淺談電流互感器飽和點(diǎn)之變壓器保護(hù)和電流保護(hù)

要研究電流互感器的工作特性，確認(rèn)其在保護(hù)外部故障通過(guò)大電流時(shí)是否會(huì)飽和而影響保護(hù)動(dòng)作的正確性，可通過(guò)一些試驗(yàn)方法進(jìn)行檢測(cè)。顯然，最直接的試驗(yàn)方法就是二次側(cè)帶實(shí)際負(fù)載，從一次側(cè)通入電流，觀察二次電流找出電流互感器的飽和點(diǎn)。但是，對(duì)于保護(hù)級(jí)的電流互感器，其飽和點(diǎn)可能超過(guò)15～20倍額定電流，當(dāng)電流互感器變比較大時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)會(huì)有困難。

除此之外，還可通過(guò)伏安特性試驗(yàn)測(cè)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)反映出來(lái)。因此由伏安特性曲線上的飽和電壓值，可以計(jì)算出電流互感器的飽和電流。伏安特性的試驗(yàn)方法為：原方開(kāi)路，從副方通入電流，測(cè)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(yàn)并不需要加很大的電流，在現(xiàn)場(chǎng)較容易實(shí)現(xiàn)。

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(fù)載阻抗和勵(lì)磁電流較小，而勵(lì)磁阻抗的數(shù)值較大，一次繞組、二次繞組的磁勢(shì)處于平衡。但是，若互感器中鐵芯的磁通密度增大并達(dá)到飽和時(shí)，會(huì)引起Zm隨著飽和度的增加而迅速降低，不同勵(lì)磁電流間的線性比例關(guān)系會(huì)被打破。而引起電流互感器達(dá)到飽和的因素主要包括：電流過(guò)大;負(fù)載過(guò)大。當(dāng)連接電流互感器的負(fù)載過(guò)大時(shí)，引起二次電壓的增大，導(dǎo)致鐵芯的磁通密度上升，達(dá)到飽和。

電流互感器達(dá)到飽和時(shí)的特點(diǎn)有：二次電流減小，電流波形出現(xiàn)高次諧波分量較大的畸變;內(nèi)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(dá)到飽和。一般情況下，嚴(yán)禁電流互感器的二次發(fā)生開(kāi)路現(xiàn)象。因?yàn)樵陔娏骰ジ衅鬟\(yùn)行過(guò)程中，一旦發(fā)生二次開(kāi)路，就會(huì)使一次電流轉(zhuǎn)換成為勵(lì)磁電流，引起鐵芯的磁通密度增加，導(dǎo)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(duì)一次和二次繞組絕緣設(shè)施破壞較大，容易造成人身安全威脅。

1、變壓器保護(hù)影響及對(duì)策

一般變壓器的容量較小、可靠性高，大多安裝在10kV、35kV的母線上，高壓短路電流與系統(tǒng)的短路電流相同，而低壓一側(cè)的短路電流相對(duì)較大。若對(duì)變壓器的保護(hù)力度不到位，就會(huì)嚴(yán)重影響對(duì)變壓器或者整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。傳統(tǒng)變壓器都有熔斷器保護(hù)裝置，有安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。但是，隨著系統(tǒng)自動(dòng)化要求的提高、短路容量的增加，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足需求。對(duì)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(tǒng)的保護(hù)裝置也與10kV的線路相似，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(jì)量準(zhǔn)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(dǎo)致變壓器的保護(hù)拒動(dòng)。若變壓器中高壓側(cè)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(hù)動(dòng)作。若低壓側(cè)發(fā)生故障，產(chǎn)生的短路電流無(wú)法達(dá)到后備保護(hù)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(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。

解決變壓器的保護(hù)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(qū)別，例如計(jì)量用的互感器要設(shè)在變壓器的低壓側(cè)，用以確保計(jì)量精度要求;而保護(hù)用的互感器一般設(shè)在變壓器的高壓一側(cè)，用以確保變壓器保護(hù)工作。

2、電流保護(hù)影響及對(duì)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(hù)拒動(dòng)。當(dāng)遠(yuǎn)離電源或阻抗系數(shù)較大時(shí)，線路出口的短路電流會(huì)較小。但如果擴(kuò)大系統(tǒng)的規(guī)模，短路電流就會(huì)隨之增大，甚至達(dá)到互感器一次電流的上百倍，從而引起系統(tǒng)中本來(lái)能正常運(yùn)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的線路中發(fā)生短路故障，電流互感器的飽和會(huì)使二次側(cè)的電流減小，導(dǎo)致保護(hù)裝置拒動(dòng)。母線及主變低壓側(cè)的開(kāi)關(guān)切除，會(huì)導(dǎo)致故障的范圍增大、時(shí)間延長(zhǎng)，對(duì)供電的可靠性造成影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)威脅到設(shè)備的安全運(yùn)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(dǎo)致一次電流轉(zhuǎn)變?yōu)閯?lì)磁電流。同時(shí)，二次電流為零，通過(guò)繼電器電流也為零，設(shè)備內(nèi)保護(hù)裝置發(fā)生拒動(dòng)。針對(duì)以上問(wèn)題，應(yīng)該盡量降低互感器的負(fù)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(zhǎng)度;電流互感器的變比不能太小，要注意線路短路引起的飽和問(wèn)題。