淺談電流互感器飽和點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(cè)帶實際負載，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。但是，對于保護級的電流互感器，其飽和點可能超過15～20倍額定電流，當(dāng)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。如前所述，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(yīng)電動勢反映出來。因此由伏安特性曲線上的飽和電壓值，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路，沒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)。

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)。這時負載阻抗和勵磁電流較小，而勵磁阻抗的數(shù)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，會引起Zm隨著飽和度的增加而迅速降低，不同勵磁電流間的線性比例關(guān)系會被打破。而引起電流互感器達到飽和的因素主要包括：電流過大;負載過大。當(dāng)連接電流互感器的負載過大時，引起二次電壓的增大，導(dǎo)致鐵芯的磁通密度上升，達到飽和。

電流互感器達到飽和時的特點有：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，電流的波形在零點附近時，電流互感器會引起線性關(guān)系傳遞;在故障的瞬間，互感器會在滯后5秒左右才開始達到飽和。一般情況下，嚴禁電流互感器的二次發(fā)生開路現(xiàn)象。因為在電流互感器運行過程中，一旦發(fā)生二次開路，就會使一次電流轉(zhuǎn)換成為勵磁電流，引起鐵芯的磁通密度增加，導(dǎo)致電流互感器的快速飽和。飽和磁通會產(chǎn)生較高電壓，對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)的短路電流相對較大。若對變壓器的保護力度不到位，就會嚴重影響對變壓器或者整個系統(tǒng)的安全運行。傳統(tǒng)變壓器都有熔斷器保護裝置，有安全可靠的優(yōu)點。但是，隨著系統(tǒng)自動化要求的提高、短路容量的增加，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)無法滿足需求。對于一些新建、改造的變電站，往往配置有變壓器開關(guān)柜，系統(tǒng)的保護裝置也與10kV的線路相似，但缺點是經(jīng)常忽視電流互感器的飽和問題。同時，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(zhǔn)確性，會使電流互感器的變比減小。一旦變壓器發(fā)生故障，會引起電流互感器的飽和，二次電流速度降低，導(dǎo)致變壓器的保護拒動。若變壓器中高壓側(cè)發(fā)生故障，所產(chǎn)生的短路電流會自動切除后備保護動作。若低壓側(cè)發(fā)生故障，產(chǎn)生的短路電流無法達到后備保護啟動值，就會使故障無法切除，甚至引起變壓器的燒毀，對系統(tǒng)的安全運行造成嚴重影響。

解決變壓器的保護拒動，需要從變壓器的合理配置入手，在選擇電流互感器時要顧及變壓器發(fā)生故障引起的飽和問題。不同功能的電流互感器要互相區(qū)別，例如計量用的互感器要設(shè)在變壓器的低壓側(cè)，用以確保計量精度要求;而保護用的互感器一般設(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，會引起二次等效電流的減小，引發(fā)保護拒動。當(dāng)遠離電源或阻抗系數(shù)較大時，線路出口的短路電流會較小。但如果擴大系統(tǒng)的規(guī)模，短路電流就會隨之增大，甚至達到互感器一次電流的上百倍，從而引起系統(tǒng)中本來能正常運行的互感器發(fā)生飽和。同時，短路電流故障屬于暫態(tài)過程，電流中有大量的不同期分量，會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使二次側(cè)的電流減小，導(dǎo)致保護裝置拒動。母線及主變低壓側(cè)的開關(guān)切除，會導(dǎo)致故障的范圍增大、時間延長，對供電的可靠性造成影響，嚴重時會威脅到設(shè)備的安全運行。

通過上文分析得知，電流互感器發(fā)生飽和時，會導(dǎo)致一次電流轉(zhuǎn)變?yōu)閯畲烹娏?。同時，二次電流為零，通過繼電器電流也為零，設(shè)備內(nèi)保護裝置發(fā)生拒動。針對以上問題，應(yīng)該盡量降低互感器的負載阻抗，避免電流互感器的共用，同時加大電纜截面面積以及電纜長度;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題。