電流(liú)互感(gǎn)器知(zhī)識(shí)簡(jiǎn)介
   為(wéi)了保(bǎo)證電力系統安全經濟運(yùn)行,必須對電力設備的運行情(qíng)況進(jìn)行監(jiān)視(shì)和測量(liàng).但一般的測量(liàng)和保(bǎo)護裝(zhuāng)置不能直接(jiē)接入一(yī)次高(gāo)壓設備,而(ér)需要将一次系(xì)統的高(gāo)電壓和(hé)大電流按比例(lì)變換(huàn)成低(dī)電壓和小電流,供給(gěi)測量儀表和保(bǎo)護裝置使用.執(zhí)行這(zhè)些變換任(rèn)務的設(shè)備,常見的就是(shì)我(wǒ)們通(tōng)常所說(shuō)的互感(gǎn)器.大電流試驗裝置應用(yòng)于發(fā)電廠、變配電站(zhàn)、電器(qì)制造廠及科研(yán)院所等部(bù)門，屬于短(duǎn)時或斷續(xù)工作(zuò)制，具(jù)有體積小(xiǎo)、重量(liàng)輕、使(shǐ)用維修方(fāng)便等特(tè)點。進行(háng)電壓(yā)轉換的是(shì)電壓互感(gǎn)器(voltagetransformer),而(ér)進行(háng)電流轉換(huàn)的互(hù)感器為電(diàn)流互感器(currenttransformer),簡稱(chēng)為ct.本文(wén)将讨論(lùn)電流(liú)互感(gǎn)器的(de)相關(guān)基(jī)本(běn)知識(shí).
   1.電流(liú)互感器的(de)簡(jiǎn)單(dān)分類
   根據(jù)用途電流互感(gǎn)器一般可(kě)分為(wéi)保護用和計量(liàng)用兩(liǎng)種。兩者的區别(bié)在于計量(liàng)用互感(gǎn)器(qì)的精(jīng)度要(yào)相對(duì)較高，另外計量用互(hù)感器(qì)也更容易(yì)飽和，以防止發生系統故(gù)障(zhàng)時(shí)大的短路(lù)電流造成計(jì)量表計(jì)的損(sǔn)壞(huài)。
   根據對(duì)暫态(tài)飽和(hé)問題(tí)的不同處(chù)理方法，保(bǎo)護(hù)用電流(liú)互感器(qì)又可分(fèn)為p類(lèi)和tp類。p（protection，保護(hù)）類電流(liú)互感器(qì)不特殊考(kǎo)慮暫(zàn)态飽和問題，僅按通過互感器(qì)的大穩态短路電流選(xuǎn)用(yòng)互感(gǎn)器，可以(yǐ)允許(xǔ)出(chū)現一定的穩态(tài)飽和，而對(duì)暫态(tài)飽和(hé)引起的誤(wù)差主(zhǔ)要由保護(hù)裝置(zhì)本身采取(qǔ)措施防止可能出現的錯誤動(dòng)作行(háng)為(wéi)（誤動或拒動(dòng)）。tp（transientprotection，暫态保護(hù)）類電流互感器要求在嚴(yán)重的(de)暫态條件下不(bú)飽和(hé)，互(hù)感(gǎn)器誤(wù)差(chà)在規定(dìng)範圍(wéi)内，以保證(zhèng)保(bǎo)護(hù)裝置(zhì)的正(zhèng)确動作。
   對于其它類型的互感器，比如(rú)光互感(gǎn)器，電(diàn)子式電流互感器等(děng)實際(jì)應用還很少，因此這(zhè)裡不(bú)作介紹。
   2.電(diàn)流互(hù)感器(qì)的飽和
   前面我們講(jiǎng)到電流(liú)互(hù)感器的誤差主要是由勵磁(cí)電(diàn)流ie引起(qǐ)的(de)。正常運行(háng)時由于勵磁(cí)阻(zǔ)抗較(jiào)大，因此ie很(hěn)小，以(yǐ)至(zhì)于(yú)這種(zhǒng)誤差(chà)是可以忽(hū)略的。但(dàn)當ct飽和(hé)時，飽和程度越嚴重，勵磁(cí)阻抗(kàng)越小，勵磁電流(liú)極大(dà)的增大，使(shǐ)互感(gǎn)器(qì)的誤差(chà)成倍的增大，影(yǐng)響保護的(de)正确(què)動作(zuò)。嚴重時會(huì)使一(yī)次(cì)電流全部變成(chéng)勵磁電流，造成二次電(diàn)流為(wéi)零的情況。引起(qǐ)互感器飽(bǎo)和的(de)原(yuán)因(yīn)一般為電(diàn)流過(guò)大或(huò)電流(liú)中含有大(dà)量的非周(zhōu)期分(fèn)量，這兩種(zhǒng)情況(kuàng)都是發生在事(shì)故情況下(xià)的，這(zhè)時本來(lái)要(yào)求(qiú)保(bǎo)護正确動(dòng)作快速切除(chú)故障，但(dàn)如果(guǒ)互感(gǎn)器飽(bǎo)和就很容易造(zào)成誤差過大引起保護的不正确動作，進(jìn)一步(bù)影響系統安全(quán)。因此對于電流互感(gǎn)器飽和的(de)問題(tí)我們(men)必須(xū)認真對(duì)待。
   互感(gǎn)器的飽和(hé)問題(tí)如果進行詳細(xì)分析(xī)是非(fēi)常複(fú)雜的，因此(cǐ)這裡(lǐ)僅進(jìn)行(háng)定性分(fèn)析。
所(suǒ)謂互(hù)感器(qì)的飽和(hé)，實際上講的是互感器鐵心的飽和。我們知道(dào)互(hù)感器(qì)之所(suǒ)以能(néng)傳變(biàn)電流，就是因為(wéi)一次電流在(zài)鐵(tiě)芯中(zhōng)産生了磁通，進而在纏繞(rào)在同一鐵芯中(zhōng)上(shàng)的二(èr)次繞組(zǔ)中産(chǎn)生電動勢u＝4.44f*n*b*s×10-8。式中f為(wéi)系(xì)統頻率，hz；n為(wéi)二次繞組(zǔ)匝數；s為鐵芯截面(miàn)積(jī)，m2；b為鐵(tiě)芯中(zhōng)的磁通密度。如(rú)果此(cǐ)時二次回(huí)路為通路，則将産生二(èr)次電流(liú)，完成電流(liú)在一(yī)二次繞組(zǔ)中的傳變(biàn)。而當(dāng)鐵芯(xīn)中的(de)磁通密度達到(dào)飽和(hé)點後(hòu)，b随勵(lì)磁電流或(huò)是磁場強度(dù)的變化趨于(yú)不明(míng)顯。也(yě)就是(shì)說在(zài)n,s,f确定(dìng)的情況下(xià)，二次感應電勢(shì)将基本維持(chí)不(bú)變，因此二(èr)次電流也将基本不變，一二次(cì)電流按(àn)比例(lì)傳變的(de)特性改變了。我(wǒ)們知道互感器(qì)的飽和的(de)實質是鐵(tiě)芯(xīn)中(zhōng)的磁(cí)通(tōng)密度b過(guò)大，超(chāo)過了飽和(hé)點造(zào)成的。而鐵(tiě)芯中(zhōng)磁通的多少決(jué)定于建立該磁通的電(diàn)流(liú)的大(dà)小，也就是勵(lì)磁(cí)電流ie的大(dà)小。當(dāng)ie過大引起磁通(tōng)密度(dù)過大(dà)，将使(shǐ)鐵芯(xīn)趨于飽和(hé)。而此時互(hù)感器(qì)的勵磁阻(zǔ)抗會(huì)顯著下(xià)降，從而(ér)造成勵磁電流的再(zài)增大，于是(shì)又進一步(bù)加劇(jù)了磁通的增加和鐵芯的(de)飽和(hé)，這其(qí)實是一個(gè)惡(è)性循環(huán)的過(guò)程。
   暫态(tài)飽和，是指發生(shēng)在(zài)故障(zhàng)暫态過(guò)程中，由(yóu)暫态分量(liàng)引起(qǐ)的互感器飽和(hé)。我們知道(dào)，任何(hé)故障發生時，電(diàn)氣量都不(bú)是突(tū)變的(de)。故(gù)障量的(de)出現必然(rán)會伴(bàn)随着或多(duō)或少(shǎo)的非周期(qī)分量(liàng)。而非(fēi)周期(qī)分量(liàng)，特别是故障電(diàn)流中的直流分(fèn)量是不(bú)能(néng)在(zài)互感器一二(èr)次間傳變(biàn)的(de)。這(zhè)些電(diàn)流量将全部作(zuò)為勵(lì)磁電(diàn)流出(chū)現。因(yīn)此(cǐ)當事(shì)故(gù)發生時伴有較大的(de)暫态分量(liàng)時，也會(huì)造成勵(lì)磁電(diàn)流的(de)增大(dà)，從而造(zào)成(chéng)互感(gǎn)器飽和。
   3.電流互(hù)感器的誤(wù)差分析和(hé)計算
   當我(wǒ)們知道電(diàn)流互(hù)感器的誤差主(zhǔ)要是由于(yú)勵磁(cí)電流ie引起的之(zhī)後，就有必(bì)要根據實際運行情(qíng)況來檢驗(yàn)所使(shǐ)用的電流(liú)互感器的誤(wù)差是否(fǒu)符合要求(qiú)。互感(gǎn)器的(de)誤差(chà)包括(kuò)角度(dù)誤差和(hé)幅(fú)值誤差(chà)。就繼電保護(hù)專(zhuān)業而言(yán)，角度誤(wù)差(chà)的測(cè)量過(guò)于繁複且(qiě)實際情況(kuàng)下誤差也極少(shǎo)出現(xiàn)超标(biāo)的情況，我(wǒ)們更關注的是(shì)幅值的誤差。我(wǒ)們一般要(yào)求一(yī)次電流ip等(děng)于保(bǎo)護安(ān)裝處可能(néng)的大短路電流(liú)時(shí)，幅值誤差小(xiǎo)于等于(yú)10％，這(zhè)也就說我們平時所(suǒ)說的(de)10％誤差(chà)分析中的要求(qiú)。
   根據一般的電(diàn)路原(yuán)理我們(men)可知，在(zài)圖一中(zhōng)，為(wéi)滿足10％誤差(chà)的(de)要求（ie小于等(děng)于10％的ip/kn），則必(bì)須保證(zhèng)勵磁阻(zǔ)抗ze大于等于9倍的二次回路總(zǒng)負載阻抗(kàng)（xct＋rct＋zb）。因此為了(le)進(jìn)行10％誤差(chà)分析，我們(men)必須(xū)知道保護安裝(zhuāng)處的(de)大短路電流、對(duì)應于該電(diàn)流的互感(gǎn)器勵(lì)磁(cí)阻抗(kàng)值和電(diàn)流互感器的(de)二次回(huí)路總負載(zǎi)阻抗。下面我們(men)分别(bié)進行(háng)讨論(lùn)。3.1.勵磁阻(zǔ)抗(kàng)的測(cè)量
   4.互(hù)感器實際(jì)二次負擔(dān)的測(cè)量
   互(hù)感器(qì)的實(shí)際二次負擔就(jiù)是每隻互感器(qì)實際(jì)承載的交(jiāo)流阻(zǔ)抗。可用下(xià)式表示：
   電流互(hù)感器(qì)實際負擔(dān)＝單相互感器繞(rào)組兩端電(diàn)壓/測(cè)試電流互(hù)感器(qì)繞組内(nèi)流過的(de)電流
測試應該(gāi)在電流互感器(qì)輸出端測(cè)量（實(shí)際工(gōng)作中(zhōng)多在端子箱出進行，這樣(yàng)會産生誤(wù)差，沒有計及端(duān)子箱到互感器(qì)輸出端子出電纜）。應當注意，當作差動保護回(huí)路阻抗測試時(shí)應将差動(dòng)線圈(quān)短接(jiē)。這是因為(wéi)，我們上面說過(guò)差動(dòng)保(bǎo)護(hù)的整(zhěng)定一般(bān)均以躲過外部(bù)故障産(chǎn)生的不平(píng)衡電流，而(ér)此(cǐ)時理論(lùn)上是(shì)不産生差動電(diàn)流的，也就(jiù)是說差動(dòng)回(huí)路(lù)中不流過差動(dòng)電流(liú)，因此差動(dòng)回路(lù)的阻抗也(yě)可以忽略。
   5.分析(xī)結論(lùn)
   我們計(jì)算(suàn)出了勵磁(cí)阻抗，那麼(me)更(gèng)加10％誤差(chà)的要求，就(jiù)可以(yǐ)求出(chū)滿足誤差(chà)要求(qiú)的大的二次允(yǔn)許負載。在(zài)3.4中我們(men)又(yòu)測得了互(hù)感(gǎn)器的二次(cì)實際負(fù)載。如(rú)果實測負載大于允許大(dà)的二(èr)次負(fù)載，則互感(gǎn)器誤(wù)差不符合(hé)要求(qiú)。反之(zhī)則符(fú)合誤差(chà)要(yào)求。
如(rú)果10％誤(wù)差不符合要求一般的做(zuò)法有(yǒu)：
   增大二次(cì)電纜界面積（減少二(èr)次阻抗）
   串(chuàn)接同(tóng)型同(tóng)變比(bǐ)電流(liú)互感器（減(jiǎn)少互(hù)感器(qì)勵磁(cí)電流）
   改用伏安(ān)特性較高的繞組（勵(lì)磁阻抗增(zēng)大）
   提高(gāo)電(diàn)流互感器(qì)變比（增大(dà)勵磁阻(zǔ)抗）
   在這(zhè)裡有一點必須(xū)明确(què)，上面(miàn)進行(háng)的所(suǒ)有計算均(jun1)為穩态(tài)量的計(jì)算。即使計算結(jié)果完全符合誤(wù)差要求(qiú)，當故障(zhàng)量中(zhōng)暫态量很(hěn)大時(shí)，仍(réng)然會産(chǎn)生很大的誤差(chà)。也就(jiù)是(shì)說對于暫态(tài)飽(bǎo)和(hé)和暫(zàn)态誤差(chà)，上(shàng)面的(de)計算是無(wú)意義(yì)的(de)。因(yīn)為對于暫(zàn)态分量的形式和大(dà)小我們無(wú)法把(bǎ)握(wò)和(hé)預知。對于(yú)由于(yú)暫态分量造成(chéng)的誤(wù)差，一般(bān)要采(cǎi)用(yòng)暫态特性的互感器以及在保(bǎo)護中(zhōng)采取(qǔ)相應(yīng)的措(cuò)施以避免(miǎn)對保護動作行為的影響。
   後還(hái)有一點需(xū)要說(shuō)明，現在我們經常會遇到伏安(ān)特性(xìng)很高的互(hù)感器。我們在進行伏安特性試(shì)驗時(shí)，現有的儀器根本(běn)不能将(jiāng)勵磁電流升到(dào)足夠高(gāo)的水平(píng)。下面是(shì)一(yī)組實(shí)際測(cè)得的某互感器(qì)的(de)伏安特(tè)性數(shù)據(jù)：
   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(hái)不到0.1a，電(diàn)壓就已經超(chāo)過1000v。即使互(hù)感器二次額(é)定電流為1a，那麼我(wǒ)們考慮(lǜ)到短路(lù)電流倍數，将勵(lì)磁電(diàn)流升到一個足夠(gòu)的值顯(xiǎn)然是(shì)不可能的(de)。這裡(lǐ)不可(kě)能有(yǒu)兩個(gè)，一是(shì)現有(yǒu)的常(cháng)用試驗儀(yí)器的容量不夠(gòu)；二是考慮到二(èr)次回(huí)路(lù)的(de)耐壓(yā)水平(píng)也就是2000kv而已，真的通過其(qí)它方式将(jiāng)電壓升高，不僅(jǐn)可能(néng)造成二次(cì)設備(bèi)的損壞，而且也(yě)并不符(fú)合實際(jì)運行(háng)情(qíng)況(kuàng)。對于(yú)這種情況，我們(men)其實并不需要(yào)知道某個我們應該(gāi)計算的勵(lì)磁電(diàn)流(liú)對應的(de)電壓。這是因為在勵(lì)磁特性曲線中(zhōng)，即使互感(gǎn)器已經(jīng)飽和，随(suí)着勵(lì)磁電流(liú)的增加，勵磁電壓(yā)也是在增加的（隻不過(guò)趨于平緩而已），至少是(shì)不會下降的。因此，以上(shàng)表(biǎo)為例(lì)，我們大(dà)可以通(tōng)過短路電(diàn)流倍數的計算确定(dìng)勵磁電流值，然(rán)後用1230v，甚至是700v作(zuò)為電壓(yā)值進行(háng)計算。這顯然是(shì)比常規的算法(fǎ)對互感器(qì)的(de)要(yào)求更加(jiā)苛刻了(le)，因此不會造成錯誤的計(jì)算。而(ér)計(jì)算(suàn)結(jié)果中，我(wǒ)們會(huì)發現，即使是采用這種更(gèng)加苛刻的(de)算法，這種(zhǒng)高伏安特(tè)性的互感(gǎn)器允(yǔn)許的實際二次(cì)負載往往(wǎng)仍遠(yuǎn)遠小于實際負(fù)載。
   6.其它相關知(zhī)識
   6.1.繼電保護應(yīng)采用保護級繞(rào)組。故(gù)障錄波一(yī)般應單(dān)獨(dú)采用(yòng)保護(hù)級繞組以(yǐ)防止故障電流(liú)大時(shí)出(chū)現(xiàn)錄波(bō)失真(zhēn)。條件不允許時(shí)可和保護(hù)共用(yòng)一個(gè)繞組(zǔ)，但要布置在保(bǎo)護裝置後面。表計應采用測量(liàng)計繞(rào)組，一是保(bǎo)證精(jīng)度，而是在故(gù)障(zhàng)時(shí)互(hù)感器(qì)容易飽和以保(bǎo)護表(biǎo)計(jì)不(bú)損壞(huài)。
   6.2.電流(liú)互(hù)感器的(de)布置要把握兩(liǎng)個原則(zé)，一(yī)是要(yào)防止出現保護(hù)死區(qū)，二是要躲(duǒ)過互感器(qì)易發(fā)生故(gù)障的部分(fèn)。為(wéi)防止死區，一(yī)般要(yào)求(qiú)各(gè)種保護的保(bǎo)護範圍(wéi)之間要(yào)有交叉(chā)，同時(shí)要求電流(liú)互感器的一次(cì)測極性端必須安裝(zhuāng)咱母線側(cè)。這是因為互感(gǎn)器二(èr)次繞組的(de)排列是以(yǐ)互感(gǎn)器一次極性端(duān)為參考的(de)，如果一次(cì)極性端放(fàng)置錯誤，那麼盡(jìn)管在(zài)二次繞組(zǔ)的分配上考慮(lǜ)到了(le)交(jiāo)叉(chā)問題(tí)，仍然(rán)會出現保(bǎo)護範圍的死區。另外，由于(yú)互感器底(dǐ)部易發生(shēng)故障，而母線保(bǎo)護動作停電範(fàn)圍太大，因(yīn)此一(yī)般要注意母線(xiàn)保護要盡量躲開互(hù)感器底部。
   6.3.電流互感器的選擇(zé)一般有如(rú)下(xià)原(yuán)則需要遵(zūn)循:
   應滿足一次(cì)回路的額(é)定電壓、大負(fù)荷電流(liú)及短路時(shí)的動、熱穩定電流的(de)要求；
   應滿足(zú)二次回路(lù)測(cè)量、自(zì)動裝置的準确度要求和保護(hù)裝置10％誤差(chà)的要(yào)求；
   應滿(mǎn)足保護(hù)裝置對暫态特性要求（如(rú)500kv保護）；
   用于(yú)變壓器差(chà)動(dòng)時(shí)，各側電流(liú)互感器的(de)鐵(tiě)芯(xīn)宜采用相同的(de)鐵芯型式(shì)。各互感器的特性宜(yí)相同(tóng)。以防止區(qū)外故障(zhàng)時，各互(hù)感器特性(xìng)不一緻産(chǎn)生(shēng)差(chà)流，造(zào)成誤(wù)動。
   7.電流互(hù)感器類(lèi)型(xíng)選擇(zé)
   為保證保(bǎo)護裝(zhuāng)置的(de)正确動作(zuò)，所選擇(zé)的互感器至少要保證(zhèng)在(zài)穩态對稱短(duǎn)路電流的下的誤差不超(chāo)過規定值(zhí)。至于故障(zhàng)電流中的(de)非周(zhōu)期分量和互感(gǎn)器剩磁等(děng)問題(tí)帶來(lái)的暫态影(yǐng)響，則隻能(néng)根據(jù)互感器所在系(xì)統暫(zàn)态問題的(de)嚴重程度、保護(hù)裝置(zhì)的特(tè)性、暫(zàn)态飽(bǎo)和可(kě)能引(yǐn)起的(de)後果和運行情(qíng)況進行綜(zōng)合考(kǎo)慮定性(xìng)分(fèn)析，至于精确的(de)暫态(tài)特性計算由于(yú)過(guò)于複雜(zá)且現場(chǎng)工(gōng)作情(qíng)況很(hěn)難進行，因(yīn)此不進(jìn)行(háng)讨論(lùn)。
   7.1.330－500kv系統保護、高壓側為330－500kv的(de)變(biàn)壓器(qì)保(bǎo)護(hù)用的電流(liú)互感器，由于系(xì)統一次時間常(cháng)熟較大，互(hù)感器(qì)暫态(tài)飽(bǎo)和(hé)較嚴(yán)重，由此(cǐ)可能導(dǎo)緻保護錯誤動(dòng)作的後果(guǒ)。因此(cǐ)互感(gǎn)器(qì)應保證(zhèng)實際短路(lù)工作(zuò)循環中不緻暫(zàn)态飽和(hé)，即暫态誤差不超過規(guī)定值。一(yī)般選用(yòng)tp類互(hù)感(gǎn)器，尤其(qí)是線(xiàn)路(lù)保(bǎo)護考(kǎo)慮到重合閘(zhá)的(de)問題，要考(kǎo)慮雙(shuāng)工作循(xún)環的問(wèn)題，因此推薦使(shǐ)用tpy型(xíng)。
   7.2.220kv系(xì)統保護(hù)、高壓(yā)側為220kv的變(biàn)壓器保護(hù)互感(gǎn)器其暫(zàn)态飽和問題及其影響(xiǎng)較(jiào)輕，可按(àn)穩态短路條件計算(suàn)互感器穩(wěn)态特性，進(jìn)而選擇互(hù)感器。當然(rán)，為減輕可(kě)能發(fā)生的(de)暫态飽和(hé)影響(xiǎng)，我們有必要留(liú)有适當的(de)裕度(dù)。220kv系統(tǒng)保護的暫态系(xì)數(shù)一般不(bú)小于2。
   7.3.110kv系統保護(hù)用互(hù)感器(qì)一般(bān)按穩(wěn)态條件考(kǎo)慮，采用p類互感(gǎn)器。
   7.4.高(gāo)壓母線差(chà)動保護用(yòng)電流(liú)互感(gǎn)器，由(yóu)于母(mǔ)線故障時故障電流很大，而且外部故(gù)障(zhàng)時流過互感器的電(diàn)流差别(bié)也(yě)很大(dà)。即使各互感器(qì)特性一緻，其暫(zàn)态飽和的情況(kuàng)也可能差别很(hěn)大。因此母線差(chà)動保(bǎo)護(hù)用的電(diàn)流互(hù)感器(qì)好要(yào)具有抗暫态飽(bǎo)和的能力(lì)。實際(jì)工程應用中，一般按(àn)穩态(tài)條件(jiàn)選擇互(hù)感器，而抗飽(bǎo)和(hé)的問題(tí)更多的由保(bǎo)護(hù)裝置(zhì)進行(háng)處理(lǐ)。