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電流互感器伏安特性試驗及其應用研究論文
摘要：本文介紹了通過電流互感器伏安特性試驗確定其飽和特性的方法，并用試驗驗證了這種方法的可行性。最后提出了關于避免差動保護因電流互感器飽和而誤動的措施。
關鍵詞：電流互感器;伏安特性;試驗技術;飽和特性
一、前言
電流互感器是一種電流變換裝置。它將高壓和低壓大電流變成電壓較低的小電流供給儀表和繼電保護裝置并將儀表和保護裝置與高壓電路隔開。本文介紹了通過電流互感器伏安特性試驗確定其飽和特性的方法，并用試驗驗證了這種方法的可行性。最后，提出了關于避免差動保護因電流互感器飽和而誤動的措施。
二、電流互感器伏安特性試驗方法
(一)產(chǎn)品結構特點
該型電流互感器為油浸、全密封式結構，由底座、瓷套、器身、儲油柜及膨脹器等部分構成。器身浸在變壓器油中，由一次繞組和二次繞組呈”8”字型鉸鏈而成。器身上部為一次繞組，下部為二次繞組，器身與瓷套均裝在底座上，瓷套內(nèi)充滿變壓器油，瓷套上部裝有儲油柜和膨脹器，瓷套與儲油柜及底座之間均以壓圈及螺栓連接固定，并用耐油膠墊密封。一次繞組的導線分兩段，共四個出線頭，連接到儲油柜經(jīng)導電桿引出，通過連接片在儲油柜外進行串并聯(lián)換接，并可得到1：2兩種電流比。該型電流互感器為減極性，當一次電流從Pl流向P2時，二次電流從Sl經(jīng)外部回路流向S2或S3，二次線從底座的接線盒引出。
(二)電流互感器伏安特性測量
在該新型電流互感器的伏安特性試驗過程中，對試驗條件進行了如下規(guī)定：環(huán)境溫度為5℃～40℃，電流互感器與環(huán)境溫度應無顯著差異，試驗場地必須具有單獨工作接地和保護接地，并設置保護柵欄，互感器與接地或鄰近物體的距離，一般應大于試品高壓部分與接地部分的最小空氣距離的1.5倍。測量電流互感器的伏安特性主要是檢查電流互感器有無層間短路，它是電流互感器交接試驗不可缺少的項目。伏安特性是指電流互感器一次側開路，二次側勵磁電流與所加電壓的關系曲線，實際上就是鐵芯的磁化曲線，因此也叫勵磁特性。試驗的主要目的是檢查互感器的鐵芯質(zhì)量，通過鑒別磁化曲線的飽和程度，計算10%誤差曲線，并用以判斷互感器的二次繞組有無匝間短路。
接線比較復雜，因為一般的電流互感器電流加到額定值時，電壓已達400V以上，單用調(diào)壓器無法升到試驗電壓，所以還必須再接一個升壓變(其高壓側輸出電流需大于或等于電流互感器二次側額定電流)升壓和一個PT讀取電壓。試驗前應將電流互感器二次繞組引線和接地線均拆除。
試驗時，一次側開路，從電流互感器本體二次側施加電壓，可預先選取幾個電流點，逐點讀取相應電壓值。通入的電流或電壓以不超過制造廠技術條件的規(guī)定為準。當電壓稍微增加一點而電流增大很多時，說明鐵芯已接近飽和，應極其緩慢地升壓或停止試驗。試驗后，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪出伏安特性曲線。
(三)注意事項
電流互感器伏安特性的測量是一項具有較高操作技巧的試驗，在試驗中有以下幾項應特別注意：1、電流互感器的伏安特性試驗，只對繼電保護有要求的二次繞組進行：2、測得的伏安特性曲線與過去或出廠的伏安特性曲線比較，電壓不應有顯著降低。若有顯著降低，應檢查二次繞組是否存在匝間短路。當有匝間短路時，其曲線開始部分電流較正常的略低。
因此，在進行測試時，在開始部分應多測幾點;3、電流表宣采用內(nèi)接法;4、為使測量準確，可先對電流互感器進行退磁，即先升至額定電流值，再降到0，然后逐點升壓。
三、通過伏安特性試驗確定飽和點
要研究電流互感器的工作特性，確認其在保護外部故障通過大電流時是否會飽和而影響保護動作的正確性，可通過一些試驗方法進行檢測。顯然，最直接的試驗方法就是二次側帶實際負載，從一次側通入電流，觀察二次電流找出電流互感器的飽和點。但是，對于保護級的電流互感器，其飽和點可能超過15倍～20倍額定電流，當電流互感器變比較大時，在現(xiàn)場進行該項試驗會有困難。
除此之外，還可通過伏安特性試驗測出電流互感器的飽和點。電流互感器飽和是由于鐵心磁通密度過大造成的，而鐵心的磁通密度又可通過電流互感器的感應電動勢反映出來。伏安特性的試驗方法為：一次側開路，從二次側通入電流，測量二次側繞組上的電壓降。由于電流互感器的一次側開路，沒有一次側電流的去磁作用，在不大的電流作用下，鐵心很容易就會飽和。因此，伏安特性試驗并不需要加很大的電流，在現(xiàn)場較容易實現(xiàn)。
(一)電流互感器變比試驗
以一次電流互感器的試驗為例，說明通過伏安特性試驗確定電流互感器飽和點的方法。試驗的電流互感器的額定變比為300N5A，二次額定負載為0.2(1。用電阻約為0.2fl的導線短接電流互感器二次側繞組，從一次側通入電流并逐漸加大直至二次側電流明顯呈飽和狀態(tài)。試驗中除測量原、二次側電流外，同時測量二次側繞組的端口電壓。試驗接線如圖2，其中的電壓表為高內(nèi)阻表;圖3是根據(jù)相關試驗數(shù)據(jù)所描的曲線。從試驗數(shù)據(jù)可知，當一次電流達到800A時，電流互感器開始飽和，此時二次側的端口電壓為3.7V。
—次電流/A
圖3電流變比曲線
(二)試驗數(shù)據(jù)與特性曲線
表1伏安特性試驗數(shù)據(jù)
電流JmA 電壓，V 電流/mA 電壓，V 0 0.11 350 4.80 80 2.60 390 4.96 110 3.16 435 5 .11 135 3.47 480 5.26 192 4.00 520 5.36 265 4.45 585 5.55 300 4.60 690 5.80 320 4.68
電流互感器一次側開路，從二次側繞組通入電流，測量二次側繞組上的電壓降。試驗數(shù)據(jù)見表1，圖4是根據(jù)表1數(shù)據(jù)所描的曲線。從圖4可知，飽和電動勢約為4V。亦即該電流互感器在帶約0.3fl負載時，未計電流互感器內(nèi)阻，其飽和電流倍數(shù)約為4V/(0.3 T1q5A)=2.76.。此計算的飽和倍數(shù)與電流互感器變比試驗的數(shù)據(jù)是吻合的，伏安特性試驗飽和時的端口電壓比變比試驗的飽和電壓略高是因為后者有電流互感器內(nèi)阻分壓導致的。
由上述試驗可知，通過伏安特性試驗找到電流互感器的飽和電勢后，可計算出飽和電流，此時電流互感器二次回路上實際的負載阻抗，可近似看成是電流互感器的內(nèi)阻。該內(nèi)阻數(shù)據(jù)可由生產(chǎn)廠家提供，也可按變壓器短路阻抗的試驗方法測得。顯然，對于同樣的電流互感器參數(shù)，負載阻抗越大，其飽和電流的倍數(shù)就越小。
四、結束語
為了避免變壓器差動保護的電流互感器在故障時因電流過大出現(xiàn)飽和而導致差動保護誤動作，除了在設備選型上要確保選用容量足夠的保護級電流互感器外，還可根據(jù)電流互感器的伏安特性曲線和現(xiàn)場實測的電流互感器二次回路負載阻抗計算出電流互感器的飽和點，以此推算出在最大可能出現(xiàn)的穿越電流作用下，電流互感器是否會飽和以及差動保護是否會誤動作。
參考文獻：
[1]趙乃九，電流互感器之原理與設計[M]，上海：電世界出版社，1990.
[2]彭時雄，交流電能(電功率)測量綜合誤差的測試計算及改進技術[M]，中國電力出版社，2002.
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