淺談電流互感器參數(shù)對繼電保護的影響

鄭家明 游晨曦 龔大明 陳墨煖 劉國盛 吳文健

摘要：電流互感器是反應(yīng)高壓電網(wǎng)運行狀況不可缺少的設(shè)備，是決定高壓電網(wǎng)繼電保護、測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，會導(dǎo)致電流互感器無法正常運行，嚴(yán)重時將導(dǎo)致繼電保護裝置誤動和拒動。本文簡要分析了電流互感器參數(shù)和故障對繼電保護的影響，提出了一些應(yīng)對措施，對電流互感器投運和維護具備一定參考意義。

關(guān)鍵字：電流互感器;磁飽和;繼電保護

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，提供給表記計量、繼電保護等設(shè)備測量和保護的數(shù)值依據(jù)。電流互感器是測量和保護電網(wǎng)電流狀況的主要設(shè)備之一。

電流互感器運行參數(shù)不適或故障時，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)重時將造成電流表誤指示，繼電保護誤動和拒動等故障。進一步可能導(dǎo)致大面積停電，甚至燒毀主變、機組等重要設(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。其二次回路負荷負載為電流表、繼電保護裝置等，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電路的電流，與互感器的負載無關(guān)。

電流互感器在工作時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，二次側(cè)電流在線圈產(chǎn)生的磁場對一次側(cè)的點磁轉(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，一次測的磁通會突然增大，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 影響繼電保護的主要參數(shù)

額定容量：即額定二次電流通過二次額定負荷時所消耗的視在功率。電流互感器額定功率是保證繼電保護是否能夠可靠運動的基本保障，因此選用電流互感器時須確保額定功率的適用性。電流互感器的二次側(cè)負載要依據(jù)其容量決定，電流互感器二次額定容量要大于實際的二次負載功率，實際二次負載應(yīng)為25～100%二次額定容量。同時負載阻抗又影響測量或控制精度。負載阻抗主要受測量儀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期承受的最大對地電壓值。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。不同等級額定電壓的電流互感器，其絕緣強度和精度都有所不同，投入運行的電流互感器的額定電壓應(yīng)不低于被測回路的額定電壓。

額定電流：允許長時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，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，實際電流值與運算所得的一次感應(yīng)電流值之差與運算所得的一次感應(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，反之為負值。在電流誤差不超過10%時，角差不超過7度。

準(zhǔn)確級：表示互感器本身誤差（比差和角差）的等級，電流互感器的準(zhǔn)確度等級分為0.001～1多種級別。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級或0.2級;設(shè)備、線路的繼電保護電流互感器一般不低于1級;用于電能計量時，視被測負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)致保護誤動的因素

繼電保護裝置是依據(jù)電流互感器二次電流來反應(yīng)一次電流進行保護判斷的，造成保護誤動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對二次回路的測量產(chǎn)生影響。當(dāng)二次回路的電阻和感抗增大，會導(dǎo)致電流互感器的比差和角差都增大，接入會影響繼電保護裝置的動作可靠性。

（2）極性接錯導(dǎo)致的電流偏差。極性接錯是指電流互感器的極性接反，極性錯接會導(dǎo)致二次線圈阻抗變大，進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，急劇的電流變化會使鐵心迅速飽和，勵磁電流猛增，變比誤差增大，進而導(dǎo)致保護誤動。

（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)強度很小。橫截面積較大的磁心，其磁感應(yīng)強度更小，導(dǎo)致勵磁電流減小，感應(yīng)電流的角差和比差會發(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)強度，從而達到改善誤差的效果。但是增加線圈匝數(shù)，會硬氣銅用量增加，導(dǎo)致東穩(wěn)定背書減少和磁飽和倍數(shù)增加。

（5）二次回路多點接地導(dǎo)致電流偏差。互感器多二次回路多點接地也將導(dǎo)致二次回路電流偏差。當(dāng)相線發(fā)生多點接地，接地點與大地相連形成回路，對二次回路電流進行分流，導(dǎo)致二次回路電流偏差;N線多點接地，兩個接地點之間的地網(wǎng)電壓差會施加在N線，導(dǎo)致二次回路中性點偏移，電流值偏差?；ジ衅鞯南嗑€接地，嚴(yán)重時會直接導(dǎo)致保護裝置的誤動;而N線多點接地，在正常與運行地網(wǎng)壓差較小時，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，就可能造成保護誤動或拒動。

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，即把待測電流調(diào)制稱光信號，光信號經(jīng)過光纖傳送到測量設(shè)備，測量設(shè)備再將光信號進行光電轉(zhuǎn)換和調(diào)制，得到被測電流數(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：

（1）絕緣結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，造價低;

（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，不會有二次側(cè)開路出現(xiàn)高電壓的危險;

（4）頻率響應(yīng)范圍寬，動態(tài)范圍大，測量準(zhǔn)確度高;

（5）不充油，無燃燒、爆炸等危險;

（6）能適應(yīng)電力計量與保護的數(shù)字化、微機化和自動化的發(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)致測量誤差和長期運行穩(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，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)對幾點保護裝置的影響，簡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)致保護裝置誤動的因素。介紹了新型的光電式電流互感器的原理和優(yōu)點。為保證電網(wǎng)安全可靠運行，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行，需要對電路互感器的各相參數(shù)和故障進行全面詳細的了解，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的正常運行。

參考文獻

[1]鄧文. 電流互感器極性和二次阻抗對繼電保護可靠性影響[J]. 發(fā)電設(shè)備， 2002（06）：35-37.

[2]桑麗軍， 劉艷霞. 淺析電流互感器在繼電保護環(huán)境中的應(yīng)用[J]. 工程技術(shù)：全文版， 2014（20）：00271-00271.

[3]馮剛毅. 基于誤差分析的運用電流互感器繼電保護研究[J]. 水電與抽水蓄能， 2015， 000（017）：P.42-43.

[4]曹彥朝. 光學(xué)電流互感器在繼電保護中的應(yīng)用[J]. 電子世界， 2014（20期）：270-270.

作者簡介：鄭家明，男，28歲，廣西防城港，大學(xué)本科，高級工，工程師，在繼電保護及廠站自動化，二次系統(tǒng)安全防護相關(guān)設(shè)備作業(yè)經(jīng)驗豐富，在故障及異常判斷方面有所專長。