電流互感（gǎn）器知識簡介
   為了保證電力係統安（ān）全經濟運行,必須對電力設備的（de）運行情況進行監視和測量.但一般的測量（liàng）和保護裝置不能直接（jiē）接入一次高壓設備,而需要將（jiāng）一次係統的高電壓和大電流按比例變換成低電壓和小電（diàn）流,供給測量儀表和保護裝置使用.執行這（zhè）些變換任（rèn）務的設備,常見的（de）就是（shì）我們通常所說的互感器.大電流試（shì）驗裝置應用於發電廠、變配電站、電器製造廠（chǎng）及科研院所等部（bù）門（mén），屬於短時（shí）或斷續工作製，具有體積小、重量輕（qīng）、使用維修方便等特（tè）點（diǎn）。進行電壓轉（zhuǎn）換的是電壓互感器(voltagetransformer),而進（jìn）行電流轉換的互感器為電流互感器(currenttransformer),簡稱（chēng）為CT.本（běn）文將討論（lùn）電流（liú）互感器的（de）相（xiàng）關基本知識.
   1.電流互感器的簡單分類
   根據用途電流互感器一般可分為保護用和計量用兩種（zhǒng）。兩者的區別在於計量用互感器（qì）的精度要相對較高，另外計量用互感器也更容易（yì）飽和，以防止發生係統故障時大的短路電流造成計（jì）量表計的損壞。
   根據對暫態飽和問題的不同（tóng）處理（lǐ）方法，保護用電流互感器又可分為P類和TP類（lèi）。P（protection，保護）類電流互感器不特殊考慮暫態飽和問題，僅按通過互感器的大穩態短路電流選（xuǎn）用互感器，可以允許出現一定的穩態飽和，而對暫態飽和引起的誤差主要由保護裝（zhuāng）置本身采取措施防止可能出（chū）現的錯誤動（dòng）作行為（誤動（dòng）或（huò）拒動）。TP（transientprotection，暫態保護）類電流互感器要求在嚴重的暫態條件下不飽和，互感器誤差在規定範圍內（nèi），以（yǐ）保證保護裝置的正確動作（zuò）。
   對（duì）於其它類型的互感器，比如光互感（gǎn）器，電子式電流（liú）互感器等實際（jì）應用還很少，因此這裏不作介紹。
   2.電流互感器的（de）飽和
   前麵我們講到電流互感器的誤差主要是由勵磁電流Ie引起的。正（zhèng）常運（yùn）行時（shí）由於勵磁（cí）阻抗較大，因此Ie很小，以至於這種誤差是可以忽（hū）略（luè）的。但當CT飽和時，飽和程度越嚴重，勵磁阻（zǔ）抗越小（xiǎo），勵磁電流極大的增大，使互感器的誤差（chà）成倍（bèi）的增大，影響保護的正確動作。嚴重時會使一次電流全部變成勵磁電流，造成二次電流為零的情況。引起互感器飽和的（de）原因一般為電流過大或電流中（zhōng）含有大量的（de）非周期分量，這兩種情況都是（shì）發生在事（shì）故情況下（xià）的，這時本來要求保護正確動作快速切除故障（zhàng），但如果互感器飽和就很容易造成誤差過大引起保護的不正確動作，進（jìn）一步影響係統安全。因此對於電流互感器飽和的問題我們必須認真對待。
   互感器（qì）的飽和問（wèn）題如果進行詳細分析是非常複雜（zá）的，因此這裏僅進行（háng）定性（xìng）分析（xī）。
所謂互感（gǎn）器的飽和（hé），實際上講的（de）是互感器鐵心的（de）飽和。我們知道互感器之所以能傳變電流（liú），就是（shì）因為一次電流在鐵芯中（zhōng）產生了磁通，進而在纏繞在同一鐵芯中上的二次繞組中（zhōng）產生（shēng）電動勢U＝4.44f*N*B*S×10-8。式中f為係統頻率，HZ；N為二次繞（rào）組匝數；S為鐵芯（xīn）截麵（miàn）積，m2；B為鐵芯中的磁通密度。如果此時二次回路為通路，則將產生二次電流，完成電流在一二次繞組中的傳變。而當鐵芯中的（de）磁通密度達到飽和點（diǎn）後，B隨勵磁電（diàn）流或是磁場強度的變化趨於不（bú）明顯。也就是說在N,S,f確定的情況下，二次感應電勢將基本維持不變，因此二次電流也將基本不變，一二次電（diàn）流按比例（lì）傳變的特性改變了。我們知道互感器的飽和（hé）的實質是鐵芯中的磁通密度B過大，超（chāo）過了飽和點（diǎn）造成的。而鐵芯中磁通的多少決定於建立該磁通的電（diàn）流的大小，也就（jiù）是勵磁電流Ie的大小。當Ie過大引起磁通密度過大，將使鐵芯趨於飽和。而此時互感器的勵磁阻抗（kàng）會顯著下降，從而造成勵磁電流的再增大，於是又進一步加劇了磁通的增加（jiā）和鐵芯的飽和，這其實是一個惡性循環的過程。
   暫態飽和，是（shì）指發生在故障暫（zàn）態過程中，由暫態（tài）分量引起的互感器飽和。我們知道，任何故障發生時（shí），電氣（qì）量都不是突變的。故障量的出（chū）現必然會伴隨著（zhe）或多或少的非周期分量。而非周期分（fèn）量（liàng），特別（bié）是故障電流中的直流分量是不能在互感器一（yī）二次間傳變的。這些電流量將全部作為（wéi）勵磁電流出現。因此當事故發生（shēng）時伴有較大的暫態分量時，也（yě）會造成勵磁電流的增大，從而造成互感器飽和。
   3.電（diàn）流互感器的誤（wù）差分析和計（jì）算（suàn）
   當我們（men）知道電流互感器的誤差主要是由於（yú）勵磁電流Ie引起的之後，就有必要根據實際（jì）運行情況來檢驗所使用的電流互感器的誤差是否符合要求。互感器的誤差包括角度誤差和幅值誤差。就繼電保（bǎo）護專業而言（yán），角度誤差的測量過於繁複且實際情（qíng）況（kuàng）下誤差（chà）也極少出現超標的情況，我們（men）更關注的是幅值的誤差。我們一般要（yào）求一次電流Ip等於保護安裝處可能的（de）大短路電流時，幅值誤差小於等於10％，這（zhè）也就說（shuō）我們平時所說的10％誤差分析中的要求。
   根據一般的電路原理我們（men）可知，在圖一中，為滿足10％誤差的要（yào）求（Ie小於等（děng）於10％的Ip/Kn），則必須保證勵磁阻抗Ze大（dà）於（yú）等於9倍的二次回（huí）路總負載阻抗（Xct＋Rct＋Zb）。因此為了進（jìn）行10％誤差分析，我們必須知道保護安裝處的大短（duǎn）路電流、對應於（yú）該電流的互感器勵（lì）磁阻抗值和電流互感器的二次回路總（zǒng）負載阻抗。下麵我們分別進行討論。3.1.勵（lì）磁阻抗的測量
   4.互（hù）感器實際二次負擔的測量
   互感器的實際二次負擔就是每隻互感器實際承載的交流（liú）阻抗。可用下式表示：
   電流互感（gǎn）器實際負擔＝單相互（hù）感器繞組兩端電壓/測試電流互感器繞組內流（liú）過的電流
測試應該在電流互感（gǎn）器輸（shū）出端測量（實際（jì）工作中多在端子箱出進行，這樣會產生誤差，沒有計及端子箱到互感器輸出端子出（chū）電纜）。應（yīng）當注（zhù）意（yì），當作（zuò）差動保護回路阻抗測試時應將差動線圈短接。這是因為，我們上麵說過差動保護的整定一般均以躲過外部故障產生的不（bú）平衡電流，而此時理論上是不產生差動（dòng）電流的，也（yě）就是說差動回（huí）路（lù）中不（bú）流過差動電流，因此差動回路的阻抗也（yě）可以忽略。
   5.分析（xī）結論
   我們計算出了勵磁阻（zǔ）抗，那麽（me）更加10％誤差的要（yào）求，就可以求出滿足誤差（chà）要求的大的二次允許負載。在3.4中我們又測得了互（hù）感（gǎn）器的二（èr）次實際負載。如果實測負載大於（yú）允許大的二次負載，則互感器誤差不符合要求。反之則符（fú）合誤差要求。
如果10％誤差不符合要求一般的做法（fǎ）有：
   增大二次電纜界麵積（jī）（減少二次阻抗）
   串接同（tóng）型（xíng）同變比（bǐ）電流互感器（減少互感器（qì）勵磁電流）
   改（gǎi）用伏安特性較高的繞組（勵磁（cí）阻抗增大）
   提高電流互感器變比（增大勵磁阻（zǔ）抗）
   在這裏（lǐ）有一點必須明確（què），上麵進行的所有計算均（jun1）為穩態量的計（jì）算。即使（shǐ）計算結果完全符合誤差要求，當故障（zhàng）量（liàng）中暫態量很大（dà）時（shí），仍然會產生很大的誤（wù）差。也就是說（shuō）對於暫態飽和和暫態誤差，上麵的計算是無意義（yì）的。因為對於暫態分（fèn）量的形（xíng）式和大（dà）小我（wǒ）們無法把握和預（yù）知。對於由於暫態（tài）分量造（zào）成的誤差，一般要采用暫態特性的互感（gǎn）器以（yǐ）及在（zài）保護中（zhōng）采取相應的措施以避（bì）免對保護動作行為的影響。
   後還有一點需要（yào）說明（míng），現在我們經常會遇到伏安特性很高的互感器（qì）。我們（men）在進行伏安特性試驗時，現有的儀器（qì）根本不能（néng）將勵（lì）磁（cí）電流升到足夠高的水平（píng）。下麵是一組實際測得的某互感器的伏安特性（xìng）數據：
   I(A)0.0150.020.0250.040.08
   U(V)7007808209701230
   從（cóng）上（shàng）表中我們可以看到，勵磁電流還不到（dào）0.1A，電（diàn）壓就已經（jīng）超過1000V。即使互感器二（èr）次額定電（diàn）流為1A，那麽我（wǒ）們（men）考慮到短（duǎn）路電流倍數，將勵磁電流升到一個足夠的值顯然是（shì）不可能的。這裏（lǐ）不可能有兩個，一是現（xiàn）有的常用試驗儀（yí）器的容量不夠；二（èr）是考慮到二次回路的耐壓水平也就是2000KV而已，真的通過其它方式將電壓升高，不僅可能造成二次設備的損壞，而（ér）且也並不符合實際運行情況（kuàng）。對於這種情況，我們其實並不需要知道某個（gè）我們應（yīng）該計算的勵磁電流對應的電壓。這是因為在勵磁特性曲線中，即使互感器（qì）已經飽和，隨著勵磁電流的增加，勵磁電壓也是在增加（jiā）的（隻不過（guò）趨於平緩而（ér）已），至（zhì）少是不會下降（jiàng）的。因此，以上（shàng）表為例，我們大可以通過短路電流倍數的（de）計算確定勵磁電流值，然後用1230V，甚至是700V作為電壓值進行計算。這顯然是比常規的算法對互感（gǎn）器的要求更加苛刻了，因此不會造成錯誤的計算。而計算結果中，我們會（huì）發現，即（jí）使是采用這種更加苛（kē）刻的算法，這種高伏（fú）安特（tè）性（xìng）的互感器允許的實際二（èr）次負載（zǎi）往往仍遠遠小於實際負載。
   6.其它相關知識
   6.1.繼電保護應采用保護級繞組。故障錄波一般應單獨（dú）采用保護級繞組以防止故障電流大時出現錄波失真。條件不允許（xǔ）時可和保護共用一個繞（rào）組，但要布置在保護裝置後（hòu）麵。表計應采用測（cè）量計繞組，一是保證精度，而是在故障時互感器容易飽和以保護（hù）表計不（bú）損壞。
   6.2.電（diàn）流互感器的布置要把握兩個原則，一是要防止出現保護死區，二是要躲過互感（gǎn）器易發生故障的部分。為防止死（sǐ）區，一般（bān）要求各種保護的保護範圍之間要有交叉，同時要求電（diàn）流互感器的一次（cì）測極性端必須安裝咱母（mǔ）線側。這是因為互感器二次繞組的排列是以互感器一次極性端為參考的，如果一次極性端放（fàng）置錯誤（wù），那麽（me）盡管在二次繞組的分配上考慮到了交叉問題，仍然會出現保護範圍的死區。另外，由於互感器底部（bù）易發生故障（zhàng），而母線保護動作停（tíng）電範圍太（tài）大（dà），因（yīn）此一般要（yào）注意母線保（bǎo）護要盡量躲開互感器底部。
   6.3.電流互感器的選擇一般有如下原則需要遵循:
   應（yīng）滿足（zú）一次回路的額定電壓、大負荷電流及短路（lù）時的動、熱穩定（dìng）電流的要（yào）求；
   應滿足二次回路測量、自動裝置的準確度要求和保護裝置10％誤差的要求；
   應滿足保護裝置對暫態特性要求（qiú）（如500KV保護（hù））；
   用於變壓器差（chà）動（dòng）時（shí），各側電流互感器的鐵芯宜采用（yòng）相同的鐵芯型式。各互感器的（de）特性宜相同。以防（fáng）止區外故障時，各互感器特性（xìng）不一致（zhì）產生差（chà）流，造成（chéng）誤動。
   7.電流互感器類型選擇
   為保證保（bǎo）護（hù）裝置的正確動作，所（suǒ）選擇的互感器至少要保證在穩態對稱（chēng）短（duǎn）路電流的下的誤差不超過規定值。至於故障電流中的（de）非周期分（fèn）量和互感器剩磁等問題（tí）帶（dài）來的暫態影響，則隻能根據互（hù）感器所在係統暫態問題的嚴重程度、保護裝置的特性、暫態飽（bǎo）和可能引起的後果和運行（háng）情況進行綜合考慮定性分（fèn）析，至於精（jīng）確的暫態特性計算由（yóu）於（yú）過於複雜（zá）且現場工作情況很難進行，因此（cǐ）不（bú）進行討論。
   7.1.330－500KV係統保護、高壓側為330－500KV的變壓器保護（hù）用的電流互感器，由於係統一次（cì）時間（jiān）常熟較大，互感器暫態飽和較嚴重，由此可能導致保護錯誤（wù）動作的後果。因此互感器（qì）應保證實際短路工作循環中不致暫態飽和，即暫態誤差不超過規定（dìng）值。一般選用TP類互感器，尤其是線路保護考慮到重合閘（zhá）的問題，要考慮雙工作循環的問題，因此推薦使用TPY型。
   7.2.220KV係統保護、高壓側為220KV的變壓（yā）器保護互感器其（qí）暫態飽和問（wèn）題及其影響較輕，可按穩態短路條件計（jì）算互感器（qì）穩態特性，進而選擇互感器。當然，為減輕（qīng）可能發生的（de）暫態飽和影（yǐng）響，我們有必要留有適當的裕度。220KV係統保護的暫態係數一般不小於2。
   7.3.110KV係統保護用互感器一般（bān）按（àn）穩態條件考慮，采用P類互感器。
   7.4.高壓母（mǔ）線差動（dòng）保護用電流互感器，由於母線（xiàn）故障（zhàng）時故障電流很大，而且（qiě）外部故障時流過互感器的電流差別也很大。即使各互感器特性一（yī）致，其暫態（tài）飽和的情況（kuàng）也可能（néng）差別很大。因此母線差動保護用的電流互（hù）感器好要具有抗（kàng）暫態飽和的能力。實際工程應用（yòng）中，一般按穩態條件選擇互感器，而抗飽和的問（wèn）題更多的由保護裝置進行處理。