電流互感器的接線方式、飽和及伏安特性分別是什么？

電流互感器（CT）是電力系統(tǒng)重要的電氣設(shè)備，它承擔(dān)著高、低壓系統(tǒng)之間的隔離及高壓量向低壓量轉(zhuǎn)換的職能。在系統(tǒng)的保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量等設(shè)備的正常工作中扮演著極其重要的角色。整理了關(guān)于CT的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)與大家分享，具體內(nèi)容包括以下四個(gè)方面：

1.電流互感器二次回路接線方式

2.電流互感器的飽和

3.電流互感器伏安特性

4.電流互感器回路接線錯(cuò)誤案例分析

01電流互感器二次回路接線方式

在變電站中，常用的電流互感器二次回路接線方式有單相接線、兩相星形(或不完全星形)接線、三相星形(或全星形)接線、三角形接線及和電流接線等，它們根據(jù)需要應(yīng)用于不同場(chǎng)合。現(xiàn)將各種接線的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合介紹如下。

（1）單相接線方式

單相式接線，這種接線只有一只電流互感器組成，接線簡(jiǎn)單。它可以用于小電流接地系統(tǒng)零序電流的測(cè)量，也可以用于三相對(duì)稱電流中電流的測(cè)量或過(guò)負(fù)荷保護(hù)等。

（2）兩相星形接線方式

兩相星形接線，這種接線由兩相電流互感器組成，與三相星形接線相比，它缺少一只電流互感器(一般為B相)，所以又叫不完全星形接線。它一般用于小電流接地系統(tǒng)的測(cè)量和保護(hù)回路，由于該系統(tǒng)沒(méi)有零序電流，另外一相電流可以通過(guò)計(jì)算得出，所以該接線可以測(cè)量三相電流、有功功率、無(wú)功功率、電能等。反應(yīng)各類相間故障，但不能完全反應(yīng)接地故障。

對(duì)于小電流接地系統(tǒng)，不完全星形接線不但節(jié)約了一相電流互感器的投資，在同一母線的不同出線發(fā)生異名相接地故障時(shí)，還能使跳開兩條線路的幾率下降了三分之二。只有當(dāng)AC相接地時(shí)才會(huì)跳開兩條線路，AB、BC相接地時(shí)，由于B相沒(méi)有電流互感器，則B相接地的一條線路將不跳聞。由于小接地電流系統(tǒng)允許單相接地運(yùn)行2小時(shí)，所以這一措施能夠提高供電可靠性。需要指出的是，同一母線上出線的電流互感器必須接在相同的相，否則有些故障時(shí)保護(hù)將不能動(dòng)作。

（3）三相星形接線方式

三相星形接線又叫全星形接線，這種接線由三只互感器按星形連接而成，相當(dāng)于三只互感器公用零線。這種接線中的零線在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)沒(méi)有電流通過(guò)(3I0=0)，但該零線不能省略，否則在系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱接地故障產(chǎn)生3l0電流時(shí)，該電流沒(méi)有通路，不但影響保護(hù)正確動(dòng)作，其性質(zhì)還相當(dāng)于電流互感器二次開路，會(huì)產(chǎn)生很高的開路電壓。三相星形接線一般應(yīng)用于大接地電流系統(tǒng)的測(cè)量和保護(hù)回路接線，它能反應(yīng)任何一相、任何形式的電流變化。

（4）三角形接線方式

三角形接線，這種接線將三相電流互感器二次繞組按極性頭尾相接，像三角形，極性一定不能搞錯(cuò)。這種接線主要用于保護(hù)二次回路的轉(zhuǎn)角或?yàn)V除短路電流中的零序分量。在微機(jī)形差動(dòng)保護(hù)中，常常將各側(cè)電流互感器的二次回路均接為星形，在保護(hù)裝置中通過(guò)軟件計(jì)算進(jìn)行電流轉(zhuǎn)角與電流的零序分量濾除，這樣就簡(jiǎn)化了接線。

（5）和電流接線方式

和電流接線，這種接線是將兩組星形接線并接，一般用于3/2斷路器接線、角形接線、橋形接線的測(cè)量和保護(hù)回路，用以反映兩只開關(guān)的電流之和。該接線一定要注意電流互感器二次回路三相極性的一致性及兩組之間與一次接線的一致性，否則將不能準(zhǔn)確反映一次電流。兩組電流互感器的變比還要一致，否則和電流的數(shù)值就沒(méi)有意義。

在電流互感器的接線中，要特別注意其二次繞組的極性，特別是方向保護(hù)與差動(dòng)保護(hù)回路。當(dāng)電流互感器二次極性錯(cuò)誤時(shí)，將會(huì)造成計(jì)量、測(cè)量錯(cuò)誤，方向繼電器指向錯(cuò)誤動(dòng)保護(hù)中有差流等，造成保護(hù)裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)。

02電流互感器的飽和

電流互感器飽和將導(dǎo)致電流測(cè)量出現(xiàn)偏差，影響繼電保護(hù)的正確動(dòng)作，特別是對(duì)差動(dòng)保護(hù)影響較大，接下來(lái)，讓我們認(rèn)識(shí)一下電流互感器飽和。

實(shí)際上，電流互感器的飽和指的是電流互感器鐵芯的飽和，因?yàn)橐淮坞娏髟阼F芯上產(chǎn)生了磁通，纏繞在同一鐵芯上的二次繞組中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)U=4.44f*N*B*S，式中f為系統(tǒng)頻率；N為二次繞組匝數(shù)；S為鐵芯截面積；B為鐵芯中的磁通密度。在N、S、f確定的情況下，當(dāng)電流互感器正常工作時(shí)，鐵芯磁通密度B很小，勵(lì)磁電流I0也很小，根據(jù)電流互感器等值電路圖可知，二次電流I2=I1-I0，偏差很��；當(dāng)一次電流I1變得很大時(shí)，鐵芯磁通密度B也很大，在電流互感器的鐵芯磁通密度達(dá)到飽和點(diǎn)后，B隨勵(lì)磁電流或是磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化不明顯，二次感應(yīng)電勢(shì)將基本維持不變，二次電流幾乎不再增加，此時(shí)勵(lì)磁電流I0卻顯著增加，I2=I1-I0出現(xiàn)較大偏差，導(dǎo)致電流互感器出現(xiàn)大的傳變誤差。

一般將鐵芯的飽和分成兩種情況：穩(wěn)態(tài)飽和、暫態(tài)飽和。

穩(wěn)態(tài)飽和主要是因?yàn)橐淮坞娏髦堤�大，進(jìn)入了電流互感器飽和區(qū)域，導(dǎo)致二次電流不能正確的傳變一次電流。穩(wěn)態(tài)飽和多因電流互感器選型不合適或者短路電流過(guò)大而引起，不會(huì)自行消失。

穩(wěn)態(tài)飽和的諧波分量：以3、5、7次等奇次諧波為主。

暫態(tài)飽和主要是因?yàn)榇罅糠侵芷诜至康拇嬖冢�進(jìn)入了電流互感器飽和區(qū)域。暫態(tài)飽和多由衰減直流或者電流互感器剩磁引起，在暫態(tài)分量逐漸衰減后，飽和逐漸消失。

暫態(tài)飽和的諧波分量：除了3、5、7等奇次諧波，還有直流、2次等諧波。

03電流互感器伏安特性

剛剛我們了解了，在電流互感器的鐵芯磁通密度達(dá)到飽和點(diǎn)后，隨著一次電流I1的增大，勵(lì)磁電流I0顯著增加，電流互感器出現(xiàn)大的傳變誤差。那么該如何確定電流互感器的飽和點(diǎn)呢？

電流互感器伏安特性是指在電流互感器一次側(cè)開路的情況下，在二次側(cè)通電壓U，由等值電路圖可知此時(shí)I0=I2，根據(jù)U=4.44f*N*B*S，在N、S、f確定的情況下，U與B成正比，故U與I2的關(guān)系曲線描述的是磁通B與勵(lì)磁電流I0的關(guān)系曲線，即電流互感器鐵芯的磁化曲線。

根據(jù)伏安特性曲線可得出2個(gè)結(jié)論：

一是得出電流互感器的10%誤差曲線。施加于電流互感器二次接線端子上的額定頻率的電壓，若其有效值增加10%，勵(lì)磁電流便增加50%，則此電壓值稱為伏安特性曲線的拐點(diǎn)電壓（飽和點(diǎn)）。

二是可以判斷電流互感器是否發(fā)生匝間短路。拐點(diǎn)電壓位置的電流互感器鐵芯進(jìn)入飽和狀態(tài)，此時(shí)勵(lì)磁電流幾乎全部損耗在鐵芯發(fā)熱上，當(dāng)電流互感器二次繞組匝間短路時(shí)，在電流互感器伏安特性上表現(xiàn)為拐點(diǎn)電壓U有明顯的下降，據(jù)此可以判斷電流互感器二次繞組異常。

04電流互感器回路接線錯(cuò)誤案例分析

2007年8月5日某220kV變電站10kV新生4號(hào)線光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，開關(guān)跳閘，經(jīng)巡線人員檢查、故障點(diǎn)在新聯(lián)線出口0號(hào)桿處保護(hù)人員檢查兩側(cè)保護(hù)裝置，模擬區(qū)內(nèi)外故障保護(hù)均反應(yīng)正確，如下圖所示，試分析跳閘原因。

分析：電廠側(cè)保護(hù)人員誤將計(jì)量電流互感器繞組接入保護(hù)回路。正常運(yùn)行時(shí)，新生4號(hào)線負(fù)荷電流不至于造成電流互感器飽和，不會(huì)產(chǎn)生差流，即保護(hù)也不會(huì)誤動(dòng)作。當(dāng)新聯(lián)線10kV出口處發(fā)生故障時(shí)，故障電流較大造成電廠側(cè)的電流互感器飽和，電流互感器不能正常傳變故障電流，進(jìn)而產(chǎn)生差流，兩側(cè)光纖縱差保護(hù)動(dòng)作。同時(shí)，因?yàn)镮SA-353型微機(jī)保護(hù)比電磁型保護(hù)動(dòng)作速度快，所以10kV新生4號(hào)線保護(hù)先于10kV新聯(lián)線跳閘。

原因：

1.電廠側(cè)保護(hù)人員誤將計(jì)量電流互感器繞組接入保護(hù)回路，故障時(shí)，兩側(cè)電流不一致產(chǎn)生差流，是新生4號(hào)線縱差保護(hù)動(dòng)作的主要原因。

2.電廠側(cè)新聯(lián)線保護(hù)使用電磁型保護(hù)、動(dòng)作速度相對(duì)微機(jī)保護(hù)慢，不能及時(shí)切除故障，是新生4號(hào)線縱差保護(hù)動(dòng)作的次要原因。

要點(diǎn)：在電流互感器回路驗(yàn)收試驗(yàn)中，一定要核對(duì)好，所使用繞組的準(zhǔn)確級(jí)，否則對(duì)于距離、過(guò)流等保護(hù)將拒動(dòng)，對(duì)于線路縱差主變差動(dòng)保護(hù)將誤動(dòng)作。