电流互感器的安全运行分析

晁攸重，张良武，李运杰，袁焕炯

（1.国网新疆电力有限公司检修公司，新疆乌鲁木齐，830000；2.广州市仟顺电子设备有限公司，广东广州，510000）

0 引言

电流互感器的工作原理是将一次电网大电流通过一定比例转换成二次回路的小电流来供给计量和保护，使电力计量和保护工作获得一个相对安全的工作环境，同时也避免对电网造成较大的影响[1]。电流互感器是电力计量和保护的基本设备之一，保证电流互感器正常运行是保证电网计量和保护的重要工作之一，也是保证电网安全运行的基础工作之一。

1 电流互感器原理和特性

电流互感器的依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的仪器。电流互感器本质上是一个特殊的小型变压器模型，是由闭合的铁心和两组与铁心相互绝缘的线圈以及绝缘支架组成[2]。电流互感器的电流变比kn由一、二次线圈的匝数决定，如设定一次回路线圈匝数为N1，二次线圈匝数为N2，则一、二线电流I1、I2 的变比为：

与电压互感器不同的是，电流互感器线圈串联在被测回路中，电流互感器一次线圈两侧电压相对很低[3]。电流互感联在电流互感器二次回路中，二次回路阻抗很小，工作时二次回路接近短路状态[4]。

在发电厂、变电站中，电流互感器一般按用途分为两大类，即测量用电流互感器和保护用电流互感器。测量用电流互感器的二次回路串联测量表记，一般为电流表，其作用是表达一次侧电流数值、相位等状况。保护用电流互感器二次侧串联继电保护装置，保护用电流互感器按保护类型还分为过负荷电流互感器、差动保护电流互感器和零序电流互感器等，当电路发生故障时，电流互感器二次电流应正常反应一次侧故障电流，并且使相应的继电保护装置可靠动作或可靠不动作，以达到切断故障区域电网和保护电网安全运行的效果[1]。

2 电流互感器关键参数

电流互感器关系到电力系统运行的可靠性和安全性，因此选用电流互感器时，需要了解电流互感器的各项属性，确保选用的电流互感器稳定而适用。在电流互感器选型和使用时，要了解如下电流互感器关键参数：

(1)一次额定电流：在一次电流不大于一次额定电流的情况下，电流互感器能长期运行。电流互感器一次测长期超负荷运行，会导致绕组发热降低使用寿命，甚至烧坏绕组。

(2)额定电压：额定电压关系到电流互感器的运行电压、绝缘等级等，正确选择额定电压，避免互感器被高压烧坏或者绝缘击穿。

(3)准确度等级：准确度等级是表示电流互感器自身误差的参数，其等级由高到低分为0.001到1等多种等级，等级数越高，误差就越小。一般在电力系统中用于测量的电流互感器准确度等级应高于0.5级，在电能很大的，需要用到0.2或0.1级[5]。

(4)二次额定容量：二次额定容量常用功率VA表示，也有用负荷电阻表述。电流互感器二次负荷不能超容量，否则会因此测量误差，严重时将导致磁饱和损坏互感器[6]。

3 电流互感器的安全运行要点

■3.1 二次回路不能开路

电流互感器二次回路不允许开路，也不允许加入熔断保护。因为在正常运行时，电流互感器二次线圈匝数远远大于一次线圈匝数，二次线圈电流产生的自感磁场，对一次线圈具有极大的去磁作用，使得一次线圈的磁动势和二次线圈的磁动势大小相等，方向相反，达到一个相对平衡状态。二次回路一旦开路，就会失去去磁作用，一次电流将全部转为励磁电流，将导致两种后果，一是磁心过度饱和，互感器的铁损急剧增大，导致互感器发热损坏；另一个是二次线圈将感应出高达数千伏特的高压，有可能击穿绝缘，危害工作人员和设备的安全。

■3.2 二次回路有且只有一点接地

正常运行情况下，电流互感器只允许有一个接地点，目的是保护工作人员和设备的安全，免受一次侧高压电击穿风险的危害[8]。

互感器二次回路多点接地故障分为相线接地和N线接地两种。

如图1所示，相线多点接地时，相线与大地形成回路，接地相线电流被大地分流，二次回路电流产生大误差，导致差动保护或零序保护误动。

图1 相线多点接地

如图2所示，N线多点接地时，N线与大地形成回路，但在电流互感器三相电流接近平衡时，N线电流很小，分流的效果不大，两个接地点之间存在一个地网的电压差Us，Us正常时也很小，电流互感器可以正常运行，不造成保护装置不正确动作。若站内发生单相接地故障时，地网出现大电流，导致地网压差Us增加。Us施加在电流互感器N线的两个接地点上，会造成电流互感器二次回路中性点偏移，电流误差偏大，严重时，将导致保护误动和保护拒动[2]。

图2 N线多点接地

出于施工不规范、线路绝缘老化、图纸错误等原因，以及众多的互感器接线，导致电流互感器多点接地故障易发。而N线的多点接地故障难发现，危害大，给电网的稳定运行带来威胁，因此要重视互感器多点接地故障的危害，及时排除故障，保证电力系统正常稳定运行。

■3.3 电流互感器极性须正确接入

电流互感器的极性是指它的一次绕组和二次绕组间电流方向的关系。按照规定，电流互感器一次绕组的首端标为P1，尾端标为P2；二次绕组的首端标为S1，尾端标为S2。如图3所示，在接线中，P1和S1称为同极性端，P2和S2也称为同极性端。譬如，一次绕组的电流I1从首端P1流入，从尾端P2流出时，二次绕组中感应的二次电流I2是从首端S1流出，从尾端S2流入；或者当电流互感器的一、二次绕组同时在同极性端子输入电流时，它们在铁芯中产生的磁通方向相同，这样的电流互感器极性标志称为减极性。反之，将S1和S2的标志位置调换后，则称为加极性。常用的电流互感器，除有特殊规定外，均采用减极性[3]。

图3 电流互感器极性原理

电流互感器极性接反，会导致电流互感器二次侧电流偏差[9]，导致以下危害：

(1)电流互感器二次回路接入电度表、功率表时，会导致电度表、功率表计量混乱、误差增大甚至仪表反转，导致测量错误。

(2)电流互感器二次回路接继电保护装置时，二次电流混乱、偏差严重时将引起继电保护层装置的误动或拒动。

(3)电流互感器采用两相不完全星形联结时，如其中一相极性接反，会导致未接电流互感器的一相（一般为中相）较其它相电流偏高。

■3.4 二次回路负荷不应高于额定值

电流互感器二次回路负荷过高，会导致互感器磁心饱和。电流互感器二次回路负荷越多，二次回路阻抗越大。电流互感器二次回路阻抗超过允许值时，二次侧电流减小，导致测量误差，同时一、二次线圈的磁动势平衡将被打破，一次侧励磁电流就会逐渐增大，使铁心进入饱和状态。磁心饱和会导致磁心内部产生涡流，导致磁心温度升高，影响互感器寿命，严重时导致互感器损坏[10]。

因此电流互感器安装使用时，要注意其二次回路所带的负荷不能大于其额定负荷容量，或选用额定容量较大的电流互感器，避免电流互感器二次回路容量过高导致磁芯饱和[4]。

4 结束语

电流互感器是电网计量和保护工作的基础设备之一。电流互感器安全运行工作，是使电网计量和继电保护正常运行的基础，也是保证电网安全工作的重要部分。本文简要介绍了几点电流互感器安全运行的要点，希望能给电流互感器的安全运行和维护提供一些参考作用。