组变电站内现场验证结果。试验证明电流互感器极性测试新方法能够正确反映电流互感器极性，对变比4000/5的电流互感器依然可以正确反映出电流互感器极性，每相仅搭拉一次，对于现场电流互感器极性测试仅需两人就可完成，实现了目标。

4 结语

通过电流互感器极性测试新方法的研究，改进了电流互感器极性测试传统方法的弊端。测试电流互感器极性的范围扩大到4000/5，测试人数缩减至2人，搭拉次数减少了6次，提高了极性测试的准确性，避免因极性错误导致电力事故发生，提高了工作效率。

参考文献

[1] 赵彦龙，张立春.浅谈变压器差动保护中的极性问题[J].农村实用科技信息，2012，（5）.

电流互感器篇7

关键词：电流互感器、P级保护、继电器

中图分类号： TM58文献标识码： A

目前，系统容量增加很快，短路电流水平也随之大大提高，要求电流互感器的变比越来越大，这不仅在经济上投资大，而且有时常选不到满意的设备，试运行中出现了由于TA饱和，保护不能正确动作的现象。

我们知道，短路电流中含有直流分量，这个直流分量会随时间以一次衰减时间常数衰减。电压等级越高短路阻抗角越大，L/R的比就越大，直流分量在短路电流中存在时间就越长。数字式继电保护装置，动作速度快，大都在直流分量还未衰减至零之前就出口。一次系统中的直流分量存在的时间增长，会严重影响电流互感器在真个时间内的传变，也就影响继电保护的动作，因此，需要研究TA的暂态工作过程，当线路出口故障，并重合于永久故障时，情况最为严重（在第一次故障切除时有剩磁，重合时，短路电流中的非周期分量产生的磁通与剩磁的方向相同时TA饱和将更为严重）。因此，对母线保护而言，就更有必要研究TA的饱和问题。

从目前运行情况来看，由于超高压系统TA的暂态工作过程，已引起人们的足够重视，一般选用TP集电流互感器（考虑了系统直流分量对电流互感器的影响），问题并不十分突出，而高压和中压系统，目前大都选用P集电流互感器（没有考虑系统非周期分量对电流互感器的影响），有由于短路电流水平高，因而问题严重，因此我们就有必要对P级保护用电流互感器论证一下。

在论证p级保护用的电流互感器之前，我们首先应该了解和熟悉保护用的电流互感器的基本特性及一般应用问题

A．电流互感器简化的等值电路图及向量图是我们大家所了解和熟悉的内容。电流互感器的绕组和二次绕组在同一个闭合的铁心上。根据总的磁动势为零的原理完成大电流向小电流的变换。供测量仪表和继电保护装置使用。

B．电流互感器TA的变化比很大，若将其二次混入的主抗归算到一次侧，从一次绕组两端看到的等值阻抗很小，与一次系统阻抗相比可以忽略。在分析TA的工作行为是，一次侧可认为是电流源，也无需计及一次绕组的漏抗。

C．电流互感器二次决不允许开路

如果一次带电而二次开路，互感器就成为一个带铁芯的电抗器。一次绕组中的电压降等于铁芯磁通在该绕组中引起的电势，铁心磁通由电流所决定，因而一次压降会增大。根据铁芯上绕组各匝感应电动势相等的原理，二次绕组将会产生很高的电压，这是电流互感器要绝对禁止的。我们要特别注意：电流互感器在使用中必须与二次负荷确切联结，不接负荷时则应可靠短接，短接的导线必须有足够的截面，以免当一次过电流时产生的较大的二次电流将导线熔断。

D．电流互感器二次回路必须一点接地

电流互感器二次回路必须一点接地，这个接地点被称作为安全接地。假如没有此接地点，人在二次回路上是不安全的。原因有二个：

1．在正常运行时，变电站的高压设备对二次回路要产生静电感应。

2．假若一次与二次之间绝缘降低，发生击穿现象，二次会出现高压。因此电流互感器二次回路必须要有一个接地点，以保证人身安全。

E.电流互感器二次回路只能有一点接地

我们知道变电所的地网，并非是等电位，如果电流互感器二次回路有两点接地，地网上这两点间的电位差作为电源，要向二次回路供电，在二次回路中要有产生附加的电流，造成继电器不正确动作，特别是在系统发生接地故障，大地有电流流过时，由于二次绝缘问题形成两点接地造成的事故是经常发生的，必须引起高度注意。

综合上述电流互感器的基本特性及一般应用问题，我们下面计算p级保护用的电流互感器的稳态误差以及画出P级电流互感器过电流时各电流波形

P级电流互感器的稳态误差

为了传变电流，必须从一次电流中分出一部分电流作为励磁电流，产生感应电势ωL×Ι´μ才能输出二次电流。因此就产生了误差。

电流误差（比误差）：互感器再出现时所出现的数值误差。它是由于实际电流比与额定电流比不相等而造成的。电流误差的百分数用下式表示

εi＝(KnI2－I1)

—————‍‍‍×100,％

I1

式中：Kn―额定电流比；

I1―实际一次电流，A

I2―在测量条件下，流过I1时的实际二次电流，A

在图中令OB=OD因而电流误差为

ε=AD/OD≈AC/OD=I0/I1sin(ɑ+θ0) ×100, ％

相位误差（角误差）：一次电流与二次电流相量的相位误差。它通常以分（′）或里弧度（crad）表示。

δ1=sinδ=BC/OD×100=I0/I1cos(α+θ0) ×100,card

复合误差：如果一次电流太大，使二次负载上电压增加太多，将导致铁心饱和。使I2下降，误差增大。由于铁心非线性，使励磁电流和二次电流中都出现了高次谐波，再用相量来表示误差已不合理，因而采用复合误差ε表示。

复合误差的定义如下：

εc=100/I1√1/T∫t0（kni2-i1）²dt

式中：I1―一次电流的有效值；

i1―一次电流的瞬间值；

i2―二次电流的瞬间值

kn―额定电流比；

T―一个波的时间。

复合误差的实际是励磁电流的方均根值，占一次电流有效值I1的百分比。所以一次电流必须是稳态的正弦电流才能应用此式。

二、P级电流互感器过电流时各电流波形

TA一次过电流并进入饱和时，一、二次及励磁电流的波形。各电流不是同位相的，如果忽略了铁磁损耗，励磁电流落后二次感应电势90º，二次电流的相位由符合阻抗决定，一、二次电流的相位有角度误差。励磁电流也不与一、二次电流同相位，当断路器过一次电流过零点切断电流时，励磁电流并非是处于正好过零，而有滞后，因而决定了断路器跳闸时有磁剩。铁芯磁剩的大小，和二次回路负载的抗组有关。如果二次跨路负载为电感性，当一次电流为零时，二次感应电压为最大值，电流互感器铁心磁通为零，因而无剩磁。而当二次跨路负荷为电阻性时，在断开一次电流时，电流互感器铁心磁通为最大，故可能的剩磁最大。

三、电流互感器准确级及误差极限

1.P类电流互感器的准确级以在额定限值一次电流下允许符合误差的百分数标称，标准准确级为：5P、10P。

2.P类电流互感器在额定功率及额定负荷下，电流误差、相位误差和复合误差应不超过如下表所列限值。

P类电流互感器能满足复合误差要求的最大一次对称电流值，称为额定准确限值一次电流（Ipa1）,额定准确限值一次电流与额定一次电流之比为准确限值系数，即：ALF=Ipa1/Ipn。ALF（Kalf）一般可取5、10、15、20、30、40。必要时，可与制造部门协商，采用更大的ALF（Kalf）值。ALF（Kalf）称准确限值系数。

为确定电流误差和相位误差，试验时所用的负荷应是0.8滞后功率因数，但当负荷小于5VA时，允许功率因数为1。

为确定复合误差，试验时所用的负荷的功率因数，可由制造厂选0.8（滞后）~1之间的某一功率因数。

四、P级电流互感器的准确性验算

1．一般选择验算可以按下列条件进行:

a）电流互感器的额定准确限值一次电流Ipal应大于保护校验Ipcf,必要时还应考虑互感器暂态饱和影响。即准确限值系数Kalf应大于KKpcf。

b）电流互感器的额定二次负荷Rbn应大于实际二次负荷Rb。按上述条件选择的电流互感器可能尚有潜力未得到合理利用。在系统容量很大，而额定二次电流选用1A，以及采用电子表和微机保护时，经常遇到Kalf不够，但二次输出容量有裕的情况。因此，必要时可以进行较精确验算，如按额定二次极限电动势或实际准确限值系数曲线验算，以便更合理的选用电流互感器。

2.按额定二次极限电动势验算，对于低漏磁电流互感器可按额定二次极限电动势验算。

a）P级电流互感器的额定二次极限电动势(Esl):

Esl=Kalf×Isn ×(Rct + Rbn)

式中 Kalf--准确限值系数；

Isn --额定二次电流；

Rct --电流互感器二次绕组电阻；

Rbn --电流互感器额定负荷；

以上各参数制造部门应在产品说明书标明。

b)继电保护动作性能要求的二次极限电动势(Es）为：

Es=K×Kpcf×Isn×(Rct + Rb)

式中K--考虑互感器暂态特性的系数；

Kplf -–保护校验系数；

Rb --电流互感器实际二次负荷；

其他量值符号的定义同上。

c)电流互感器的额定二次极限电动势应大于保护校验要求的二次感应电动势，即：

Esl≥Es

d)所选电流互感器的准确限值系数Kalf应符合下式要求：

KKpcf(Rcl + Rb)

Kalf≥—--------------------

Rcl + Rbn

为此，要求制造部门确认所提供电流互感器为低漏磁特性，提供的电流互感器技术规范中应包括二次绕组的电阻值。

3.按实际准确限系数曲线验算。如果制造厂提供的电流互感器不满足低漏磁特性要求，当提高准确限值一次电流时，互感器可能出现局部饱和，不能采用上述额定二次极限电动势法进行验算。此时，如用户需要提高所选互感器的准确限值系数Kalf,则应由制造厂提供同直接法试验求得的或经过误差修正后实际可用的准确限值系数Kalf与Rb的关系曲线。根据实际的Rb从曲线上查出电流互感器的准确限值系数Kalf,见图要求Kalf≥KKpcf。

五、对P级电流互感器的准确性验算，我们对电流互感器一次含有直流分量电流转变的解释

现代微机型保护，动作速度很快，当保护跳闸时一次系统还有相当的直流分量存在，为此需要研究电流感器对含有直流分量的一次电流的转变。

从电流互感器误差相量图可知，为了传变电流，必须从一次电流中分出一部分电流作为励磁电流，产生感应电势ωLμ×Iˊμ才能输出二次电流，因此就产生了误差。通过对电流互感器二次侧等电路的求解可知，在铁芯未饱和前一次交流稳态量几乎全部转变到二次回路，铁芯需要的交流励磁电流很小。可以认为一次稳态交流分量电流在二次回路和励磁回路中，按支路阻抗成反比分配。暂态分量由强制分量和自由分量两部分组成。强制分量按在二次回路和励磁回路按T1和T2正比分配，这个直流分量按一次系统时间常数衰减。为了满足TA励磁电感中电流不能突变，产生了按二次回路时间常数T2衰减的自由直流分量。自由的直流分量在二次回路中成环流。由于TA对直流分量的转变能力比对交流分量的传变能力差得多，励磁电流中的直流比基波分量大得多，励磁电流中的直流分量不会改变符号，其极性始终与一次电流中的直流和分量相同，因而对TA饱和的影响，远远大于交流分量，这是我们研究继电保护所必须注意到的问题。励磁电流的最大值不一定出现在第一周期的电流最大值。出现最大的时间与一次系统和二次系统的时间常数有关。在何时出现饱和，还与一次电流的大小和励磁曲线的特性有关。因此我们常常可以看到，故障后的TA饱和时间出现在故障后的若干毫秒以后。

以微机为基础的数字式母线保护一般采用比例制动差动保护（电流差动或工频变化量差动）。保护区外故障由于个别电流互感器饱和，可能在差动保护中出现较大差流而导致误动。我国的微机母线保护规范要求装置能克服电流互感器暂态饱和影响，通常利用软件实现。实现的原理一般是利用电流互感器饱和时电流的特征来判别是保护区内还是保护区外故障互感器饱和。电流互感器饱和的电流输出有以下特点：

电流互感器进入饱和有一定延迟，在短路发生的开始阶段，电流互感器可以正确传变一次电流，保护装置可正确判别故障情况。

当铁芯开始饱和后，互感器二次波形的电流即出现破损现象而影响保护动作性能。

当一次电流的瞬时值由正半波趋向负半波时，即一次电流过零点后，电流互感器一般有一个可正确传遍电流的线性区。

互感器饱和后的二次电流将出现某些特定的谐波。

电流互感器篇8

关键词：电流互感器，误差，计量装置，影响，措施

中图分类号：TM452 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 04-0000-01

在电力系统中设备运行要由很多元器件构成一个主体，在其中最为重要的就是电流互感器，在电流饱和或者剩磁现象出现时，注入的电能计量装置的电流就会产生畸变，就会以波形的形式存在，波形的存在会对计量表得到的数据产生误差，所以说电流互感器对计量电能产生十分重要的影响。

一、简析电流互感器的工作原理

变压器的运行之所以被称为是二次短路，其实是指串联被测电路和一次绕组，二次绕组，电能表组成，然而电能表本身内阻十分小，这就相当于电流互感器基本就是一个变压器。磁通密度在具体范围内一般是位于0.08和0.1T之间的，I0N1表示的是激磁安匝数很小，I1N1表示一次安匝数，图2详细地描述了电流互感器对应的相量图，图中 表示铁心中I0N1建立的磁通，U2表示二次感应电压，二次回路中的电流I2，如果用公式表示就是I1N1+I2N2=I0N1由于I0N1十分小，几乎就可以表示为I1N1+I2N2=0，这就说明I1N1和I2N2就是基本平衡的，大小相等方向相反的两个相量，所以I1N1=I2N2，图2电流互感器的相量图。

二、电流互感器的误差分析

（一）励磁电流产生的误差。在电流互感器实际运行过程中实际电流和额定电流会存在一定的差值，这主要是由励磁电流所引起的，想要降低电流互感器的这种误差就必须尽最大可能消除电流互感器的励磁电流，但对于目前的科学技术来说这显然不太可能，这种误差与许多因素有关，比如当电流互感器一次侧电流增大时，电流互感器的误差就会随着减小，但是如果电流互感器一次侧的电流已经超过额定电流的数倍时就会将电流互感器原有的磁化曲线所改变，导致电流的比差和角差也随之改变。其次电源频率在逐渐增大时，在电流互感器开始运行不会产生太大的影响，但是随着时间的延长频率误差也会越来越大。

（二）电流互感器的剩磁现象。在电流互感器实际运行过程中最为关键的一点还是剩磁问题，这是影响电流互感器产生误差的一大要点。一次电流开断瞬间铁心当中的磁通会对剩磁的大小产生直接影响，在发生短路后，稳态周期性短路电流以及二次回路阻抗将是决定磁通的主要因素，在一次电流互感器处于饱和状态时断路器发生跳闸现象就会导致剩磁达到最大限度。在实际运行过程中剩磁会降低铁心的磁导率，会呈现非线性的增大状态。

（三）电能表选用不合理。在电能计量装置的实际运用中，由于电能用户的负荷电流变化幅度较大等类似情况，使得电流互感器长期处于低载负荷点上运行，从而使得电能计量发生误差。此外当用电能表和实际测量电能的相、线参数不一致的时候，就会引起一定的附加误差，并且因为三相不平衡，使得中性点附近还存在着少量的电流，进而产生附加误差，目前电子式电能表的误差源主要在于电压采样器和电流采样器。当前部分电子式电能表的电流采样器由锰铜合金板制成，其温度系数小，电阻随温度变化而发生非线性变化。这会引起电子式电能表误差对温度影响呈现非线性变化。

三、如何减小电流互感器对电能计量产生的误差

（一）对于电流互感器的选择。二次负荷在电流互感器中主要是指外接导线的电阻、电流线圈和电能表阻抗以及接触电阻。因此在对电流互流器进行选择的时候，应该从这三个方面综合的考虑电流互感器的二次容量大小，同时尽量选择在电流回路中阻抗较低的电能表，比如电子式电能表等。此外还能够用减小外接导线电阻等方法，进一步的增加电能计量的精度。

（二）一次电流及其二次负荷。在确定电流互感器额定一次电流的时候，应该使其在正常工作中的实际负荷在额定负荷的百分之三十和百分之六十之间，如果不能保证此点要求，那么就应该选择高动热的稳定电流互感器，使变比减少，达到电能计量的精度要求。对电流互感器的额定电流进行科学合理的选择，能够使电流互感器时刻都工作在最佳状态上，从而最大程度的削减电能计量的误差。并且还应采用专用的计量用互感器或专用的高精度电流互感器计量用绕组。

（二）调整电流互感器的误差。总体来说，电能计量的误差还是主要取决于互感器的误差和电能表本身的误差。因此在电能计量装置的实际运用中，应该结合运行环境的特点，对电流互感器和电压互感器进行科学合理的误差补偿，从而最大程度的减小互感器产生的误差。除此之外，还可以对某些相的电压互感器和电流互感器的角差及比差进行合适的调整，从而使得两类互感器在进行合成的时候，其产生的误差被降到最低进而大大增加电能计量的准确性。

四、结束语

随着科学技术的不断创新，电力能源已经成为当今社会发展的主体，因此，作为一名电能计量管理人员，在当下更应该对电流互感器的核心内容进行深入的了解，结合电流互感器在使用中对电能计量的影响因素，尽可能的保证电能计量的精准性，从而最大程度的提高电力企业的经济效益。

电流互感器篇9

发生事故的干式电流互感器型号为LCGBJ-35W3 4000/1A，2013年6月生产。该型号干式电流互感器主要由一次绕组、二次绕组、箱体、均压罩、高强瓷套管等组成。4000/1A电流互感器用在220kV 某某变电站1#、3#主变35kV侧和35kV母联处。

二、事故情况简介

某某220kV变电站竣工验收完毕，此站本期有220kV进线线路两回4E、5E，110kV线路六回，35kV出线八回，220kV进线5E为唯一电源进线，2013年12月2日全站送电完成（全站冲击完成，未带负荷），2013年12月3日由于对侧设备检修，某某220kV变电站全站停电。2013年12月2日某某220kV变电站1#主变、3#主变送电，110kV、35kV母线空载运行。因电源线路220kV5E线路对侧检修，12月3日11：00某某220kV变电站1#、3#主变由运行转热备用，检修结束后12月3日19：30分3#主变由转热备用转运行，巡视检查发现3#主变35kV侧电流互感器声音异常，35kVIII段母线电压不正常，将3#主变35kV开关3503断路器转冷备用，对3#主变35kV侧电流互感器一、二次检查未发现异常。对35kVIII段母线PT检查发现A、C相高压保险熔断，PT进行绝缘检查未发现异常，更换A、C相高压保险。22：15分合上3503断路器时传来两声爆炸声音，3#主变差动保护动作，检查发现3#主变35kV侧B相电流互感器炸裂，3#主变转为冷备用。

（一）事故现场检查

事故发生后因天色已黑，气温-6℃，运行人员对事故设备区域进行了现场保护。12月4日调查小组及相关负责人共同进行现场检查。

事故现象有：

1.3#主变35kV侧B相电流互感器箱体炸裂，8米外有二次接线盒盖，二次接线板脱落至箱体外，四周散落部分碎块；

3#主变35kV侧B相电流互感器

2.35kV母联C相电流互感器上部铸铝法兰裂成4瓣，高压柱头等电位连线炸开，箱体膨胀、发黑；

35kV母联电流互感器

35kV母联C相电流互感器，在设备安装处

3.35kV母联B相电流互感器高压柱头等电位连线熔断，二次低压绕组对地绝缘10MΩ；

4.3#主变35kV侧A相电流互感器高压对地绝缘300MΩ。

35kV母联C相电流互感器，P2端上法兰炸裂

（二）电气试验检查：

电气试验检查包括3#主变35kV侧和35kV母联共6只电流互感器二次绕组通回路检查，绝缘电阻检查，以及互感器出厂试验报告、安装单位电流互感器交接试验报告检查。安装单位2013年10月份进行的电流互感器交接试验报告未见异常。

（三）解体检查：

对35kV母联B、C相两只电流互感器进行解体检查。

1.35kV母联C相电流互感器解体检查情况：（1）上部铸铝法兰裂成4瓣，高压柱头等电位连线炸开，箱体膨胀、发黑；（2）U型高压棒P2侧箱体根部主绝缘击穿，绝缘损伤最为严重，缠绕在高压棒上的绝缘物质向两侧外翻；（3）打开密封绝缘的高压棒内部可见冰和水。

2.35kV母联B相电流互感器解体检查情况：高压柱头等电位连线熔断，密封的高压棒内部可见冰和水。

三、事故原因判断

根据上述检查结果，对此次干式高压电流互感器做出推断如下：

（一）天气为多云，无雷暴现象，35kV I段母线避雷器无动作记录，排除互感器炸裂由过电压引起的可能性。

（二）事故时电流互感器由热备用转运行，35kV母线空载，设备并无一次大电流通过，设备二次外回路无异常，电流互感器末屏接地引出线与地电位可靠连接，排除事故由接线错误、末屏接地不可靠或施工不当引起的可能性。

（三）电流互感器U型高压棒P2侧箱体根部主绝缘击穿，绝缘损伤最为严重。是互感器高压棒上部密封不严内部进水绝缘击穿，造成高压棒对箱体外壳放电，生成很大能量，箱体内形成巨大压力，是造成该互感器炸裂的直接原因。

（四）产品制造过程中存在缺陷，高压棒上部无防雨罩、密封垫密封不可靠内部进水，是造成该互感器炸裂的重要原因。

四、防范措施

（一）互感器厂家在制造过程中工艺缺陷是该次事故的直接原因，此次事故发生后，需督促厂家对生产流程中工艺不易控制的环节进行相应改进，从生产人员、材料选择以及工艺选用上加强管理。建议高压棒上部加装防雨罩，消除工艺缺陷。

电流互感器篇10

【关键词】电流互感器；励磁特性；低频

一、引言

励磁特性试验是检测保护用电流互感器性能最常用、最有效的方法。通过励磁特性曲线能够测量电流互感器的复合误差，估算P级、PR级互感器的准确限值系数ALF，计算互感器二次时间常数Ts，绘制互感器准确限值系数与二次负荷的关系曲线等等，这些都是互感器的重要性能指标，可见电流互感器励磁特性试验的重要性。

近年来，随着全国电力事业的发展，发电厂单机容量不断增大，输电线路电压等级、输送容量越来越高。相应地，许多高电压、大变比组合式的P级、TP级电流互感器被采用，并且广泛使用的是额定二次电流为1A的互感器。此类互感器励磁饱和电压比较高，有的甚至达到20000伏以上，如：日本三菱电机株式会社生产的550kV套管TPY级电流互感器。对励磁饱和电压太高的互感器进行试验，特别是现场试验，从安全方面考虑，不主张在常规的工频下进行试验，而应在低频条件下进行。

二、励磁特性试验设备的发展

常规互感器励磁特性试验方法比较简单，对试验设备的要求也不高，众多厂商提供了各种电流互感器特性测试仪，其功能一般包括励磁特性测量、电流比测量、极性检测。早期的互感器特性测试仪内置较大容量的调压、升压、升流装置以及电流、电压表；电流比测量通过一次升流，并在一次、二次测量电流的方法，极性检测采用直流法。此类设备技术含量低，体积、质量大，操作步骤繁琐，最 大输出电压一般在 1000V 以下。

目前技术水平较高的互感器特性测试仪，内置程控电源、高精度交流采样、转换模块；电流比、极性测量采用电压法，其方法是在二次绕组施加电压，在一次绕组进行检测，计算出一二次绕组匝比，采用微处理器，并内置测试软件，可以进行数据分析、处理、打印；此类设备能满足常规试验要求，体积、质量小，操作方便，能够自动完成试验，试验效率高。但由于采用工频源，输出电压不能太高，一般在 2000V 以内，受输出容量限制及考虑安全因素，不适用于对高电压、大容量系统中的保护用电流互感器进行试验，如：超高压系统中罐式断路器的套管互感器、GIS 中的互感器、大容量变压器套管互感器、大容量发电机组的套管互感器等。

最先进的互感器特性测试仪采用变频技术，根据互感器励磁饱和电压不同，调节输出频率，可以在较低电压下进行试验，理论上可以对所有电磁式电流互感器进行试验，试验过程安全、简单，工作效率极高，劳动强度小，有的还具备比、角差测量功能以及能对 TP 级互感器的暂态性能进行测试，适合对保护用及测量用互感器进行测试。

三、低频励磁特性试验原理分析

大容量、高电压系统中使用的电流互感器往往励磁饱和电压较高，有的高达20000V以上。在传统的工频条件下对其进行励磁特性试验主要存在两方面问题：

1、在二次绕组施加如此高的电压不能保证试品安全，有可能损伤二次绕组或二次端子间的绝缘。

2、需要较大容量的调压、升压设备。

由于励磁试验的目的是测量铁心磁性能，因此可以在低频率下进行，这是因为励磁阻抗Zm=jwL，其与频率成正比，因而降低频率可以降低励磁阻抗，从而能够在较低励磁电压下获得相同的励磁电流，然后将低频测量结果折算到50Hz的电压即可。假设励磁特性试验在频率f1下进行，测得励磁电流I1、励磁电压U1，则此时铁心磁链Φ为：

Φ=（√2*U1）/（2лf1）

所以50Hz下的励磁电压U为：

U=√2*лfΦ=U1f/f1.

采用低频变频电源进行电流互感器励磁特性试验时，试验方法与常规方法一致，但是由于频率比较低，监视用电流表、电压表应为测量平均值原理的仪表。例如：一台TP级电流互感器，工频50Hz下励磁饱和电压10000V，若降低频率在5Hz下进行试验，最高励磁电压只需升到1000V左右即可完成试验。若励磁电流为0.5A，所需试验设备容量仅需500VA。

四、低频励磁特性试验优势

1、随着电力系统的发展，在超高压及大容量发电机组中许多大变比的 P 级、TP 级电流互感器被广泛采用，此类电流互感器的励磁饱和电压比较高，常规的工频励磁特性试验方法和试验设备已经不能满足试验需要，可以采用降低电源频率的方法进行试验。

2、采用低频电源一般有两种方式：

a.采用低频发电机；

b.通过对 50Hz 交流电源进行整流-逆变产生低频交流。

但是，采用低频发电机进行试验存在：由于发电机的频率波动，影响测量结果；需要的设备数量多、体积大，试验方法复杂；不适用于在现场进行试验等缺陷。

3、采用低频、变频电源进行试验具有下述优点：

a.理论上可以对任何类型的电磁式电流互感器进行试验，只要降低电源输出频率，不论励磁电压多高，都能安全地完成试验。

b.设备输出容量可以很低，无需大容量升流、高电压的升压装置，劳动强度低，工作效率高。

c.在低电压下完成试验，试验过程中人身、设备安全得到保障。

d.试验方法灵活，不受试验场所限制。

4、采用低频、变频技术进行电流互感器励磁特性试验理论上是正确的，因而采用低频、变频电源试验方法是对高励磁饱和电压电流互感器进行励磁特性试验的必然选择。

参考文献：