電流互感器的安全運行分析

晁攸重，張良武，李運杰，袁煥炯

（1.國網(wǎng)新疆電力有限公司檢修公司，新疆烏魯木齊，830000；2.廣州市仟順電子設(shè)備有限公司，廣東廣州，510000）

0 引言

電流互感器的工作原理是將一次電網(wǎng)大電流通過一定比例轉(zhuǎn)換成二次回路的小電流來供給計量和保護(hù)，使電力計量和保護(hù)工作獲得一個相對安全的工作環(huán)境，同時也避免對電網(wǎng)造成較大的影響[1]。電流互感器是電力計量和保護(hù)的基本設(shè)備之一，保證電流互感器正常運行是保證電網(wǎng)計量和保護(hù)的重要工作之一，也是保證電網(wǎng)安全運行的基礎(chǔ)工作之一。

1 電流互感器原理和特性

電流互感器的依據(jù)電磁感應(yīng)原理將一次側(cè)大電流轉(zhuǎn)換成二次側(cè)小電流來測量的儀器。電流互感器本質(zhì)上是一個特殊的小型變壓器模型，是由閉合的鐵心和兩組與鐵心相互絕緣的線圈以及絕緣支架組成[2]。電流互感器的電流變比kn由一、二次線圈的匝數(shù)決定，如設(shè)定一次回路線圈匝數(shù)為N1，二次線圈匝數(shù)為N2，則一、二線電流I1、I2 的變比為：

與電壓互感器不同的是，電流互感器線圈串聯(lián)在被測回路中，電流互感器一次線圈兩側(cè)電壓相對很低[3]。電流互感聯(lián)在電流互感器二次回路中，二次回路阻抗很小，工作時二次回路接近短路狀態(tài)[4]。

在發(fā)電廠、變電站中，電流互感器一般按用途分為兩大類，即測量用電流互感器和保護(hù)用電流互感器。測量用電流互感器的二次回路串聯(lián)測量表記，一般為電流表，其作用是表達(dá)一次側(cè)電流數(shù)值、相位等狀況。保護(hù)用電流互感器二次側(cè)串聯(lián)繼電保護(hù)裝置，保護(hù)用電流互感器按保護(hù)類型還分為過負(fù)荷電流互感器、差動保護(hù)電流互感器和零序電流互感器等，當(dāng)電路發(fā)生故障時，電流互感器二次電流應(yīng)正常反應(yīng)一次側(cè)故障電流，并且使相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置可靠動作或可靠不動作，以達(dá)到切斷故障區(qū)域電網(wǎng)和保護(hù)電網(wǎng)安全運行的效果[1]。

2 電流互感器關(guān)鍵參數(shù)

電流互感器關(guān)系到電力系統(tǒng)運行的可靠性和安全性，因此選用電流互感器時，需要了解電流互感器的各項屬性，確保選用的電流互感器穩(wěn)定而適用。在電流互感器選型和使用時，要了解如下電流互感器關(guān)鍵參數(shù)：

(1)一次額定電流：在一次電流不大于一次額定電流的情況下，電流互感器能長期運行。電流互感器一次測長期超負(fù)荷運行，會導(dǎo)致繞組發(fā)熱降低使用壽命，甚至燒壞繞組。

(2)額定電壓：額定電壓關(guān)系到電流互感器的運行電壓、絕緣等級等，正確選擇額定電壓，避免互感器被高壓燒壞或者絕緣擊穿。

(3)準(zhǔn)確度等級：準(zhǔn)確度等級是表示電流互感器自身誤差的參數(shù)，其等級由高到低分為0.001到1等多種等級，等級數(shù)越高，誤差就越小。一般在電力系統(tǒng)中用于測量的電流互感器準(zhǔn)確度等級應(yīng)高于0.5級，在電能很大的，需要用到0.2或0.1級[5]。

(4)二次額定容量：二次額定容量常用功率VA表示，也有用負(fù)荷電阻表述。電流互感器二次負(fù)荷不能超容量，否則會因此測量誤差，嚴(yán)重時將導(dǎo)致磁飽和損壞互感器[6]。

3 電流互感器的安全運行要點

■3.1 二次回路不能開路

電流互感器二次回路不允許開路，也不允許加入熔斷保護(hù)。因為在正常運行時，電流互感器二次線圈匝數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一次線圈匝數(shù)，二次線圈電流產(chǎn)生的自感磁場，對一次線圈具有極大的去磁作用，使得一次線圈的磁動勢和二次線圈的磁動勢大小相等，方向相反，達(dá)到一個相對平衡狀態(tài)。二次回路一旦開路，就會失去去磁作用，一次電流將全部轉(zhuǎn)為勵磁電流，將導(dǎo)致兩種后果，一是磁心過度飽和，互感器的鐵損急劇增大，導(dǎo)致互感器發(fā)熱損壞；另一個是二次線圈將感應(yīng)出高達(dá)數(shù)千伏特的高壓，有可能擊穿絕緣，危害工作人員和設(shè)備的安全。

■3.2 二次回路有且只有一點接地

正常運行情況下，電流互感器只允許有一個接地點，目的是保護(hù)工作人員和設(shè)備的安全，免受一次側(cè)高壓電擊穿風(fēng)險的危害[8]。

互感器二次回路多點接地故障分為相線接地和N線接地兩種。

如圖1所示，相線多點接地時，相線與大地形成回路，接地相線電流被大地分流，二次回路電流產(chǎn)生大誤差，導(dǎo)致差動保護(hù)或零序保護(hù)誤動。

圖1 相線多點接地

如圖2所示，N線多點接地時，N線與大地形成回路，但在電流互感器三相電流接近平衡時，N線電流很小，分流的效果不大，兩個接地點之間存在一個地網(wǎng)的電壓差Us，Us正常時也很小，電流互感器可以正常運行，不造成保護(hù)裝置不正確動作。若站內(nèi)發(fā)生單相接地故障時，地網(wǎng)出現(xiàn)大電流，導(dǎo)致地網(wǎng)壓差Us增加。Us施加在電流互感器N線的兩個接地點上，會造成電流互感器二次回路中性點偏移，電流誤差偏大，嚴(yán)重時，將導(dǎo)致保護(hù)誤動和保護(hù)拒動[2]。

圖2 N線多點接地

出于施工不規(guī)范、線路絕緣老化、圖紙錯誤等原因，以及眾多的互感器接線，導(dǎo)致電流互感器多點接地故障易發(fā)。而N線的多點接地故障難發(fā)現(xiàn)，危害大，給電網(wǎng)的穩(wěn)定運行帶來威脅，因此要重視互感器多點接地故障的危害，及時排除故障，保證電力系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行。

■3.3 電流互感器極性須正確接入

電流互感器的極性是指它的一次繞組和二次繞組間電流方向的關(guān)系。按照規(guī)定，電流互感器一次繞組的首端標(biāo)為P1，尾端標(biāo)為P2；二次繞組的首端標(biāo)為S1，尾端標(biāo)為S2。如圖3所示，在接線中，P1和S1稱為同極性端，P2和S2也稱為同極性端。譬如，一次繞組的電流I1從首端P1流入，從尾端P2流出時，二次繞組中感應(yīng)的二次電流I2是從首端S1流出，從尾端S2流入；或者當(dāng)電流互感器的一、二次繞組同時在同極性端子輸入電流時，它們在鐵芯中產(chǎn)生的磁通方向相同，這樣的電流互感器極性標(biāo)志稱為減極性。反之，將S1和S2的標(biāo)志位置調(diào)換后，則稱為加極性。常用的電流互感器，除有特殊規(guī)定外，均采用減極性[3]。

圖3 電流互感器極性原理

電流互感器極性接反，會導(dǎo)致電流互感器二次側(cè)電流偏差[9]，導(dǎo)致以下危害：

(1)電流互感器二次回路接入電度表、功率表時，會導(dǎo)致電度表、功率表計量混亂、誤差增大甚至儀表反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致測量錯誤。

(2)電流互感器二次回路接繼電保護(hù)裝置時，二次電流混亂、偏差嚴(yán)重時將引起繼電保護(hù)層裝置的誤動或拒動。

(3)電流互感器采用兩相不完全星形聯(lián)結(jié)時，如其中一相極性接反，會導(dǎo)致未接電流互感器的一相（一般為中相）較其它相電流偏高。

■3.4 二次回路負(fù)荷不應(yīng)高于額定值

電流互感器二次回路負(fù)荷過高，會導(dǎo)致互感器磁心飽和。電流互感器二次回路負(fù)荷越多，二次回路阻抗越大。電流互感器二次回路阻抗超過允許值時，二次側(cè)電流減小，導(dǎo)致測量誤差，同時一、二次線圈的磁動勢平衡將被打破，一次側(cè)勵磁電流就會逐漸增大，使鐵心進(jìn)入飽和狀態(tài)。磁心飽和會導(dǎo)致磁心內(nèi)部產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致磁心溫度升高，影響互感器壽命，嚴(yán)重時導(dǎo)致互感器損壞[10]。

因此電流互感器安裝使用時，要注意其二次回路所帶的負(fù)荷不能大于其額定負(fù)荷容量，或選用額定容量較大的電流互感器，避免電流互感器二次回路容量過高導(dǎo)致磁芯飽和[4]。

4 結(jié)束語

電流互感器是電網(wǎng)計量和保護(hù)工作的基礎(chǔ)設(shè)備之一。電流互感器安全運行工作，是使電網(wǎng)計量和繼電保護(hù)正常運行的基礎(chǔ)，也是保證電網(wǎng)安全工作的重要部分。本文簡要介紹了幾點電流互感器安全運行的要點，希望能給電流互感器的安全運行和維護(hù)提供一些參考作用。