電流互感器的接線方式、飽和及伏安特性

電流互感器（CT）是電力系統重要的電氣設備，它承擔著高、低壓系統之間的隔離及高壓量向低壓量轉換的職能。在系統的保護、測量、計量等設備的正常工作中扮演著極其重要的角色。本期小編整理了關於CT的相關知識點與大家分享，具體內容包括以下四個方面：

1.電流互感器二次迴路接線方式

2.電流互感器的飽和

3.電流互感器伏安特性

4.電流互感器迴路接線錯誤案例分析

註：有關電流互感器的種類、名牌參數以及CT極性測定等相關內容可以參考以下兩篇文章。

【知道】新員工變電專業掃盲專輯 | 電流互感器

【知道】新員工變電專業掃盲專輯之「CT極性測定」

01電流互感器二次迴路接線方式

在變電站中，常用的電流互感器二次迴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，它們根據需要應用於不同場合。現將各種接線的特點及應用場合介紹如下。

（1）單相接線方式

單相式接線，這種接線只有一隻電流互感器組成，接線簡單。它可以用於小電流接地系統零序電流的測量，也可以用於三相對稱電流中電流的測量或過負荷保護等。

（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，它缺少一隻電流互感器(一般為B相)，所以又叫不完全星形接線。它一般用於小電流接地系統的測量和保護迴路，由於該系統沒有零序電流，另外一相電流可以通過計算得出，所以該接線可以測量三相電流、有功功率、無功功率、電能等。反應各類相間故障，但不能完全反應接地故障。

對於小電流接地系統，不完全星形接線不但節約了一相電流互感器的投資，在同一母線的不同出線發生異名相接地故障時，還能使跳開兩條線路的機率下降了三分之二。只有當AC相接地時才會跳開兩條線路，AB、BC相接地時，由於B相沒有電流互感器，則B相接地的一條線路將不跳聞。由於小接地電流系統允許單相接地運行2小時，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，否則有些故障時保護將不能動作。

（3）三相星形接線方式

三相星形接線又叫全星形接線，這種接線由三隻互感器按星形連接而成，相當於三隻互感器公用零線。這種接線中的零線在系統正常運行時沒有電流通過(3I=0)，但該零線不能省略，否則在系統發生不對稱接地故障產生3l電流時，該電流沒有通路，不但影響保護正確動作，其性質還相當於電流互感器二次開路，會產生很高的開路電壓。三相星形接線一般應用於大接地電流系統的測量和保護迴路接線，它能反應任何一相、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。這種接線主要用於保護二次迴路的轉角或濾除短路電流中的零序分量。在微機形差動保護中，常常將各側電流互感器的二次迴路均接為星形，在保護裝置中通過軟體計算進行電流轉角與電流的零序分量濾除，這樣就簡化了接線。

（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並接，一般用於3/2斷路器接線、角形接線、橋形接線的測量和保護迴路，用以反映兩隻開關的電流之和。該接線一定要注意電流互感器二次迴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，否則和電流的數值就沒有意義。

在電流互感器的接線中，要特別注意其二次繞組的極性，特別是方向保護與差動保護迴路。當電流互感器二次極性錯誤時，將會造成計量、測量錯誤，方向繼電器指向錯誤動保護中有差流等，造成保護裝置的誤動或拒動。

02電流互感器的飽和

電流互感器飽和將導致電流測量出現偏差，影響繼電保護的正確動作，特別是對差動保護影響較大，接下來，讓我們認識一下電流互感器飽和。

實際上，電流互感器的飽和指的是電流互感器鐵芯的飽和，因為一次電流在鐵芯上產生了磁通，纏繞在同一鐵芯上的二次繞組中產生電動勢U=4.44f*N*B*S，式中f為系統頻率；N為二次繞組匝數；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，當電流互感器正常工作時，鐵芯磁通密度B很小，勵磁電流I也很小，根據電流互感器等值電路圖可知，二次電流I2=I1-I，偏差很小；當一次電流I1變得很大時，鐵芯磁通密度B也很大，在電流互感器的鐵芯磁通密度達到飽和點後，B隨勵磁電流或是磁場強度的變化不明顯，二次感應電勢將基本維持不變，二次電流幾乎不再增加，此時勵磁電流I卻顯著增加，I2=I1-I出現較大偏差，導致電流互感器出現大的傳變誤差。

電流互感器等值電路圖

一般將鐵芯的飽和分成兩種情況：穩態飽和、暫態飽和。

穩態飽和主要是因為一次電流值太大，進入了電流互感器飽和區域，導致二次電流不能正確的傳變一次電流。穩態飽和多因電流互感器選型不合適或者短路電流過大而引起，不會自行消失。

穩態飽和的諧波分量：以3、5、7次等奇次諧波為主。

暫態飽和主要是因為大量非周期分量的存在，進入了電流互感器飽和區域。暫態飽和多由衰減直流或者電流互感器剩磁引起，在暫態分量逐漸衰減後，飽和逐漸消失。

暫態飽和的諧波分量：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到飽和點後，隨著一次電流I1的增大，勵磁電流I顯著增加，電流互感器出現大的傳變誤差。那麼該如何確定電流互感器的飽和點呢？

電流互感器伏安特性曲線

電流互感器伏安特性是指在電流互感器一次側開路的情況下，在二次側通電壓U，由等值電路圖可知此時I=I2，根據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的關係曲線描述的是磁通B與勵磁電流I的關係曲線，即電流互感器鐵芯的磁化曲線。

根據伏安特性曲線可得出2個結論：

一是得出電流互感器的10%誤差曲線。施加於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%，勵磁電流便增加50%，則此電壓值稱為伏安特性曲線的拐點電壓（飽和點）。

二是可以判斷電流互感器是否發生匝間短路。拐點電壓位置的電流互感器鐵芯進入飽和狀態，此時勵磁電流幾乎全部損耗在鐵芯發熱上，當電流互感器二次繞組匝間短路時，在電流互感器伏安特性上表現為拐點電壓U有明顯的下降，據此可以判斷電流互感器二次繞組異常。

04電流互感器迴路接線錯誤案例分析

2007年8月5日某220kV變電站10kV新生4號線光纖分相電流差動保護動作，開關跳閘，經巡線人員檢查、故障點在新聯線出口0號杆處保護人員檢查兩側保護裝置，模擬區內外故障保護均反應正確，如下圖所示，試分析跳閘原因。

分析：電廠側保護人員誤將計量電流互感器繞組接入保護迴路。正常運行時，新生4號線負荷電流不至於造成電流互感器飽和，不會產生差流，即保護也不會誤動作。當新聯線10kV出口處發生故障時，故障電流較大造成電廠側的電流互感器飽和，電流互感器不能正常傳變故障電流，進而產生差流，兩側光纖縱差保護動作。同時，因為ISA-353型微機保護比電磁型保護動作速度快，所以10kV新生4號線保護先於10kV新聯線跳閘。

原因：

1.電廠側保護人員誤將計量電流互感器繞組接入保護迴路，故障時，兩側電流不一致產生差流，是新生4號線縱差保護動作的主要原因。

2.電廠側新聯線保護使用電磁型保護、動作速度相對微機保護慢，不能及時切除故障，是新生4號線縱差保護動作的次要原因。

要點：在電流互感器迴路驗收試驗中，一定要核對好，所使用繞組的準確級，否則對於距離、過流等保護將拒動，對於線路縱差主變差動保護將誤動作。

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