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电流互感器伏安特性试验及其应用研究论文
摘要：本文介绍了通过电流互感器伏安特性试验确定其饱和特性的方法，并用试验验证了这种方法的可行性。最后提出了关于避免差动保护因电流互感器饱和而误动的措施。
关键词：电流互感器;伏安特性;试验技术;饱和特性
一、前言
电流互感器是一种电流变换装置。它将高压和低压大电流变成电压较低的小电流供给仪表和继电保护装置并将仪表和保护装置与高压电路隔开。本文介绍了通过电流互感器伏安特性试验确定其饱和特性的方法，并用试验验证了这种方法的可行性。最后，提出了关于避免差动保护因电流互感器饱和而误动的措施。
二、电流互感器伏安特性试验方法
(一)产品结构特点
该型电流互感器为油浸、全密封式结构，由底座、瓷套、器身、储油柜及膨胀器等部分构成。器身浸在变压器油中，由一次绕组和二次绕组呈”8”字型铰链而成。器身上部为一次绕组，下部为二次绕组，器身与瓷套均装在底座上，瓷套内充满变压器油，瓷套上部装有储油柜和膨胀器，瓷套与储油柜及底座之间均以压圈及螺栓连接固定，并用耐油胶垫密封。一次绕组的导线分两段，共四个出线头，连接到储油柜经导电杆引出，通过连接片在储油柜外进行串并联换接，并可得到1：2两种电流比。该型电流互感器为减极性，当一次电流从Pl流向P2时，二次电流从Sl经外部回路流向S2或S3，二次线从底座的接线盒引出。
(二)电流互感器伏安特性测量
在该新型电流互感器的伏安特性试验过程中，对试验条件进行了如下规定：环境温度为5℃～40℃，电流互感器与环境温度应无显著差异，试验场地必须具有单独工作接地和保护接地，并设置保护栅栏，互感器与接地或邻近物体的距离，一般应大于试品高压部分与接地部分的最小空气距离的1.5倍。测量电流互感器的伏安特性主要是检查电流互感器有无层间短路，它是电流互感器交接试验不可缺少的项目。伏安特性是指电流互感器一次侧开路，二次侧励磁电流与所加电压的关系曲线，实际上就是铁芯的磁化曲线，因此也叫励磁特性。试验的主要目的是检查互感器的铁芯质量，通过鉴别磁化曲线的饱和程度，计算10%误差曲线，并用以判断互感器的二次绕组有无匝间短路。
接线比较复杂，因为一般的电流互感器电流加到额定值时，电压已达400V以上，单用调压器无法升到试验电压，所以还必须再接一个升压变(其高压侧输出电流需大于或等于电流互感器二次侧额定电流)升压和一个PT读取电压。试验前应将电流互感器二次绕组引线和接地线均拆除。
试验时，一次侧开路，从电流互感器本体二次侧施加电压，可预先选取几个电流点，逐点读取相应电压值。通入的电流或电压以不超过制造厂技术条件的规定为准。当电压稍微增加一点而电流增大很多时，说明铁芯已接近饱和，应极其缓慢地升压或停止试验。试验后，根据试验数据绘出伏安特性曲线。
(三)注意事项
电流互感器伏安特性的测量是一项具有较高操作技巧的试验，在试验中有以下几项应特别注意：1、电流互感器的伏安特性试验，只对继电保护有要求的二次绕组进行：2、测得的伏安特性曲线与过去或出厂的伏安特性曲线比较，电压不应有显著降低。若有显著降低，应检查二次绕组是否存在匝间短路。当有匝间短路时，其曲线开始部分电流较正常的略低。
因此，在进行测试时，在开始部分应多测几点;3、电流表宣采用内接法;4、为使测量准确，可先对电流互感器进行退磁，即先升至额定电流值，再降到0，然后逐点升压。
三、通过伏安特性试验确定饱和点
要研究电流互感器的工作特性，确认其在保护外部故障通过大电流时是否会饱和而影响保护动作的正确性，可通过一些试验方法进行检测。显然，最直接的试验方法就是二次侧带实际负载，从一次侧通入电流，观察二次电流找出电流互感器的饱和点。但是，对于保护级的电流互感器，其饱和点可能超过15倍～20倍额定电流，当电流互感器变比较大时，在现场进行该项试验会有困难。
除此之外，还可通过伏安特性试验测出电流互感器的饱和点。电流互感器饱和是由于铁心磁通密度过大造成的，而铁心的磁通密度又可通过电流互感器的感应电动势反映出来。伏安特性的试验方法为：一次侧开路，从二次侧通入电流，测量二次侧绕组上的电压降。由于电流互感器的一次侧开路，没有一次侧电流的去磁作用，在不大的电流作用下，铁心很容易就会饱和。因此，伏安特性试验并不需要加很大的电流，在现场较容易实现。
(一)电流互感器变比试验
以一次电流互感器的试验为例，说明通过伏安特性试验确定电流互感器饱和点的方法。试验的电流互感器的额定变比为300N5A，二次额定负载为0.2(1。用电阻约为0.2fl的导线短接电流互感器二次侧绕组，从一次侧通入电流并逐渐加大直至二次侧电流明显呈饱和状态。试验中除测量原、二次侧电流外，同时测量二次侧绕组的端口电压。试验接线如图2，其中的电压表为高内阻表;图3是根据相关试验数据所描的曲线。从试验数据可知，当一次电流达到800A时，电流互感器开始饱和，此时二次侧的端口电压为3.7V。
—次电流/A
图3电流变比曲线
(二)试验数据与特性曲线
表1伏安特性试验数据
电流JmA 电压，V 电流/mA 电压，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
电流互感器一次侧开路，从二次侧绕组通入电流，测量二次侧绕组上的电压降。试验数据见表1，图4是根据表1数据所描的曲线。从图4可知，饱和电动势约为4V。亦即该电流互感器在带约0.3fl负载时，未计电流互感器内阻，其饱和电流倍数约为4V/(0.3 T1q5A)=2.76.。此计算的饱和倍数与电流互感器变比试验的数据是吻合的，伏安特性试验饱和时的端口电压比变比试验的饱和电压略高是因为后者有电流互感器内阻分压导致的。
由上述试验可知，通过伏安特性试验找到电流互感器的饱和电势后，可计算出饱和电流，此时电流互感器二次回路上实际的负载阻抗，可近似看成是电流互感器的内阻。该内阻数据可由生产厂家提供，也可按变压器短路阻抗的试验方法测得。显然，对于同样的电流互感器参数，负载阻抗越大，其饱和电流的倍数就越小。
四、结束语
为了避免变压器差动保护的电流互感器在故障时因电流过大出现饱和而导致差动保护误动作，除了在设备选型上要确保选用容量足够的保护级电流互感器外，还可根据电流互感器的伏安特性曲线和现场实测的电流互感器二次回路负载阻抗计算出电流互感器的饱和点，以此推算出在最大可能出现的穿越电流作用下，电流互感器是否会饱和以及差动保护是否会误动作。
参考文献：
[1]赵乃九，电流互感器之原理与设计[M]，上海：电世界出版社，1990.
[2]彭时雄，交流电能(电功率)测量综合误差的测试计算及改进技术[M]，中国电力出版社，2002.
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