電流互感器(qì)知識簡介(jiè)
   為了保證電力系統安全(quán)經濟運行,必須對電力設(shè)備(bèi)的運行情況進行監視和測量.但一般的測量和保護裝置不能(néng)直接接入(rù)一次高壓設備,而需要将(jiāng)一次系統的高電壓(yā)和大電流按比例變換成低電壓和小電(diàn)流,供給測量儀(yí)表和保護裝置使用.執行這些變換任務的設(shè)備,常見(jiàn)的就是我們通常所說(shuō)的互感器.大電流試驗(yàn)裝置應用于發電廠、變配電(diàn)站、電器制造廠及(jí)科研院(yuàn)所等部門，屬于短時或斷續工作制，具有體積小、重(zhòng)量輕、使用(yòng)維修方便等特點。進行電壓轉換的是電壓互(hù)感器(voltagetransformer),而進(jìn)行電流轉(zhuǎn)換的互感(gǎn)器為電流互感器(currenttransformer),簡稱為CT.本文将讨論電(diàn)流互感器的(de)相關(guān)基(jī)本知識.
   1.電流互(hù)感器的簡單分類
   根據用途電流互感器(qì)一般(bān)可分為保護用和計(jì)量用兩種。兩者的區别在于計量用互感器的精度(dù)要相對較高，另外計量用(yòng)互感器也更容易飽和，以防止發生系統故障時大的短路電流造成計量表計的損壞(huài)。
   根(gēn)據對暫态飽和問(wèn)題的不同處理方法，保護用電流互(hù)感器又可分為P類和TP類。P（protection，保護）類(lèi)電流(liú)互感器不特殊考慮暫态飽和問題(tí)，僅按通過互感器的大穩(wěn)态短路電(diàn)流選用互感器，可以(yǐ)允許出現一定(dìng)的穩态飽和，而對暫(zàn)态飽和引起的誤差主要由保護裝置本身采取措施防(fáng)止可(kě)能出現的錯誤動作行為(wéi)（誤動或拒動）。TP（transientprotection，暫态保護）類電流互感器要求在嚴重的暫态條件下不飽和，互感器(qì)誤差在規定範圍内，以保(bǎo)證保護裝置的(de)正确動作。
   對于其它類型的互感器，比如(rú)光互感器，電子式電(diàn)流互感器(qì)等實際應用(yòng)還很少(shǎo)，因此這裡不作介紹。
   2.電流互感器的飽和
   前面我們講(jiǎng)到電流互感器的誤差主要是由勵磁電流Ie引起的。正(zhèng)常運(yùn)行時由于勵磁阻抗較大，因此Ie很小，以至(zhì)于這種誤差是可以忽略的。但當CT飽和時，飽和(hé)程度越嚴(yán)重，勵(lì)磁阻抗越小，勵磁電流極大的(de)增大，使互感器的誤差成倍的增大，影響保護的(de)正确動作(zuò)。嚴重時會使一次電流全部變成勵磁電流，造成二次電流為零(líng)的情況(kuàng)。引起互感器(qì)飽和(hé)的原(yuán)因一般為電流過大或電流中(zhōng)含有大量的非周(zhōu)期分量，這兩種情況都是發生在事故情況下的，這時本來要求保護正(zhèng)确(què)動作快速切除故障，但如果互感器飽和就很容易(yì)造成誤差過大引(yǐn)起保護的不(bú)正确動作，進一步影響系統安全。因此對(duì)于電流互感器(qì)飽和的問題我(wǒ)們必(bì)須認真(zhēn)對待。
   互感器的飽和問題如果進行詳(xiáng)細(xì)分析是非常複雜的，因此這裡僅進行定性分(fèn)析。
所謂互感器的飽和，實(shí)際上講(jiǎng)的是互感器鐵心的飽和。我們知道互感器之所以能傳變電流，就(jiù)是因為一次電流在鐵芯中産生了磁(cí)通，進而在纏繞在(zài)同一鐵芯中上的二次繞組中産生電動勢U＝4.44f*N*B*S×10-8。式中f為系統頻率，HZ；N為二次繞組匝數；S為鐵芯截(jié)面積，m2；B為(wéi)鐵芯中的磁通密度。如果此時二次回路為通路，則将産生二次電流，完成電流在一二次繞組中的傳(chuán)變。而當鐵芯中的磁通密(mì)度達到飽(bǎo)和點後，B随勵磁(cí)電流或是磁場強度的變化趨于不明顯。也就是說在N,S,f确定的情況下，二次感(gǎn)應(yīng)電勢将基本維持(chí)不變，因此二次電流也将基本(běn)不變，一二(èr)次電流(liú)按比例傳變的(de)特性改變了。我們知(zhī)道互感器的飽和的實質是鐵芯中的磁通密度B過(guò)大，超過(guò)了飽和點(diǎn)造成的。而(ér)鐵芯中磁通的多少決定于建立該磁通的電流的大小，也就是勵磁電流Ie的大小。當Ie過大引(yǐn)起磁通密度過大，将使(shǐ)鐵芯趨于飽和。而此時互感器的勵(lì)磁阻抗會(huì)顯著下降，從而造成勵(lì)磁電流的再增大，于(yú)是又進一步加劇了磁通的增加和鐵芯的飽和(hé)，這其實是一個惡性循(xún)環的過(guò)程。
   暫态飽和，是指發生在故障暫态過程中，由暫态分量引起(qǐ)的(de)互感器飽和。我們知道(dào)，任何故障發生時，電氣量都不是突變的。故障量的出現(xiàn)必(bì)然會伴(bàn)随着或多或少的(de)非周期分量。而非周期分量，特别是(shì)故障電流中的(de)直流分量是不能在互感器一二次間傳變的(de)。這些電流量将全部作為勵磁(cí)電流出現。因此當事故發生時伴有較大的暫态分量時，也會(huì)造成勵磁電流的增大，從而造(zào)成互感器飽和(hé)。
   3.電流互感器的誤差分析(xī)和計算
   當我們知道電流互感器(qì)的誤差主(zhǔ)要是由于勵磁電(diàn)流Ie引起的(de)之後，就有必要根(gēn)據實際運行情況來檢(jiǎn)驗(yàn)所使用(yòng)的電流互(hù)感器的誤(wù)差是否(fǒu)符合要求。互感器的誤差包括角度誤差和幅值誤差。就繼電保護專業而言，角度誤差的測量過于繁複且實際情況下誤差(chà)也極少出現超标的情況，我們更關注的是幅值的(de)誤(wù)差。我們一般要求(qiú)一次電流Ip等于保護安裝處可能的大短(duǎn)路電流時，幅值誤差(chà)小于等于10％，這也就說我們平時所說的10％誤差分(fèn)析中的要求。
   根據(jù)一般的(de)電路原理(lǐ)我們可知，在圖一中，為滿足10％誤差的(de)要求（Ie小于等于10％的Ip/Kn），則必須保(bǎo)證勵磁(cí)阻抗Ze大于(yú)等于9倍的(de)二次回路總負(fù)載阻抗（Xct＋Rct＋Zb）。因此為(wéi)了進行10％誤差分析，我(wǒ)們必須知道保護安裝處的大短路電流、對應于該電流的互感器勵磁阻抗值和電流互感器的二(èr)次(cì)回路(lù)總負載阻(zǔ)抗。下(xià)面我們(men)分别進行讨論。3.1.勵磁阻(zǔ)抗的測量(liàng)
   4.互感器實際二次負擔的測(cè)量
   互感器的實際二次(cì)負擔就是每隻(zhī)互感器實際承載的(de)交流阻抗。可用下式表示：
   電流互感(gǎn)器實際負擔＝單相互感器繞組兩端電壓/測試電流互感器繞組内流過的電流
測試應該在電流互感器輸出端測量（實際(jì)工作中多在端子箱出進行，這樣會産生誤差(chà)，沒有計及端子(zǐ)箱到互感器輸出端子出(chū)電纜(lǎn)）。應當注意，當作差動(dòng)保護回路阻抗測試時應将差(chà)動線圈短(duǎn)接。這是因為，我們上面說過差動保護的整定一般均以躲過外部故障産生(shēng)的不平衡電流，而此時理論上是不産生(shēng)差動電流的，也就是說差動回路中(zhōng)不流(liú)過差動(dòng)電流，因(yīn)此差動回路的阻抗也可以忽略。
   5.分析結論
   我們計(jì)算出(chū)了勵磁阻抗，那麼更加10％誤差的(de)要求，就可以(yǐ)求出滿足誤差要求的大(dà)的二次(cì)允許負載。在3.4中我們又測得了互感器的二次實際負載。如(rú)果實測負載(zǎi)大于(yú)允許大的二次負載(zǎi)，則互感器誤差不(bú)符合要求。反之則符合誤差要求。
如果10％誤差不符合要求一(yī)般的(de)做法有：
   增大二次(cì)電纜界面積（減少二次阻抗）
   串接(jiē)同型同變比電流互感器（減少互感器勵磁電流）
   改用伏安特性較高的繞組(zǔ)（勵磁阻抗(kàng)增大）
   提高電流互感器變比（增大勵磁阻(zǔ)抗）
   在這裡有一點必須明确，上面進行的所(suǒ)有計算均為穩态(tài)量的計算(suàn)。即使計算結果完全(quán)符合誤差要求，當故障量中暫(zàn)态量很大時，仍然會産生很大(dà)的(de)誤差。也就是說對于暫态飽(bǎo)和(hé)和暫态誤差(chà)，上面的計算是無意義的。因為對于暫态分量的形式和大小我們(men)無法把握(wò)和預知。對于由于暫态分量造成的誤差，一般(bān)要采用暫态特性的互感器以及在(zài)保護中采取相應的措施以避免對保護動作行為的影響。
   後還有一點(diǎn)需要說明，現在我們經常會遇到伏安特性很高的互感器。我們在進(jìn)行伏安特性(xìng)試驗時，現有的儀器根本不能将勵磁(cí)電流升到足(zú)夠高的水平(píng)。下面是(shì)一組實際測得的某互感器的伏安特性數據：
   I(A)0.0150.020.0250.040.08
   U(V)7007808209701230
   從上表中我們(men)可以看到，勵磁電流還不(bú)到0.1A，電壓就已經超過(guò)1000V。即使互感器二次額定電流為1A，那麼我們考慮到短路電流倍數，将(jiāng)勵磁電流升到一個足夠的值顯然(rán)是不(bú)可能的。這裡不(bú)可能(néng)有兩個，一是現有的常用試驗儀(yí)器的容(róng)量不夠(gòu)；二(èr)是考慮到二次回路(lù)的耐壓水(shuǐ)平(píng)也就是2000KV而已，真的(de)通過其它(tā)方式将電壓升高，不僅可能造成二次設備的損壞，而且也并不符合實際運行情況。對于這種情況，我們其實并不需要知道(dào)某個我們應該計算的勵磁(cí)電流對應的電壓。這(zhè)是因為在勵磁特性曲線中，即使互感器已經飽(bǎo)和，随着勵磁電流的增加，勵磁電壓也是在增加的（隻(zhī)不過趨于平緩而(ér)已），至少是不會下降的(de)。因此(cǐ)，以上表為例，我們大可以通過短路電流倍數的計算确定(dìng)勵磁電流值，然後(hòu)用1230V，甚至(zhì)是700V作為電壓值進行計算。這顯然是比常規(guī)的算法對互感器的要求更加苛刻了，因(yīn)此不會造成錯誤的計算。而計算結果中，我們會發現，即使是(shì)采用這種(zhǒng)更加苛刻的算法，這(zhè)種高伏安特性的互(hù)感器允許的實際二次負載(zǎi)往往仍遠遠小于實際負(fù)載。
   6.其它(tā)相關知識
   6.1.繼電保護應采用保護級繞組(zǔ)。故障錄波一般應(yīng)單(dān)獨采用保護級繞組以(yǐ)防止故障電流大時出現錄波失真。條(tiáo)件不允許時可和保護共(gòng)用一個繞組，但要布置在保護裝置(zhì)後面。表計應采用測(cè)量計繞組(zǔ)，一是(shì)保(bǎo)證精度，而是在故障時互感器容易飽和以保護表計不損壞。
   6.2.電流互(hù)感器的布置要把握兩個原則，一是要防止出(chū)現保護死(sǐ)區，二是要躲(duǒ)過互(hù)感器易發生故障(zhàng)的部分。為防止(zhǐ)死區，一般要求各種保護(hù)的保護範圍之間要有交(jiāo)叉(chā)，同時要求電流互(hù)感器的一次測極性端必須安裝咱母線側。這是因為互感器(qì)二次繞組的排列是(shì)以互感器一次極性端為(wéi)參考的，如果一次極性端放置錯誤(wù)，那麼盡管在二次繞(rào)組的分配上考(kǎo)慮到了交叉問題，仍然會(huì)出現保護範圍的死區(qū)。另外，由于互感器底部(bù)易發(fā)生故(gù)障，而(ér)母線保護動作停電範圍太大，因此一般要注(zhù)意母線保(bǎo)護要(yào)盡量躲開互感器底(dǐ)部。
   6.3.電流互感器的選擇一般有如下原則(zé)需要(yào)遵循:
   應滿足一次回路的(de)額定電壓、大負荷電流及短路時的動、熱穩定(dìng)電流的要求；
   應滿足二次回路測量、自動裝置的準确度要求和保護裝置10％誤差的要求；
   應滿足保護裝置對暫态特性要求（如500KV保護）；
   用于變壓器差動時，各側電流互感器的鐵芯宜(yí)采用相同的鐵芯型式。各互感器(qì)的(de)特性宜相同。以防止區外故障時，各互感(gǎn)器特性不一緻産生差流，造成誤動(dòng)。
   7.電流互感器類型選擇
   為保證保護裝置(zhì)的正确動作，所選擇(zé)的互感器至少要保證在穩(wěn)态對稱短路電流的下的誤差不(bú)超過規定值。至于故障電流中的非周期分量(liàng)和互(hù)感器剩磁等問題帶來的暫(zàn)态影響，則隻(zhī)能根(gēn)據互感器所在系(xì)統暫态(tài)問題的嚴重程度、保(bǎo)護裝置的特性、暫态(tài)飽和可能引起的後果和運行情況進行綜合考慮定性分析，至于精确的暫态特性(xìng)計算由于過于複雜且現場(chǎng)工作情況很難進行，因此(cǐ)不進行讨論。
   7.1.330－500KV系統保護、高壓側為330－500KV的(de)變壓器保護用(yòng)的電流互感器(qì)，由于(yú)系統一次時間常熟較大(dà)，互感器暫态飽和較嚴重，由此可能導緻保護錯誤動作的後(hòu)果。因此互感(gǎn)器應保(bǎo)證實際短(duǎn)路工作循環中不緻暫态飽和，即暫态誤差不超過規定值。一(yī)般選用TP類互感器，尤其是(shì)線路(lù)保護(hù)考慮到重(zhòng)合閘的問題，要(yào)考慮雙工作循環的問題，因此推薦使用TPY型。
   7.2.220KV系(xì)統保護、高壓側(cè)為220KV的變壓器保護互(hù)感器其暫态飽和問題及其影響較輕，可按穩态短路條件計算互感器(qì)穩态特性(xìng)，進而(ér)選擇互感器。當然，為(wéi)減輕可能發生的暫态飽(bǎo)和影響，我(wǒ)們有必要留有适當的裕度。220KV系統保護的暫态系數一般不小(xiǎo)于2。
   7.3.110KV系統保(bǎo)護用互感(gǎn)器一般(bān)按穩态條件考慮，采用P類互感器。
   7.4.高壓母線差動保護用電流互感器，由(yóu)于母線故障時故(gù)障電(diàn)流很大，而且外部故(gù)障時流過互感器的電流差别也很大。即使各(gè)互(hù)感器特性一緻，其(qí)暫态飽和(hé)的情(qíng)況也可能差别很大。因此母線差動保護(hù)用的(de)電流互感器好要具有抗(kàng)暫态飽和的能力。實際工程應用中，一般按穩态條(tiáo)件選擇互感器，而抗飽和的問題更多的由保護裝置進(jìn)行處理。