電磁式電流互感器二次開路暫態(tài)分析及對策

酒小朋

（山西省機電設(shè)計研究院，山西 太原 030009）

0 引言

電磁式電流互感器是目前我國電力行業(yè)中很重要的計量設(shè)備之一，它廣泛用于發(fā)電廠、變電站（所）的輸電中，長期接在線路上運行，用來測量線路上的電流、功率、電能等。電磁式電流互感器通常和測量儀表、繼電保護及自動裝置相連接，所以有必要通過對電流互感器開路分析和采取必要措施減小電磁式電流互感器開路對電力系統(tǒng)輸電的準確性和安全性的影響。

1 電磁式電流互感器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 電磁式電流互感器的基本結(jié)構(gòu)

電磁式電流互感器主要由一次繞組、二次繞組和鐵芯構(gòu)成，一次繞組、二次繞組和鐵芯之間都有絕緣。它的一次繞組結(jié)構(gòu)有單匝式、多匝式。單匝式通常采用一根銅棒或一根銅排從鐵芯孔中穿過。二次線圈主要接測量儀表或繼電器的線圈，匝數(shù)比較多。

1.2 電磁式電流互感器在線路中的工作原理

電磁式電流互感器是通過電磁感應(yīng)，將一次繞組中的電流感應(yīng)傳到二次繞組中。其一次線圈和主電路串聯(lián)，通過一次電流I1在鐵芯內(nèi)產(chǎn)生交變磁通，使二次線圈感應(yīng)出相應(yīng)的二次電流I2（額定電流為5A或1A），如將勵磁損耗忽略不計，則I1N1＝I2N2（N1和N2分別為一次、二次線圈的匝數(shù)）。電流互感器變比為K＝I1／I2＝N2／N1。電流互感器的工作原理如圖1 所示。

2 電流互感器二次開路產(chǎn)生高電壓的暫態(tài)分析

電流互感器二次端開路時互感器本身處于空載運行狀態(tài)，此時互感器一次側(cè)電流全部轉(zhuǎn)變成勵磁電流，從電磁式電流互感器基本結(jié)構(gòu)可以看出：電流互感器的一次繞組匝數(shù)少，使用時一次繞組串聯(lián)在被測線路里；二次繞組匝數(shù)多，與測量儀表和繼電保護系統(tǒng)等電流線圈串聯(lián)使用。測量儀表和繼電器等電流線圈阻抗很小，所以正常運行時電流互感器的二次端子是接近短路狀態(tài)的。互感器的二次電流的大小由一次電流決定，二次電流產(chǎn)生的磁電動勢用來平衡一次電流的磁電動勢。若互感器的二次開路，其二次端子阻抗無窮大，二次電流等于零，其磁電動勢也等于零，就無法去平衡一次電流產(chǎn)生的磁電動勢，那么互感器一次電流將全部作用于激磁，使互感器鐵芯嚴重飽和。磁飽和使鐵損增大，電流互感器外殼發(fā)熱，線圈的絕緣層也會因過熱而被燒壞，還會在鐵芯上產(chǎn)生剩磁，增大互感器本身的誤差。由于互感器內(nèi)部鐵芯飽和，互感器內(nèi)部鐵芯交變磁通的波形由正弦波變?yōu)樘菪尾?，在磁通快速變化的瞬間，電流互感器二次端子上將會感應(yīng)出很高的電壓，最大可達到幾千伏甚至上萬伏。

以湖南省婁底市一個110kV變電站型號為LBZ-10W的電流互感器為例，其精度為0.2S，二次電流為5A；電流互感器一次額定安匝I1nN1n為1 200安匝；額定二次匝數(shù)N2n＝240匝，鐵芯有效截面積Ac＝25.5cm2，鐵芯的平均磁路長Lc＝75.4cm；鐵芯材料為冷軋鋼片，取鐵芯材料系數(shù)K＝4.13×10－2，通過式（1）計算互感器二次開路時的理論電壓（峰值）EKL（V）為：

其中：f為電源頻率，Hz；I1n為額定一次電流，A；N1n為額定一次匝數(shù)。

將相關(guān)參數(shù)代入式（1），計算得EKL＝7 130V。由于現(xiàn)場情況比較復(fù)雜，事實上該互感器的實際二次開路電壓現(xiàn)場測試為8 300V左右，比理論值要大。通過上例可以看出開路電壓是相當(dāng)高的，高電壓對互感器本身性能、相關(guān)接連設(shè)備和測試人員安全都會產(chǎn)生很大的危害。所以電磁式電流互感器嚴禁二次開路。

圖1 電流互感器的工作原理圖

3 現(xiàn)場電磁式電流互感器二次開路應(yīng)對

3.1 電流互感器發(fā)生二次開路的判斷

電力系統(tǒng)中一次運行設(shè)備的監(jiān)控和故障的排查是靠測量儀表、繼電保護及自動裝置來實現(xiàn)的。測量儀表、繼電保護和自動裝置均是通過電流互感器取得設(shè)備一次的運行參數(shù)。如出現(xiàn)以下情況可判斷互感器及其二次線路處于半開路或開路狀態(tài)：①在發(fā)電廠或變電站（所）的電力監(jiān)控室，測試回路儀表顯示為零或降低，三相電流計量表顯示不一致，功率測試儀表顯示減少，關(guān)口計量儀表時有時無；②電流互感器二次回路端子、相連接的儀器設(shè)備接線頭有放電或冒火現(xiàn)象，電流互感器本身發(fā)熱或有很明顯的異響并且振動不勻稱；③互感器二次端連接的繼電保護裝置柜開關(guān)出現(xiàn)誤動或拒動。

3.2 電磁式電流互感器開路的應(yīng)對

電流互感器的二次開路嚴重影響著人員和設(shè)備的安全。出現(xiàn)互感器開路情況，我們必須先解除與該電磁式電流互感器有關(guān)的可能引起誤動的保護裝置，同時記錄電流互感器開路時間，以便修正損耗電量，盡量減小互感器一次端負荷電流。若互感器本身已嚴重損壞，應(yīng)及時移除相接的所有負荷，二次端出現(xiàn)放電則可用一根導(dǎo)線短接開路點，方法是：先把導(dǎo)線一端與開路線圈的接地端接好，再用絕緣工具（螺絲刀柄的絕緣就可以）將導(dǎo)線另一端接到開路點的較遠的固定連接點。這時就可以比較容易地處理互感器二次開路點的問題，避免設(shè)備整體停電。

4 結(jié)論

通過對電磁式電流互感器二次開路的暫態(tài)分析，明確指出電流互感器二次開路電壓是相當(dāng)高的，它不僅危害著人和計量設(shè)備的安全，而且影響著電力系統(tǒng)的關(guān)口計量。雖然電流互感器二次開路已經(jīng)引起大家的高度重視，但仍無法避免，因此，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際狀況處理互感器二次開路問題。

［1］趙修民.電流互感器［M］.太原：山西科學(xué)教育出版社，1990.

［2］何永華.發(fā)電廠及變電站的二次回路［M］.第2版.北京：中國電力出版社，2004.

［3］王廣延，呂繼紹.電力系統(tǒng)繼電保護原理與運行分析［M］.北京：中國電力出版社，1998.

［4］靳建峰，翁利民，王毅.CT開路保護裝置技術(shù)性能校驗的研究［J］.繼電器，2007（23）：62-65.