電流互感器原理及接線形式分析-電器電子論文

關鍵詞：電流互感器、原理、接線

The principle of Current Transformer and the analysis of connection form 

Abstract: According to misoperation of protection caused by the current transformer’s two circuit wiring error of the power system . The principle of current transformer is introduced, the method and protection circuit of pearl and the common wiring form is alse introduced.

Key words: current transformer, the principle, the wiring

電流互感器（Current Transformer ，簡稱CT）是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)間的聯(lián)絡元件．用以分別向測量儀表、繼電器的電流線圈供電，正確反應電氣設備的正常運行和故障情況。電流互感器二次接線的正確與否對保護的正確動作起著至關重要的作用。歸納起來，電流互感器的作用為：（1）將一次回路的大電流變?yōu)槎位芈窐藴实男‰娏?5A或1A)，使測量儀表和保護裝置標準化、小型化。（2）使二次設備與高壓部分隔離，且電流互感器的二次側均接地，從而保證了設備和人身的安全。電流互感器的一次繞組串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)很少，并且電流互感器的二次繞組所接回路阻抗很小，所以正常情況下，電流互感器近似工作在短路狀態(tài)下。電流互感器一、二次額定電流之比稱為變比K，

                         （1）

式子中，Nl，N2為一、二次繞組的匝數(shù)。[1][2]

1．電流互感器的原理及標注方法

電磁式電流互感器由于存在勵磁電流和內阻抗，使一、二次電流間存在幅值和相位差。為了測量儀表和繼電保護裝置的正確工作，必須在鐵芯內部正確繞線圈，并對引出端子做出

正確的極性標記，以防接線錯誤。假設有一只電流表可以直接串聯(lián)在線路中，用以檢測線路的電流方向，如圖1所示?，F(xiàn)在電流方向為母線向線路輸送電流，那么在線路上串接CT，二次側反應的電流也應是電流表正偏，表示母線向外輸送電流。

圖1 電流互感器接線圖

我們通常會采用同方向繞組的CT，如圖2所示的同向繞組的電流互感器接線圖。

圖2 同向繞組的電流互感器接線圖

根據(jù)愣次定律，當一次電流從流進時，它產生的磁通流經二次繞組時方向是從下至上，二次繞組感應電流的磁通將阻礙磁通的增加，那么方向將向下，用右手定則判斷出，是從流出。這樣的標注方法，就是通常所說的減極性原則。實踐中我們常用極性法檢測CT

端子標注正確與否，如圖3所示的電流互感器端子標注示意圖。

圖3 電流互感器端子標注示意圖

當電池正極搭接時，萬用表指針將正偏，當正極脫離時，萬用表指針將反偏。這樣就能確保、，、是同極性端子。當一次側端子流入電流時，二次電流從流出。一次繞組電流包括兩部分，其一為勵磁電流，它用來建立鐵芯中必需的主磁通，這是CT傳遞能量的媒介，另一為負載分量，他用來產生磁勢，以抵償二次繞組的去磁作用，此時鐵芯中的合成磁勢應為一次繞組與二次繞組磁通勢的相量差，即

如果忽略勵磁電流，則                          （2）

故，，表明，同相位，這與圖1也是相同的，說明這樣的標注可以正確反應一次側電流的方向，一次電流的數(shù)值將由變比來歸算。[3][4]

2 電流互感器的接線

根據(jù)繼電保護和自動裝置的不同要求，電流互感器二次繞組通常有以下幾種接線方式：

完全星形接線、不完全星形接線、三角形接線、三相并接以獲得零序電流接線、兩相差接線、一相用兩只電流互感器并聯(lián)的接線、一相用兩只電流互感器串聯(lián)的接線，后三種接線方式較少用到。

2.1 不完全星形接線

不完全星形接線如圖4所示，這種接線方式不能反應無電流互感器那一相（通常取B相）的單相接地短路。

圖4 電流互感器的不完全星形接線圖

在小接地電流電網中，單相接地時，流過接地點的僅為零序電容電流，相間電壓仍然是對稱的，按照規(guī)程可以繼續(xù)運行一段時間，在這種電網中通常采用不完全星形接線，而大電流接地電網為反應所有單相接地短路，通常采用完全星形接線。

2.2 錯誤接線1

某變電所l0kV線路實測二次回路電流時曾發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常情況，當時一次電流108. 8A，CT變比，在保護盤處用鉗形電流表測得電流A411(2.61A)，C411(1.28A)，N411(2.28A) ，，工作人員百思不得其解。經申請停電檢查后，發(fā)現(xiàn)CT回路接線錯誤，分析情況簡要說明如下，正確接線應如圖5（a）所示，當時采用l0KV手車式開關，B相CT引線在開關柜端子排處與N411短接。在正確接線且負荷對稱情況下，A411，C411，N411測得的電流大小應相等，相量圖如圖6（a）。            

（a）                      （b）

圖5電流互感器接線示意圖

（a）                   （b）

圖6 相量圖

錯誤接線情況下，電流走向如圖5（b），因為二次電流只能流經自己的回路，所以從端流出后只能從N411經LJa流向B相CT的 K2端，同理也只能從Kl端流出后LJC ，LJa返回C相K2端。統(tǒng)一規(guī)定從Kl端流出為正方向，則A411中電流為，C411中電流不變，N411中電流為。相量圖如圖7（b），則，與實測電流之比相近，與分析完全相符。假設該條線路投運后負載較輕，A411電流21A仍沒能達到整定值，保護不會發(fā)生誤動。[5][6]

2.3 三角形接線

三角形接線一般用在變壓器差動保護中，當然現(xiàn)在由于微機保護的普及，變壓器差動保護開入電流也都是完全星形接線，由微機程序進行角度、數(shù)值變換，了解Y/△接線變壓器的差動保護接線有助于理解程序的變換方法。

（1）變壓器差動保護三角形接線分析

變壓器差動保護采樣電流一般取套管CT的電流，套管CT同樣存在極性問題，假設變壓器套管CT安裝示意圖如圖7所示。

圖7 變壓器套管CT安裝示意圖

變壓器縱差保護單相原理接線如下圖8（a）所示。同樣是將變壓器兩側（高、低壓）的CT二次側，靠近變壓器內側的兩端連在一起。變壓器外側的兩端連在一起，然后，將差動繼電器并聯(lián)到兩電流互感器上。當然如果低壓側套管CTL2朝向母線側。則變壓器差動保護接線將如圖8（b）所示，內側和內側的端子相連，外側和外側的端子相連。

（a）                         （b）

圖8 變壓器差動保護接線圖

再假設變壓器高壓側有強電源，低壓側有弱電源。當變壓器低壓側區(qū)外故障時，故障電流從高壓側流向低壓側，如圖9（a）所示變壓器保護接線圖。

（a）                  （b）

圖9 變壓器保護接線圖

假設已經過相位和數(shù)值補償，二次電流分別從CT1的Kl流出流向繼電器，從CT2的Kl流進，從K2流出流向繼電器，，從流向圖可以看出兩個電流流經繼電器時方向相反，相互抵消。    

當變壓器內部故障時，故障電流分別從從高壓側、低壓側流向變壓器，如圖9（b）所示電流流向，二次電流分別是，從CT1的Kl流出流向繼電器，從CT2的Kl流出流向繼電器，同時從Kl流出，兩個電流方向相同，。從原理理解了變壓器差動保護的接線，就要考慮對變壓器兩側電流進行相位補償和數(shù)值補償。只有經過補償后，才能保證正常運行和外部短路時繼電器的電流等于零。[7]

（2）變壓器差動保護的相位補償和數(shù)值補償

圖10所示為Y，dll接線的變壓器及其兩側電流互感器的變壓器差動保護接線圖，正常運行下，電流從高壓側流向低壓側，如圖中的的方向。這種變壓器，三角形側的線電流超前星形側線電流308。如果不進行補償，則在正常運行時，就會出現(xiàn)不平衡電流。相位補償?shù)姆椒ㄊ菍⒆儔浩餍切蝹鹊碾娏骰ジ衅靼慈切谓泳€，三角形側的電流互感器按星形接線。請注意變壓器和CT三角形接線的區(qū)別，變壓器三角形接線方式為a頭接b尾，依次連接，這樣形成11點鐘接線；CT三角形接線為a頭接c尾，依次連接，這樣形成1點鐘接線。

圖10 變壓器差動保護接線圖

圖11 電流相量圖

圖11所示為電流相量圖。分別為變壓器星形側、三角形側相電流，其假定正方向如圖11所示。分別與相應的同相位。低壓側線電流，，，它們分別超前相應相電流30。，這說明，變壓器兩側線電流間相位差30。，在構成差動回路時應將這30。補償過寒。為此，把變壓器星形側電流互感器按三角形1點鐘接線。從A相K2流進，Kl流出，從B相Kl流出，再經A相K2點，經A、B相CJ返回B相K2，由規(guī)定的正方向可以得出，同理，，它們分別超前相電流30。。因為變壓器高、低壓兩側線電流（）在數(shù)值上一般是不相等的，它們之間相差一變比K，為使上、下兩差動臂中的電流相等。兩側電流互感器變比按以下兩式計算。

變壓器三角形側電流互感器變比             （3）

變壓器星形側電流互感器變比            （4）

式（3）、（4）中，為變壓器三角形側額定線電流；為變壓器星形側額定線電流。

在式（3）中，若不按大倍來選取變比，則上面差動臂中的電流將比下面差動臂中電流大倍。這是由于變壓器星形側的電流互感器按三角形接線的結果。因此，在糾正30。相位差的同時把數(shù)值也提高了倍。當按式（3）、（4）計算出電流互感器變比后，還得按計算變比選取與其接近的、較大的標準變比互感器。這樣-由于電流互感器變比標準化后，在兩差動臂中仍然存在差電流，就需要在差動繼電器中用平衡線圈予以考慮。[8][9]

（3）錯誤接線2

某廠的高壓廠用變的接線為YO/Y，高壓側為電源側，繞組中性點直接接地；低壓側為負荷側，無電源且為不接地系統(tǒng)，變壓器差動保護用的高、低壓CT二次繞組均為星形接線。運行過程中多次發(fā)生誤動。變壓器高壓側發(fā)生區(qū)外單相接地故障時，變壓器差動保護會動作。認真分析一下。可以得出以下結論：

盡管變壓器低壓側無電源。但當變壓器的高壓側發(fā)生區(qū)外接地故障時一由于變壓器高壓側的中性點直接接地，因此，變壓器依然向故障點提供含有零序分量的故障電流，該故障電流的大小與變壓器及整個系統(tǒng)中諸元件的正、負、零序電抗的大小及分布狀況有關。[10]

變壓器高壓側的故障電流中含有正、負、零序分量，其中正、負序電流由于可以通過負荷形成回路而傳變至變壓器的低壓側：零序電流則由于變壓器低壓側為不接地系統(tǒng)，無零序通路，所以零序電流僅存在于高壓側。當用于變壓器差動保護的CT二次側均采用星形接線，且不考慮如何消除高壓側零序電流的影響時，高壓側故障電流中的零序電流將全部成為差動保護繼電器中的不平衡電流．當這種不平衡電流足夠大時，便會導致保護裝置的誤動。

為了避免YO/Y變壓器差動保護在電源側（中性點直接接地側）發(fā)生接地故障時的誤動作，應設法消除中性點直接接地側零序電流分量的影響。一般需將此類變壓器差動保護用的CT二次側均接為三角形接線，使高壓側的零序電流僅在CT二次繞組內環(huán)流，不流入差動繼電器，而微機型的變壓器保護可以在程序設計時予以考慮。

目前繼電保護雖然已步人微機化時代。保護校驗工作量大大減少。但對保護二次回路的問題尤其不得忽視。從以上2例錯誤接線就可看出，CT二次回路的小問題就能引起保護誤動、拒動。對二次回路的檢查要從原理上吃透，不能流于形式。CT二次回路有過改動后要以帶負荷試驗正確為準，切不可偷懶不做，以免留下后患。

參考文獻：　

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[6]國家電力調度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護典型故障分析[M].北京:中國電力出版社,2001.

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[9]張峰.電力系統(tǒng)安全自動控制與繼電保護[J].科技資訊,2011( 29). 

[10]許守東,尹國品.電力系統(tǒng)繼電保護TV斷線分析[J].云南電力技術,2010( 1).