浅谈电流互感器参数对继电保护的影响

郑家明 游晨曦 龚大明 陈墨煖 刘国盛 吴文健

摘要：电流互感器是反应高压电网运行状况不可缺少的设备，是决定高压电网继电保护、测量指示的正常工作的基础。电流互感器本身参数不足或故障，会导致电流互感器无法正常运行，严重时将导致继电保护装置误动和拒动。本文简要分析了电流互感器参数和故障对继电保护的影响，提出了一些应对措施，对电流互感器投运和维护具备一定参考意义。

关键字：电流互感器;磁饱和;继电保护

1引言

电流互感器是通过变压器原理把高压电网的电压、电流转换成低电压、低电流，提供给表记计量、继电保护等设备测量和保护的数值依据。电流互感器是测量和保护电网电流状况的主要设备之一。

电流互感器运行参数不适或故障时，其二次回路电流数据不能正確反应一次侧电流情况，严重时将造成电流表误指示，继电保护误动和拒动等故障。进一步可能导致大面积停电，甚至烧毁主变、机组等重要设备的严重事故。电流互感器，给电网的稳定运行带来威胁，因此要重视互感器参数配置，正确使用电流互感器，保证电力系统正常稳定运行。

2 电流互感器工作原理

电流互感器的工作原理是利用电磁感应原理将一次大电流转换成二次回路小电流。电流互感器模型类似于变压器，只是在容量、线圈匝数、负载等方面有些区别。电流互感器一次侧线圈匝数很少，二次侧线圈匝数很多。其二次回路负荷负载为电流表、继电保护装置等，阻抗很低，接近短路状态。电流互感器二次回路的电流取决于被测电路的电流，与互感器的负载无关。

电流互感器在工作时二次回路不允许开路，也不允许接熔断器。这是由于在正常工作时，二次侧电流在线圈产生的磁场对一次侧的点磁转换有抑制作用。一旦二次回路开路，二次回路突然失去电流，一次测的磁通会突然增大，使磁心过度饱和，损坏电流互感器，危害工作人员和电网的安全。

3 影响继电保护的主要参数

额定容量：即额定二次电流通过二次额定负荷时所消耗的视在功率。电流互感器额定功率是保证继电保护是否能够可靠运动的基本保障，因此选用电流互感器时须确保额定功率的适用性。电流互感器的二次侧负载要依据其容量决定，电流互感器二次额定容量要大于实际的二次负载功率，实际二次负载应为25～100%二次额定容量。同时负载阻抗又影响测量或控制精度。负载阻抗主要受测量仪表和继电器线圈电阻、电抗及二次连接导线电阻、接线接触电阻的影响。

额定电压：是指一次绕组能够长期承受的最大对地电压值。电流互感器的额定电压分为0.5，3，6，10，35，110，220，330，500kV等几种电压等级。不同等级额定电压的电流互感器，其绝缘强度和精度都有所不同，投入运行的电流互感器的额定电压应不低于被测回路的额定电压。

额定电流：允许长时间通过电流互感器二次绕组的最大一次感应电流。选取互感器时，应使互感器额定一次电流留有30% 余量，避免电流互感器过载导致磁心饱从而造成误差。

变比：是指一次额定电流与二次额定电流之比，或一次线圈匝数跟二次线圈匝数之比，即I1/I2=N2/N1=k，I1、I2分别为电流互感器一、二次电流，N2、N1分别为一、二次线圈匝数。

比差：即变比值误差，是指在二次回路上，实际电流值与运算所得的一次感应电流值之差与运算所得的一次感应电流值的比。电流互感器的比差需要符合相关规定。

角差：即一、二次电流的相位角误差，它是旋转180°后的二次电流向量与一次电流向量之间的相位差。规定二次电流向量超前于一次电流向量δ为正值，反之为负值。在电流误差不超过10%时，角差不超过7度。

准确级：表示互感器本身误差（比差和角差）的等级，电流互感器的准确度等级分为0.001～1多种级别。发电厂、变电站、用电单位配电控制的电气仪表一般采用的电流互感器准确度为0.5级或0.2级;设备、线路的继电保护电流互感器一般不低于1级;用于电能计量时，视被测负荷容量或用电量多少依据相关规程要求来选择。

4其他导致保护误动的因素

继电保护装置是依据电流互感器二次电流来反应一次电流进行保护判断的，造成保护误动的主要原因是电流互感器二次线圈电流偏差，没有正确反应被测电路电流。造成互感器二次回路电流或电压偏差的因素又以下几种：

（1）二次回路电阻和感抗造成的电流偏差。在运行的电流互感器，其二次回路接近于短路状态，而二次回路本身存在的回路电阻以及线圈感抗会对二次回路的测量产生影响。当二次回路的电阻和感抗增大，会导致电流互感器的比差和角差都增大，接入会影响继电保护装置的动作可靠性。

（2）极性接错导致的电流偏差。极性接错是指电流互感器的极性接反，极性错接会导致二次线圈阻抗变大，进而造成铁芯饱和或二次回路电压升高，几次电流增加，导致二次电流产生偏差。若一次侧出现电流涌浪，急剧的电流变化会使铁心迅速饱和，励磁电流猛增，变比误差增大，进而导致保护误动。

（3）铁心面横截面造成的电流偏差。电流互感器的二次回路电压很小，其铁心的磁感应强度很小。横截面积较大的磁心，其磁感应强度更小，导致励磁电流减小，感应电流的角差和比差会发生改变，继而导致二次电流产生偏差。

（4）线圈匝数造成的电流偏差。较少的线圈匝数，使磁感应强度较小，容易引起二次回路电流误差。增加线圈的匝数，可以增加电流互感器的磁感应强度，从而达到改善误差的效果。但是增加线圈匝数，会硬气铜用量增加，导致东稳定背书减少和磁饱和倍数增加。

（5）二次回路多点接地导致电流偏差。互感器多二次回路多点接地也将导致二次回路电流偏差。当相线发生多点接地，接地点与大地相连形成回路，对二次回路电流进行分流，导致二次回路电流偏差;N线多点接地，两个接地点之间的地网电压差会施加在N线，导致二次回路中性点偏移，电流值偏差。互感器的相线接地，严重时会直接导致保护装置的误动;而N线多点接地，在正常与运行地网压差较小时，只引起微笑的电流偏差，当站内发生其他相线接地等故障，导致地网压差增大，就可能造成保护误动或拒动。

5 光电式电流互感器的应用

光电式电流互感器是一种新型的电流互感器。光电式电流互感器是基于法拉利磁光原理，即把待测电流调制称光信号，光信号经过光纤传送到测量设备，测量设备再将光信号进行光电转换和调制，得到被测电流数据。

与电磁式电流互感器相比，光电式电流互感器具有以下优点：

（1）绝缘结构简单，体积小，重量轻，造价低;

（2）无铁芯、无磁饱和及铁磁谐振引发的问题;

（3）抗电磁干扰性能好，不会有二次侧开路出现高电压的危险;

（4）频率响应范围宽，动态范围大，测量准确度高;

（5）不充油，无燃烧、爆炸等危险;

（6）能适应电力计量与保护的数字化、微机化和自动化的发展潮流。

电流互感器还没有得到广泛应用的原因是，光电式电流互感器技术还在进一步研究过程中，还存在一些几代解决的问题，如温度和应力引起双折射现象导致测量误差和长期运行稳定性等问题。但光电式电流互感器因其精准性、安全性等优点，是传统电磁互感器的理想替代品，在未来光电式互感器将开启新互感器技术领域。

5 结束语

本文介绍了电流互感器参数对几点保护装置的影响，简要介绍了电流互感器各参数的选取原理以及其他电流互感器故障导致保护装置误动的因素。介绍了新型的光电式电流互感器的原理和优点。为保证电网安全可靠运行，电流互感器充当了不可或缺的部分，如何保证电流互感器正常运行，需要对电路互感器的各相参数和故障进行全面详细的了解，才能正确选取和装设正确的电流互感器，保证电流互感器以及继电保护的正常运行。

参考文献

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作者简介：郑家明，男，28岁，广西防城港，大学本科，高级工，工程师，在继电保护及厂站自动化，二次系统安全防护相关设备作业经验丰富，在故障及异常判断方面有所专长。

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