淺析電流互感器運(yùn)行與維護(hù)

宋傳偉，趙金龍

內(nèi)蒙古興安盟阿爾山供電局，內(nèi)蒙古阿爾山 137800

1 電流互感器工作原理

電力系統(tǒng)中廣泛采用電磁式電流互感器，它的主要結(jié)構(gòu)和工作原理和變壓器相似，電流互感器的一次繞組匝數(shù)N1很小，串聯(lián)被側(cè)電路中，因此，一次繞組中的電流I1完全取決于待測(cè)電路的負(fù)載大小，而不受二次電流I2的影響，這是電流互感器與變壓器區(qū)別的重要特點(diǎn)，二次繞組匝數(shù)N2較多，它所連接的儀表和繼電器的電流線圈阻抗很小，故電流互感器正常工作情況近于短路狀態(tài)下運(yùn)行。電流互感器利用變壓器原、副邊電流成比例的特點(diǎn)制成。其工作原理、等值電路也與一般變壓器相同，只是其原邊繞組串聯(lián)在被測(cè)電路中，且匝數(shù)很少；副邊繞組接電流表、繼電器電流線圈等低阻抗負(fù)載，近似短路。原邊電流（即被測(cè)電流）和副邊電流取決于被測(cè)線路的負(fù)載，而與電流互感器的副邊負(fù)載無(wú)關(guān)。由于副邊接近于短路，所以原、副邊電壓U1和Uc2都很小，勵(lì)磁電流I0也很小。電流互感器運(yùn)行時(shí)，副邊不允許開(kāi)路。因?yàn)橐坏╅_(kāi)路，原邊電流均成為勵(lì)磁電流，使磁通和副邊電壓大大超過(guò)正常值而危及人身和設(shè)備安全。因此，電流互感器副邊回路中不許接熔斷器，也不允許在運(yùn)行時(shí)未經(jīng)旁路就拆下電流表、繼電器等設(shè)備。

2 電流互感器開(kāi)路的危害

電流互感器正常工作時(shí)，二次回路近于短路狀態(tài)。這時(shí)二次電流所產(chǎn)生的二次繞組磁動(dòng)勢(shì)F2對(duì)一次繞組磁動(dòng)勢(shì)F1有去磁作用，因此，合成磁勢(shì)F0＝F1-F2不大，合成磁通φ0也不大，二次繞組內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2的數(shù)值最多不超過(guò)幾十伏。因此，為了減少電流互感器的尺寸和造價(jià)，互感器鐵心的截面是根據(jù)電流互感器在正常工作狀態(tài)下合磁磁通φ0很小而設(shè)計(jì)的。使用中的電流互感器如果發(fā)生二次回路開(kāi)路，二次繞組磁動(dòng)勢(shì)F2等于0，一次繞組磁動(dòng)勢(shì)F1仍保持不變，且全部用于激磁，合成磁勢(shì)F0=F1，這時(shí)的F0較正常時(shí)的合成磁勢(shì)(F1-F2)增大了許多倍，使得鐵心中的磁通急劇地增加而達(dá)到飽和狀態(tài)。由于鐵心飽和致使磁通波形變?yōu)槠巾敳?，因?yàn)楦袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)正比于磁通的變化率dφ/dt，所以這時(shí)二次繞組內(nèi)將感應(yīng)出很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2。二次繞組開(kāi)路時(shí)二次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2是尖頂?shù)姆钦也?，其峰值可達(dá)數(shù)千伏之高，這對(duì)工作人員和二次設(shè)備以及二次電纜的絕緣都是極危險(xiǎn)的；另一影響是，因鐵心內(nèi)磁通的劇增，引起鐵心損耗增大，造成嚴(yán)重發(fā)熱也會(huì)使電流互感器燒毀；第三個(gè)影響是因鐵心剩磁過(guò)大，使電流互感器的誤差增加，在運(yùn)行中的電流互感器是將處于高電位的大電流變成低電位的小電流。也就是說(shuō)：二次繞組的匝數(shù)比一次要多幾倍，甚至幾千倍（視電流變比而定）。如果二次開(kāi)路，一次側(cè)仍然被強(qiáng)制通過(guò)系統(tǒng)電流，二次側(cè)就會(huì)感應(yīng)出幾倍甚至幾千倍于一次繞組兩端的電壓，這個(gè)電壓可能高達(dá)幾千伏以上。運(yùn)行中電流互感器二次側(cè)開(kāi)路后，一次側(cè)電流仍然不變，二次側(cè)電流等于0，則二次電流產(chǎn)生的去磁磁通也消失了。這時(shí)，一次電流全部變成勵(lì)磁電流，使互感器鐵芯飽和，磁通也很高，將產(chǎn)生以下后果：

1）由于磁通飽和，其二次側(cè)將產(chǎn)生數(shù)千伏高壓，且波形改變，對(duì)人身和設(shè)備造成危害；

2）由于鐵芯磁通飽和，使鐵芯損耗增加，產(chǎn)生高熱，會(huì)損壞絕緣；

3）將在鐵芯中產(chǎn)生剩磁，使互感器比差和角差增大，失去準(zhǔn)確性。

因此，電流互感器在使用中必須與二次負(fù)荷確切聯(lián)結(jié)，不接負(fù)荷時(shí)則應(yīng)可靠短接，短接的導(dǎo)線必須有足夠的截面，以免當(dāng)一次過(guò)電流時(shí)產(chǎn)生的較大的二次電流將導(dǎo)線熔斷，造成二次開(kāi)路而出現(xiàn)高電壓。電流互感器一次繞組匝數(shù)少，使用時(shí)一次繞組串聯(lián)在被測(cè)線路里，二次繞組匝數(shù)多，與測(cè)量?jī)x表和繼電器等電流線圈串聯(lián)使用，測(cè)量?jī)x表和繼電器等電流線圈阻抗很小，所以正常運(yùn)行時(shí)CT是接近短路狀態(tài)的。CT二次電流的大小由一次電流決定，二次電流產(chǎn)生的磁勢(shì)，是平衡一次電流的磁勢(shì)的。若二次開(kāi)路，其阻抗無(wú)限大，二次電流等于零，其磁勢(shì)也等于零，就不能去平衡一次電流產(chǎn)生的磁勢(shì)，那么一次電流將全部作用于激磁，使鐵芯嚴(yán)重飽和。磁飽和使鐵損增大，CT發(fā)熱，CT線圈的絕緣也會(huì)因過(guò)熱而被燒壞。還會(huì)在鐵芯上產(chǎn)生剩磁，增大互感器誤差。最嚴(yán)重的是由于磁飽和，交變磁通的正弦波變?yōu)樘菪尾ǎ诖磐ㄑ杆僮兓乃查g，二次線圈上將感應(yīng)出很高的電壓，其峰值可達(dá)幾千伏，如此高的電壓作用在二次線圈和二次回路上，對(duì)人身和設(shè)備都存在著嚴(yán)重的威脅。所以CT在任何時(shí)候都是不允許二次側(cè)開(kāi)路運(yùn)行的。

3 如何對(duì)電流互感器開(kāi)路判斷

如何判斷電流互感器二次開(kāi)路故障，一般可從以下現(xiàn)象進(jìn)行檢查判斷：

1）回路儀表指示異常降低或?yàn)榱?。如用于測(cè)量表記的電流回路開(kāi)路，會(huì)使三相電流表指示不一致、功率表指示降低，計(jì)量表記不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)數(shù)減慢，如果表記指示時(shí)有時(shí)無(wú)，可能是處于半開(kāi)路狀態(tài)；

2）CT本體有無(wú)噪聲、振動(dòng)不均勻、嚴(yán)重發(fā)熱、冒煙等現(xiàn)象，當(dāng)然這些現(xiàn)象在負(fù)荷小時(shí)表現(xiàn)并不明顯；

3）CT二次回路端子、元件線頭有放電、打火現(xiàn)象；

4）繼保發(fā)生誤動(dòng)或拒動(dòng)，這種情況可在誤跳閘或越級(jí)跳閘時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理；

5）電度表、繼電器等冒煙燒壞。而有無(wú)功功率表及電度表、遠(yuǎn)動(dòng)裝置的變送器、保護(hù)裝置的繼電器燒壞，不僅會(huì)使CT二次開(kāi)路，還會(huì)使PT二次短路。

4 電流互感器二次開(kāi)路處理

檢查處理CT二次開(kāi)路故障，要盡量減小一次負(fù)荷電流，以降低二次回路的電壓。操作時(shí)注意安全，要站在絕緣墊上，戴好絕緣手套，使用絕緣良好的工具。

1）發(fā)現(xiàn)CT二次開(kāi)路，要先分清是哪一組電流回路故障、開(kāi)路的相別、對(duì)保護(hù)有無(wú)影響，匯報(bào)調(diào)度，解除有可能誤動(dòng)的保護(hù)。

2）盡量減小一次負(fù)荷電流。若CT嚴(yán)重?fù)p傷，應(yīng)轉(zhuǎn)移負(fù)荷，停電處理。

3）盡快設(shè)法在就近的試驗(yàn)端子上用良好的短接線按圖紙將CT二次短路，再檢查處理開(kāi)路點(diǎn)。

4）若短接時(shí)發(fā)現(xiàn)有火花，那么短接應(yīng)該是有效的，故障點(diǎn)應(yīng)該就在短接點(diǎn)以下的回路中，可進(jìn)一步查找。若短接時(shí)沒(méi)有火花，則可能短接無(wú)效，故障點(diǎn)可能在短接點(diǎn)以前的回路中，可逐點(diǎn)向前變換短接點(diǎn)，縮小范圍檢查。

5）在故障范圍內(nèi)，應(yīng)檢查容易發(fā)生故障的端子和元件。對(duì)檢查出的故障，能自行處理的，如接線端子等外部元件松動(dòng)、接觸不良等，立即處理后投入所退出的保護(hù)。若開(kāi)路點(diǎn)在CT本體的接線端子上，則應(yīng)停電處理。若不能自行處理的（如繼電器內(nèi)部）或不能自行查明故障的，應(yīng)先將CT二次短路后匯報(bào)上級(jí)

5 電流互感器開(kāi)路電壓

電流互感器二次發(fā)生開(kāi)路會(huì)產(chǎn)生高電壓。常見(jiàn)的對(duì)這一現(xiàn)象的解釋是：“如果電流互感器二次開(kāi)路，二次電流消失，去磁作用隨之消失，鐵心中的磁密很高；又由于二次繞組匝數(shù)特多，二次電壓會(huì)很高。有時(shí)可達(dá)幾千伏”電流互感器的一次匝數(shù)很少，其一次繞組通常是一次設(shè)備的進(jìn)出導(dǎo)線，只有一匝或兩匝，而起二次繞組很多。我們知道其二次電壓U2與一次電壓U1的關(guān)系應(yīng)該為 U2=U1*W2/W1，其中W2、W1分別為二次和一次的繞組匝數(shù)。比如一個(gè)額定變比為1200/5的電流互感器其一次繞組為1匝，而二次繞組為240匝。如果互感器二次開(kāi)路，而如果我們所說(shuō)的這個(gè)變比為1200/5的互感器使用在110kV系統(tǒng)，那么當(dāng)二次開(kāi)路時(shí)是不是就要產(chǎn)生110kV×240這樣高的電壓呢？說(shuō)實(shí)話，這是我以前的一個(gè)誤解。而上面的推算過(guò)程中發(fā)生的關(guān)鍵錯(cuò)誤是把一次系統(tǒng)的額定電壓當(dāng)成了互感器的一次電壓U1，而真正的U1實(shí)際上應(yīng)該是電流流過(guò)互感器一次，在互感器進(jìn)線和出線端產(chǎn)生的電壓?？紤]到這么短的一次導(dǎo)體的阻抗非常小，即使電流很大，最后電壓也不會(huì)大。而這個(gè)不會(huì)很大的一次電壓傳遞到二次的開(kāi)路端也就是幾千伏而已了。當(dāng)然也不完全如此，你的前提是電流互感器鐵心正常（不飽和）情況下的，正常的電磁傳變特性，可以用一次導(dǎo)線上的一小段電壓乘以變比，得出二次的電壓，這樣算來(lái)，電壓是不高，但是忽略了電流互感器飽和的因素。應(yīng)該講一次電流越大，二次電壓越高，但不是線性的！應(yīng)該講一次電流在二次不開(kāi)路有去磁作用的情況下，去勵(lì)磁的電流是很小的，一般保護(hù)級(jí)該勵(lì)磁電流不允許超過(guò)總的電流的10%。也就是說(shuō)正常勵(lì)磁電流下，鐵心是不飽和的，那么在鐵心中的勵(lì)磁電流所產(chǎn)生的磁通就不會(huì)畸變，還是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。如果二次開(kāi)路，那么一次電流因二次無(wú)去磁，使得一次電流全部去勵(lì)磁，那么此時(shí)激磁電流劇增，鐵心飽和，此時(shí)的激磁電流產(chǎn)生的磁通畸變。為什么二次會(huì)有電壓，其實(shí)是磁感應(yīng)來(lái)的，就是我們常說(shuō)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e = N（dφ/dt），這里N是匝數(shù)，是常量，關(guān)鍵是磁通的變化陡度！那么我們來(lái)比較一下上述兩種情況的的磁通的變化陡度?？磮D：需要說(shuō)明的是如果一次電流很小，只要全部去勵(lì)磁而電流互感器不飽和，可以用一次導(dǎo)線上的一小段電壓乘以變比，得出二次的電壓，這樣算來(lái)，電壓是不高。這里關(guān)鍵是一次電流大了，就有問(wèn)題了。電流互感器正常工作時(shí)，二次回路近于短路狀態(tài)。這時(shí)二次電流所產(chǎn)生的二次繞組磁動(dòng)勢(shì)F2對(duì)一次繞組磁動(dòng)勢(shì)F1有去磁作用，因此合成磁勢(shì)F0＝F1-F2不大，合成磁通φ0也不大，二次繞組內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2的數(shù)值最多不超過(guò)幾十伏。因此，為了減少電流互感器的尺寸和造價(jià)，互感器鐵心的截面是根據(jù)電流互感器在正常工作狀態(tài)下合磁磁通φ0很小而設(shè)計(jì)的。 使用中的電流互感器如果發(fā)生二次回路開(kāi)路，二次繞組磁動(dòng)勢(shì)F2等于零，一次繞組磁動(dòng)勢(shì)F1仍保持不變，且全部用于激磁，合成磁勢(shì)F0=F1，這時(shí)的F0較正常時(shí)的合成磁勢(shì)(F1-F2)增大了許多倍，使得鐵心中的磁通急劇地增加而達(dá)到飽和狀態(tài)。由于鐵心飽和致使磁通波形變?yōu)槠巾敳ǎ驗(yàn)楦袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)正比于磁通的變化率dφ/dt，所以這時(shí)二次繞組內(nèi)將感應(yīng)出很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2。二次繞組開(kāi)路時(shí)二次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2是尖頂?shù)姆钦也?，其峰值可達(dá)數(shù)千伏之高，這對(duì)工作人員和二次設(shè)備以及二次電纜的絕緣都是極危險(xiǎn)的；另一影響是，因鐵心內(nèi)磁通的劇增，引起鐵心損耗增大，造成嚴(yán)重發(fā)熱也會(huì)使電流互感器燒毀；第三個(gè)影響是因鐵心剩磁過(guò)大，使電流互感器的誤差增加 帶電的電流互感器二次繞組嚴(yán)禁開(kāi)路運(yùn)行。 簡(jiǎn)單的講,這是因?yàn)橐淮蔚脑褦?shù)很少。二次的匝數(shù)相對(duì)一次是很多的，當(dāng)二次繞組開(kāi)路會(huì)產(chǎn)生很高過(guò)電壓，對(duì)人身和設(shè)備造成威脅，所以電流互感器是嚴(yán)禁開(kāi)路的。

6 電流互感器與測(cè)量?jī)x表接線

電流互感器的接線方式按其所接負(fù)載的運(yùn)行要求確定。最常用的接線方式為單相，三相星形和不完全星形。額定變比和誤差互感器的額定變比KN指電壓互感器的額定電壓比和電流互感器的額定電流比。前者定義為原邊繞組額定電壓U1N與副邊繞組額定電壓 U2N之比；后者則為額定電流I1N與I2N之比。即 KN＝U1N/U2N （對(duì)電壓互感器）KN＝I1N/I2N （對(duì)電流互感器）電壓（或電流）互感器原邊電壓（或電流）在一定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，一般規(guī)定為0.85～1.15U1N（或10～120%I1N），副邊電壓（或電流）應(yīng)按比例變化，而且原、副邊電壓(或電流)應(yīng)該同相位。但由于互感器存在內(nèi)阻抗、勵(lì)磁電流和損耗等因素而使比值及相位出現(xiàn)誤差，分別稱為比差和角差。一般通過(guò)在互感器上加繞附加繞組或增添附加鐵心，以及接入相應(yīng)的電阻、電感、電容元件來(lái)補(bǔ)償。常用的補(bǔ)償法有匝數(shù)補(bǔ)償、分?jǐn)?shù)匝補(bǔ)償、小鐵心補(bǔ)償、并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)取?/p>

7 電流互感器變比檢查試驗(yàn)方法

電流互感器交接時(shí)和更換繞組后的現(xiàn)場(chǎng)變比檢查試驗(yàn)列為重要試驗(yàn)項(xiàng)目。電流互感器工作原理大致與變壓器相同，不同的是變壓器鐵心內(nèi)的交變主磁通是由一次線圈兩端交流電壓所產(chǎn)生，而電流互感器鐵心內(nèi)的交變主磁通是由一次線圈內(nèi)電流所產(chǎn)生，一次主磁通在二次線圈中感應(yīng)出二次電勢(shì)而產(chǎn)生二次電流。從電流互感器工作原理可知：決定電流互感器變比的是一次線圈匝數(shù)與二次線圈匝數(shù)之比，影響電流互感器變比誤差的主要原因有：1）電流的大小，比差和角差隨二次電流減小而增大；2）二次負(fù)荷的大小，比差和角差隨二次負(fù)荷減小而減小；3）二次負(fù)荷功率因數(shù)，隨著二次負(fù)荷功率因數(shù)的增大，比差減小而角差增大；4）電源頻率的影響；5）其它因素。電流互感器內(nèi)部參數(shù)也可能引起變比誤差，如二次線圈內(nèi)阻抗、鐵心截面、鐵心材料、二次線圈匝數(shù)等，但這是由設(shè)計(jì)和制造決定的。

8 電流互感器極性和接線方式及其應(yīng)用

在電力系統(tǒng)中電流互感器的作用是把大電流變成小電流，將連接在繼電器及測(cè)量?jī)x器儀表的二在電力系統(tǒng)中電流互感器的作用是把大電流變成小電流，將連接在繼電器及測(cè)量?jī)x器儀表的二次回路與一次電流的高壓系統(tǒng)隔離，并將一次電流變換到5A或1A兩種標(biāo)準(zhǔn)的二次電流值。電流互感器的極性 與電流保護(hù)密切相關(guān)，特別是在農(nóng)電系統(tǒng)中，電流保護(hù)起主導(dǎo)作用，因此必須掌握好極性與保護(hù)的關(guān)系。 本文分析了電流互感器的極性和常用電流保護(hù)的關(guān)系，以及易出錯(cuò)的二次接線。

電流互感器在交流回路中使用，在交流回路中電流的方向隨時(shí)間在改變。電流互感器的極性指的是某一時(shí)刻一次側(cè)極性與二次側(cè)某一端極性相同，即同時(shí)為正、 或同時(shí)為負(fù)，稱此極性為同極性端或同名端，用符號(hào)“*”、“-” 或“.”表示。(也可理解為一次電流與二次電流的方向關(guān)系)。按照規(guī)定，電流互感器一次線圈首端標(biāo)為L(zhǎng)1，尾端標(biāo)為L(zhǎng)2；二次線圈的首端標(biāo)為K1，尾端標(biāo)為K2。在接線中L1和K1稱為同極性端，L2和K2也為同極性端。電流互感器同極性端的判別與耦合線圈的極性判別相同。較簡(jiǎn)單的方法例如用1.5V干電池接一次線圈，用一高內(nèi)阻、大量程的直流電壓表接二次線圈。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)電壓表指針正向偏轉(zhuǎn)，可判定1和2是同極性端，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)電壓表指針?lè)聪蚱D(zhuǎn)。一相式電流保護(hù)的電流互感器主要用于測(cè)量對(duì)稱三相負(fù)載或相負(fù)荷平衡度小的三相裝置中的一相電 流。電流互感器的接線與極性的關(guān)系不大，但需注意的是二次側(cè)要有保護(hù)接地，防止一次側(cè)發(fā)生過(guò)電流現(xiàn) 象時(shí)，電流互感器被擊穿， 燒壞二次側(cè)儀表、繼電設(shè)備。但是嚴(yán)禁多點(diǎn)接地。兩點(diǎn)接地二次電流在繼電 器前形成分路，會(huì)造成繼電器無(wú)動(dòng)作。因此在《繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定對(duì)于有幾組電流互感器連接在 一起的保護(hù)裝置，則應(yīng)在保護(hù)屏上經(jīng)端子排接地。如變壓器的差動(dòng)保護(hù)，并且?guī)捉M電流互感器組合后只有 一個(gè)獨(dú)立的接地點(diǎn)。

9 電流互感器運(yùn)行中應(yīng)注意的問(wèn)題

1）電流互感器在運(yùn)行中二次側(cè)不得開(kāi)路，一旦二次側(cè)開(kāi)路,，由于鐵損過(guò)大，溫過(guò)高而燒毀，或使 副繞組電壓升高而將絕緣擊穿，發(fā)生高壓觸電的危險(xiǎn)。所以在換接儀表時(shí)如調(diào)換電流表、有功表、無(wú)功表 等應(yīng)先將電流回路短接后再進(jìn)行計(jì)量?jī)x表調(diào)換。當(dāng)表計(jì)調(diào)好后，先將其接入二次回路再拆除短接線并檢查表計(jì)是否正常。如果在拆除短接線時(shí)發(fā)現(xiàn)有火花，此時(shí)電流互感器已開(kāi)路，應(yīng)立即重新短接，查明計(jì)量表回路確無(wú)開(kāi)路現(xiàn)象時(shí)，方可重新拆除短接線。在進(jìn)行拆除電流互感器短接工作時(shí)，應(yīng)站在絕緣皮墊上，另外要考慮停用電流互感器回路的保護(hù)裝置，待工作完畢后，方可將保護(hù)裝置投入運(yùn)行。

2）如果電流互感器有嗡嗡聲響，應(yīng)檢查內(nèi)部鐵心是否松動(dòng)，可將鐵心螺栓擰緊。

3）電流互感器二次側(cè)的一端，外殼均要可接地。

4）當(dāng)電流互感器二次側(cè)線圈絕緣電阻低于10～20兆歐時(shí)，必須進(jìn)行干燥處理，使絕緣恢復(fù)后，方可使用。