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中图分类号：TM452 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）11-0087-02
1、电流互感器等值电路
图中I’1为折算到二次侧的一次电流，R’1、X’1为折算到二次侧的一次电阻和漏抗；R2、X2为二次电阻和漏抗；I0为电流互感器的励磁电流。在理想的电流互感器中I0的值为零，I’1=I2。但实际上Z2为Z0相比不能忽略，所以，=-；由电流互感器的向量图中可看出，电流互感器的误差主要是由于励磁电流I0的存在，它使二次电流与换算到二次侧后的一次电流I’1不但在数值上不相等，而且相位也不相同，这就造成了电流互感器的误差。电流互感器的比误差f=；角误差为I’1与I2间的夹角（如图1、2）。
2、电流互感器的10%误差及10%误差曲线
设Ki为电流互感器的变比，其一次侧电流与二次电流有I2=I1/Ki的关系，在Ki为常数（电源互感器I2不饱和）时，就是一条直线，如图3所示。当电流互感器铁芯开始饱和后，与I1/Ki就不再保持线性关系，而是如图中的曲线2所示，呈铁芯的磁化曲线状。继电保护要求电流互感器的一次电流I1等于最大短路电流时，其变比误差小于或等于10%。因此，我们可以在图中找到一个电流值I1.b，自I1.b作垂线与曲线1、2分别相交于B、A两点，且BA=0.1I’1（为折算到二次的I1值）。如果电流互感器的一次I1电流小于I1.b，其变比误差就不会大于10%；如果电流互感器的一次I1电流大于I1.b，其变比误差就大于10%。
3、10%误差曲线的绘制方法
测定电流互感器10%误差曲线的方法是二次侧通电流法，此项方法由电流互感器二次侧通入电流，所需电源及设备容量较小，其结果与一次电流法所得相同，现场测量很易实现。下面就介绍用二次侧通电流法，绘制电流互感器10%误差曲线的方法。
3.1 用伏安特性法测试电流互感器的U=f（I0）曲线
采用低内阻电流法或采用高内阻电压法均可。试验时要注意，电流互感器一次侧开路，断开二次侧所有负荷后加电压，由零逐渐上升，中途不得降低后再升高以免因磁滞回线使伏安特性曲线不平滑，影响到计算的准确性。一般做到5A，有特殊需要时做到饱和为止。
3.2 根据U=f（I0）曲线，求出励磁电压、励磁阻抗、电流倍数与允许负荷的关系，绘出10%误差曲线
根据电工理论，当电流互感器一次线圈开路，在二次线圈加电压时，流经二次线圈的电流即为电流互感器的的励磁电流。对于同一台电流互感器的不同二次绕组，在同样的励磁电流下，其铁芯的的饱和程度不相同，反映到磁通的变化率dΦ/dt上也不相同，在绕组中产生的感应电势E0=W（dΦ/dt）就不相同（这里E0又约等于二次线圈上的电压值U2）。饱和程度深的，其dΦ/dt小，E0也小；饱和程度浅的，dΦ/dt大，E0也大。根据等值电路图3得：
E0=U2-I0Z2
当电流互感器的变比误差为10%时，励磁电流应I0为一次侧电流变换到二次侧电流I’1的10%。即I’1为100%时，I0为10%，I2为90%。所以一次电流变换到二次侧时为励磁电流的10倍，二次侧电流为励磁电流的9倍，即图1所示：
I0=10%I’1，I0+I2=I’1，I2=90%I’1
I0（Ki为电流互感器变比）
I1=10KiI0
I2=9I0
当电流互感器二次侧额定电流I2N为5A时：
KALF（m10）==2I0
而二次側阻抗：Z2+Zfh=E0/I2=E0/（9I0）
因此，Zfh=E0/（9I0）-Z2
这样，取不同的KALF就得到不同的Zfh，根据得到的数据，就可以绘出KALF（m10）与Zfh关系的10%误差曲线。
3.3 电流倍数m10的计算
为保证电流互感器变比误差不大于10%，选用的电流互感器一次侧能承受的电流对于额定电流的倍数不应小于以下各式计算值：
1）发电机纵差保护：m10=（KkIkmax）/I1N
Ikmax：外部短路时，流过电流互感器的最大电流，即等于发电机出口处三相短路时的短路电流；
I1N：电流互感器的额定一次电流；
Kk：可靠系数。考虑到差动保护中采用带速饱和变流器的继电器，保护装置对短路开始瞬间的短路电流中出现的非周期性分量是不灵敏的；而当可靠系数取为2时，需将控制电缆的截面加大很多，很不经济，所以可靠系数取1.3；
2）变压器纵差、发电机变压器组纵差保护：m10=（KkIkmax）/I1N
Ikmax：外部短路时，流过电流互感器的最大电流。对于双绕组变压器、发电机双绕组变压器组，当发电厂与大电力系统联系时，短路电流可按系统容量等于无限大条件来计算。对三绕组变压器和发电机三绕组变压器组，短路电流则按各种实际的系统容量条件来计算；Kk：可靠系数。取1.3；当采用不带速饱和变流器的继电器时取1.5。
3）母线纵差保护：m10=（KkIkmax）/I1N
Ikmax：外部短路时，流过电流互感器的最大电流。需求按电源分支线内电流实际分布来计算短路电流；
Kk：可靠系数。取1.3；当采用不带速饱和变流器的继电器时取1.5。
4）35～110kV线路星形接线的电流速断保护、3～220kV线路星形接线的过电流保护、厂用变压器的速断和过流保护（含零序过流保护）：m10=（KkIdz2）/IN
Idz2：保护装置的动作电流；
IN：电流互感器额定电流
Kk：可靠系数。考虑到电流互感器的10%误差；取1.1。
5）具有方向性的保护装置：m10=（KkIkmax）/I1N
Ikmax：当保护安装处的前方或后方引出线短路时，流过电流互感器的最大电流的周期分量；
Kk：可靠系数。当保护动作时限为0.1S时取2；0.3S时取1.5；大于是1S时取1。
6）非方向性的阻抗保护：
7）线路差动保护（纵差、横差和方向横差）：m10=（KkIkmax）/I1N
Kk：可靠系数。考虑短路电流非周期分量对电流互感器励磁的影响，当差动保护不采用速饱和变流器时取2；采用速饱和变流器时取1.3。
Ikmax：外部短路时，流过所接电流互感器的最大电流的周期分量；对于双回线横差保护，因双回线阻抗相等，在外部短路时，流过每回线的短路电流只是Ikmax的一半。
3.4 分析结果
将实测阻抗值按最严重的短路类型换算成Z；然后根据计算出的电流倍数m10，找出与m10倍数相对应的允许阻抗值Zfh，如果Z≤Zfh时为合格。
3.5 当电流互感器不满足10%误差要求时，应采取以下措施
1）改用伏安特性较高的电流互感器二次绕阻，提高代负荷的能力；
2）提高电流互感器的变比，或采用额定电流小的电流互感器；以减小电流倍数m10；
3）串联备用相同级别电流互感器二次绕组，使负荷能力增大一倍；
4）增大二次电缆截面，或采用消耗功率小的继电器；以减小二次侧负荷Zfh；
5）将电流互感器的不完全星形接线方式改为完全星形接线方式；差电流接线方式改为不完全星形接线方式；
6）改变二次负荷元件的接线方式，将部分负荷移至互感器备用绕组，以减小计算负荷。
作者简介
张纲，1976年出生，国网太原供电公司变电运维六班班长，技师。
王丽，1970年出生，国网太原供电公司变电运维六班值长，技师。
1、电流互感器等值电路
图中I’1为折算到二次侧的一次电流，R’1、X’1为折算到二次侧的一次电阻和漏抗；R2、X2为二次电阻和漏抗；I0为电流互感器的励磁电流。在理想的电流互感器中I0的值为零，I’1=I2。但实际上Z2为Z0相比不能忽略，所以，=-；由电流互感器的向量图中可看出，电流互感器的误差主要是由于励磁电流I0的存在，它使二次电流与换算到二次侧后的一次电流I’1不但在数值上不相等，而且相位也不相同，这就造成了电流互感器的误差。电流互感器的比误差f=；角误差为I’1与I2间的夹角（如图1、2）。
2、电流互感器的10%误差及10%误差曲线
设Ki为电流互感器的变比，其一次侧电流与二次电流有I2=I1/Ki的关系，在Ki为常数（电源互感器I2不饱和）时，就是一条直线，如图3所示。当电流互感器铁芯开始饱和后，与I1/Ki就不再保持线性关系，而是如图中的曲线2所示，呈铁芯的磁化曲线状。继电保护要求电流互感器的一次电流I1等于最大短路电流时，其变比误差小于或等于10%。因此，我们可以在图中找到一个电流值I1.b，自I1.b作垂线与曲线1、2分别相交于B、A两点，且BA=0.1I’1（为折算到二次的I1值）。如果电流互感器的一次I1电流小于I1.b，其变比误差就不会大于10%；如果电流互感器的一次I1电流大于I1.b，其变比误差就大于10%。
3、10%误差曲线的绘制方法
测定电流互感器10%误差曲线的方法是二次侧通电流法，此项方法由电流互感器二次侧通入电流，所需电源及设备容量较小，其结果与一次电流法所得相同，现场测量很易实现。下面就介绍用二次侧通电流法，绘制电流互感器10%误差曲线的方法。
3.1 用伏安特性法测试电流互感器的U=f（I0）曲线
采用低内阻电流法或采用高内阻电压法均可。试验时要注意，电流互感器一次侧开路，断开二次侧所有负荷后加电压，由零逐渐上升，中途不得降低后再升高以免因磁滞回线使伏安特性曲线不平滑，影响到计算的准确性。一般做到5A，有特殊需要时做到饱和为止。
3.2 根据U=f（I0）曲线，求出励磁电压、励磁阻抗、电流倍数与允许负荷的关系，绘出10%误差曲线
根据电工理论，当电流互感器一次线圈开路，在二次线圈加电压时，流经二次线圈的电流即为电流互感器的的励磁电流。对于同一台电流互感器的不同二次绕组，在同样的励磁电流下，其铁芯的的饱和程度不相同，反映到磁通的变化率dΦ/dt上也不相同，在绕组中产生的感应电势E0=W（dΦ/dt）就不相同（这里E0又约等于二次线圈上的电压值U2）。饱和程度深的，其dΦ/dt小，E0也小；饱和程度浅的，dΦ/dt大，E0也大。根据等值电路图3得：
E0=U2-I0Z2
当电流互感器的变比误差为10%时，励磁电流应I0为一次侧电流变换到二次侧电流I’1的10%。即I’1为100%时，I0为10%，I2为90%。所以一次电流变换到二次侧时为励磁电流的10倍，二次侧电流为励磁电流的9倍，即图1所示：
I0=10%I’1，I0+I2=I’1，I2=90%I’1
I0（Ki为电流互感器变比）
I1=10KiI0
I2=9I0
当电流互感器二次侧额定电流I2N为5A时：
KALF（m10）==2I0
而二次側阻抗：Z2+Zfh=E0/I2=E0/（9I0）
因此，Zfh=E0/（9I0）-Z2
这样，取不同的KALF就得到不同的Zfh，根据得到的数据，就可以绘出KALF（m10）与Zfh关系的10%误差曲线。
3.3 电流倍数m10的计算
为保证电流互感器变比误差不大于10%，选用的电流互感器一次侧能承受的电流对于额定电流的倍数不应小于以下各式计算值：
1）发电机纵差保护：m10=（KkIkmax）/I1N
Ikmax：外部短路时，流过电流互感器的最大电流，即等于发电机出口处三相短路时的短路电流；
I1N：电流互感器的额定一次电流；
Kk：可靠系数。考虑到差动保护中采用带速饱和变流器的继电器，保护装置对短路开始瞬间的短路电流中出现的非周期性分量是不灵敏的；而当可靠系数取为2时，需将控制电缆的截面加大很多，很不经济，所以可靠系数取1.3；
2）变压器纵差、发电机变压器组纵差保护：m10=（KkIkmax）/I1N
Ikmax：外部短路时，流过电流互感器的最大电流。对于双绕组变压器、发电机双绕组变压器组，当发电厂与大电力系统联系时，短路电流可按系统容量等于无限大条件来计算。对三绕组变压器和发电机三绕组变压器组，短路电流则按各种实际的系统容量条件来计算；Kk：可靠系数。取1.3；当采用不带速饱和变流器的继电器时取1.5。
3）母线纵差保护：m10=（KkIkmax）/I1N
Ikmax：外部短路时，流过电流互感器的最大电流。需求按电源分支线内电流实际分布来计算短路电流；
Kk：可靠系数。取1.3；当采用不带速饱和变流器的继电器时取1.5。
4）35～110kV线路星形接线的电流速断保护、3～220kV线路星形接线的过电流保护、厂用变压器的速断和过流保护（含零序过流保护）：m10=（KkIdz2）/IN
Idz2：保护装置的动作电流；
IN：电流互感器额定电流
Kk：可靠系数。考虑到电流互感器的10%误差；取1.1。
5）具有方向性的保护装置：m10=（KkIkmax）/I1N
Ikmax：当保护安装处的前方或后方引出线短路时，流过电流互感器的最大电流的周期分量；
Kk：可靠系数。当保护动作时限为0.1S时取2；0.3S时取1.5；大于是1S时取1。
6）非方向性的阻抗保护：
7）线路差动保护（纵差、横差和方向横差）：m10=（KkIkmax）/I1N
Kk：可靠系数。考虑短路电流非周期分量对电流互感器励磁的影响，当差动保护不采用速饱和变流器时取2；采用速饱和变流器时取1.3。
Ikmax：外部短路时，流过所接电流互感器的最大电流的周期分量；对于双回线横差保护，因双回线阻抗相等，在外部短路时，流过每回线的短路电流只是Ikmax的一半。
3.4 分析结果
将实测阻抗值按最严重的短路类型换算成Z；然后根据计算出的电流倍数m10，找出与m10倍数相对应的允许阻抗值Zfh，如果Z≤Zfh时为合格。
3.5 当电流互感器不满足10%误差要求时，应采取以下措施
1）改用伏安特性较高的电流互感器二次绕阻，提高代负荷的能力；
2）提高电流互感器的变比，或采用额定电流小的电流互感器；以减小电流倍数m10；
3）串联备用相同级别电流互感器二次绕组，使负荷能力增大一倍；
4）增大二次电缆截面，或采用消耗功率小的继电器；以减小二次侧负荷Zfh；
5）将电流互感器的不完全星形接线方式改为完全星形接线方式；差电流接线方式改为不完全星形接线方式；
6）改变二次负荷元件的接线方式，将部分负荷移至互感器备用绕组，以减小计算负荷。
作者简介
张纲，1976年出生，国网太原供电公司变电运维六班班长，技师。
王丽，1970年出生，国网太原供电公司变电运维六班值长，技师。