淺談電流互感器飽和點(diǎn)之變壓器保護和電流保護

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(guò)大電流時(shí)是否會(huì )飽和而影響保護動(dòng)作的正確性，可通過(guò)一些試驗方法進(jìn)行檢測。顯然，最直接的試驗方法就是二次側帶實(shí)際負載，從一次側通入電流，觀(guān)察二次電流找出電流互感器的飽和點(diǎn)。但是，對于保護級的電流互感器，其飽和點(diǎn)可能超過(guò)15～20倍額定電流，當電流互感器變比較大時(shí)，在現場(chǎng)進(jìn)行該項試驗會(huì )有困難。

除此之外，還可通過(guò)伏安特性試驗測出電流互感器的飽和點(diǎn)。如前所述，電流互感器飽和是由于鐵心磁通密度過(guò)大造成的，而鐵心的磁通密度又可通過(guò)電流互感器的感應電動(dòng)勢反映出來(lái)。因此由伏安特性曲線(xiàn)上的飽和電壓值，可以計算出電流互感器的飽和電流。伏安特性的試驗方法為：原方開(kāi)路，從副方通入電流，測量副方繞組上的電壓降。由于電流互感器的原方開(kāi)路，沒(méi)有原方電流的去磁作用，在不大的電流作用下，鐵心很容易就會(huì )飽和。因此，伏安特性試驗并不需要加很大的電流，在現場(chǎng)較容易實(shí)現。

在正常情況下，電流互感器中的鐵芯磁通處于不飽和的狀態(tài)。這時(shí)負載阻抗和勵磁電流較小，而勵磁阻抗的數值較大，一次繞組、二次繞組的磁勢處于平衡。但是，若互感器中鐵芯的磁通密度增大并達到飽和時(shí)，會(huì )引起Zm隨著(zhù)飽和度的增加而迅速降低，不同勵磁電流間的線(xiàn)性比例關(guān)系會(huì )被打破。而引起電流互感器達到飽和的因素主要包括：電流過(guò)大;負載過(guò)大。當連接電流互感器的負載過(guò)大時(shí)，引起二次電壓的增大，導致鐵芯的磁通密度上升，達到飽和。

電流互感器達到飽和時(shí)的特點(diǎn)有：二次電流減小，電流波形出現高次諧波分量較大的畸變;內阻減小，甚至接近于零;若發(fā)生一次故障，電流的波形在零點(diǎn)附近時(shí)，電流互感器會(huì )引起線(xiàn)性關(guān)系傳遞;在故障的瞬間，互感器會(huì )在滯后5秒左右才開(kāi)始達到飽和。一般情況下，嚴禁電流互感器的二次發(fā)生開(kāi)路現象。因為在電流互感器運行過(guò)程中，一旦發(fā)生二次開(kāi)路，就會(huì )使一次電流轉換成為勵磁電流，引起鐵芯的磁通密度增加，導致電流互感器的快速飽和。飽和磁通會(huì )產(chǎn)生較高電壓，對一次和二次繞組絕緣設施破壞較大，容易造成人身安全威脅。

1、變壓器保護影響及對策

一般變壓器的容量較小、可靠性高，大多安裝在10kV、35kV的母線(xiàn)上，高壓短路電流與系統的短路電流相同，而低壓一側的短路電流相對較大。若對變壓器的保護力度不到位，就會(huì )嚴重影響對變壓器或者整個(gè)系統的安全運行。傳統變壓器都有熔斷器保護裝置，有安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。但是，隨著(zhù)系統自動(dòng)化要求的提高、短路容量的增加，傳統的方法已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足需求。對于一些新建、改造的變電站，往往配置有變壓器開(kāi)關(guān)柜，系統的保護裝置也與10kV的線(xiàn)路相似，但缺點(diǎn)是經(jīng)常忽視電流互感器的飽和問(wèn)題。同時(shí)，由于變壓器的容量、一次電流較小，并采用共用互感器。為保證計量準確性，會(huì )使電流互感器的變比減小。一旦變壓器發(fā)生故障，會(huì )引起電流互感器的飽和，二次電流速度降低，導致變壓器的保護拒動(dòng)。若變壓器中高壓側發(fā)生故障，所產(chǎn)生的短路電流會(huì )自動(dòng)切除后備保護動(dòng)作。若低壓側發(fā)生故障，產(chǎn)生的短路電流無(wú)法達到后備保護啟動(dòng)值，就會(huì )使故障無(wú)法切除，甚至引起變壓器的燒毀，對系統的安全運行造成嚴重影響。

解決變壓器的保護拒動(dòng)，需要從變壓器的合理配置入手，在選擇電流互感器時(shí)要顧及變壓器發(fā)生故障引起的飽和問(wèn)題。不同功能的電流互感器要互相區別，例如計量用的互感器要設在變壓器的低壓側，用以確保計量精度要求;而保護用的互感器一般設在變壓器的高壓一側，用以確保變壓器保護工作。

2、電流保護影響及對策

電流互感器發(fā)生飽和以后，會(huì )引起二次等效電流的減小，引發(fā)保護拒動(dòng)。當遠離電源或阻抗系數較大時(shí)，線(xiàn)路出口的短路電流會(huì )較小。但如果擴大系統的規模，短路電流就會(huì )隨之增大，甚至達到互感器一次電流的上百倍，從而引起系統中本來(lái)能正常運行的互感器發(fā)生飽和。同時(shí)，短路電流故障屬于暫態(tài)過(guò)程，電流中有大量的不同期分量，會(huì )加快電流互感器的飽和。若10kV的線(xiàn)路中發(fā)生短路故障，電流互感器的飽和會(huì )使二次側的電流減小，導致保護裝置拒動(dòng)。母線(xiàn)及主變低壓側的開(kāi)關(guān)切除，會(huì )導致故障的范圍增大、時(shí)間延長(cháng)，對供電的可靠性造成影響，嚴重時(shí)會(huì )威脅到設備的安全運行。

通過(guò)上文分析得知，電流互感器發(fā)生飽和時(shí)，會(huì )導致一次電流轉變?yōu)閯畲烹娏?。同時(shí)，二次電流為零，通過(guò)繼電器電流也為零，設備內保護裝置發(fā)生拒動(dòng)。針對以上問(wèn)題，應該盡量降低互感器的負載阻抗，避免電流互感器的共用，同時(shí)加大電纜截面面積以及電纜長(cháng)度;電流互感器的變比不能太小，要注意線(xiàn)路短路引起的飽和問(wèn)題。