電流互感器原理及接線形式分析-電器電子論文

關(guān)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(jiǎn)稱CT）是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)元件．用以分別向測(cè)量?jī)x表、繼電器的電流線圈供電，正確反應(yīng)電氣設(shè)備的正常運(yùn)行和故障情況。電流互感器二次接線的正確與否對(duì)保護(hù)的正確動(dòng)作起著至關(guān)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?biāo)準(zhǔn)的小電流(5A或1A)，使測(cè)量?jī)x表和保護(hù)裝置標(biāo)準(zhǔn)化、小型化。（2）使二次設(shè)備與高壓部分隔離，且電流互感器的二次側(cè)均接地，從而保證了設(shè)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(biāo)注方法

電磁式電流互感器由于存在勵(lì)磁電流和內(nèi)阻抗，使一、二次電流間存在幅值和相位差。為了測(cè)量?jī)x表和繼電保護(hù)裝置的正確工作，必須在鐵芯內(nèi)部正確繞線圈，并對(duì)引出端子做出

正確的極性標(biāo)記，以防接線錯(cuò)誤。假設(shè)有一只電流表可以直接串聯(lián)在線路中，用以檢測(cè)線路的電流方向，如圖1所示?，F(xiàn)在電流方向?yàn)槟妇€向線路輸送電流，那么在線路上串接CT，二次側(cè)反應(yīng)的電流也應(yīng)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(huì)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(dāng)一次電流從流進(jìn)時(shí)，它產(chǎn)生的磁通流經(jīng)二次繞組時(shí)方向是從下至上，二次繞組感應(yīng)電流的磁通將阻礙磁通的增加，那么方向?qū)⑾蛳?，用右手定則判斷出，是從流出。這樣的標(biāo)注方法，就是通常所說的減極性原則。實(shí)踐中我們常用極性法檢測(cè)CT

端子標(biāo)注正確與否，如圖3所示的電流互感器端子標(biāo)注示意圖。

圖3 電流互感器端子標(biāo)注示意圖

當(dāng)電池正極搭接時(shí)，萬用表指針將正偏，當(dāng)正極脫離時(shí)，萬用表指針將反偏。這樣就能確保、，、是同極性端子。當(dāng)一次側(cè)端子流入電流時(shí)，二次電流從流出。一次繞組電流包括兩部分，其一為勵(lì)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(fù)載分量，他用來產(chǎn)生磁勢(shì)，以抵償二次繞組的去磁作用，此時(shí)鐵芯中的合成磁勢(shì)應(yīng)為一次繞組與二次繞組磁通勢(shì)的相量差，即

如果忽略勵(lì)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(biāo)注可以正確反應(yīng)一次側(cè)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(hù)和自動(dòng)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(yīng)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(wǎng)中，單相接地時(shí)，流過接地點(diǎn)的僅為零序電容電流，相間電壓仍然是對(duì)稱的，按照規(guī)程可以繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，在這種電網(wǎng)中通常采用不完全星形接線，而大電流接地電網(wǎng)為反應(yīng)所有單相接地短路，通常采用完全星形接線。

2.2 錯(cuò)誤接線1

某變電所l0kV線路實(shí)測(cè)二次回路電流時(shí)曾發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常情況，當(dāng)時(shí)一次電流108. 8A，CT變比，在保護(hù)盤處用鉗形電流表測(cè)得電流A411(2.61A)，C411(1.28A)，N411(2.28A) ，，工作人員百思不得其解。經(jīng)申請(qǐng)停電檢查后，發(fā)現(xiàn)CT回路接線錯(cuò)誤，分析情況簡(jiǎn)要說明如下，正確接線應(yīng)如圖5（a）所示，當(dāng)時(shí)采用l0KV手車式開關(guān)，B相CT引線在開關(guān)柜端子排處與N411短接。在正確接線且負(fù)荷對(duì)稱情況下，A411，C411，N411測(cè)得的電流大小應(yīng)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(cuò)誤接線情況下，電流走向如圖5（b），因?yàn)槎坞娏髦荒芰鹘?jīng)自己的回路，所以從端流出后只能從N411經(jīng)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(shí)測(cè)電流之比相近，與分析完全相符。假設(shè)該條線路投運(yùn)后負(fù)載較輕，A411電流21A仍沒能達(dá)到整定值，保護(hù)不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)。[5][6]

2.3 三角形接線

三角形接線一般用在變壓器差動(dòng)保護(hù)中，當(dāng)然現(xiàn)在由于微機(jī)保護(hù)的普及，變壓器差動(dòng)保護(hù)開入電流也都是完全星形接線，由微機(jī)程序進(jìn)行角度、數(shù)值變換，了解Y/△接線變壓器的差動(dòng)保護(hù)接線有助于理解程序的變換方法。

（1）變壓器差動(dòng)保護(hù)三角形接線分析

變壓器差動(dòng)保護(hù)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(shè)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(hù)單相原理接線如下圖8（a）所示。同樣是將變壓器兩側(cè)（高、低壓）的CT二次側(cè)，靠近變壓器內(nèi)側(cè)的兩端連在一起。變壓器外側(cè)的兩端連在一起，然后，將差動(dòng)繼電器并聯(lián)到兩電流互感器上。當(dāng)然如果低壓側(cè)套管CTL2朝向母線側(cè)。則變壓器差動(dòng)保護(hù)接線將如圖8（b）所示，內(nèi)側(cè)和內(nèi)側(cè)的端子相連，外側(cè)和外側(cè)的端子相連。

（a）                         （b）

圖8 變壓器差動(dòng)保護(hù)接線圖

再假設(shè)變壓器高壓側(cè)有強(qiáng)電源，低壓側(cè)有弱電源。當(dāng)變壓器低壓側(cè)區(qū)外故障時(shí)，故障電流從高壓側(cè)流向低壓側(cè)，如圖9（a）所示變壓器保護(hù)接線圖。

（a）                  （b）

圖9 變壓器保護(hù)接線圖

假設(shè)已經(jīng)過相位和數(shù)值補(bǔ)償，二次電流分別從CT1的Kl流出流向繼電器，從CT2的Kl流進(jìn)，從K2流出流向繼電器，，從流向圖可以看出兩個(gè)電流流經(jīng)繼電器時(shí)方向相反，相互抵消。    

當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，故障電流分別從從高壓側(cè)、低壓側(cè)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(shí)從Kl流出，兩個(gè)電流方向相同，。從原理理解了變壓器差動(dòng)保護(hù)的接線，就要考慮對(duì)變壓器兩側(cè)電流進(jìn)行相位補(bǔ)償和數(shù)值補(bǔ)償。只有經(jīng)過補(bǔ)償后，才能保證正常運(yùn)行和外部短路時(shí)繼電器的電流等于零。[7]

（2）變壓器差動(dòng)保護(hù)的相位補(bǔ)償和數(shù)值補(bǔ)償

圖10所示為Y，dll接線的變壓器及其兩側(cè)電流互感器的變壓器差動(dòng)保護(hù)接線圖，正常運(yùn)行下，電流從高壓側(cè)流向低壓側(cè)，如圖中的的方向。這種變壓器，三角形側(cè)的線電流超前星形側(cè)線電流308。如果不進(jìn)行補(bǔ)償，則在正常運(yùn)行時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)不平衡電流。相位補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ菍⒆儔浩餍切蝹?cè)的電流互感器按三角形接線，三角形側(cè)的電流互感器按星形接線。請(qǐng)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(diǎn)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(diǎn)鐘接線。

圖10 變壓器差動(dòng)保護(hù)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(cè)、三角形側(cè)相電流，其假定正方向如圖11所示。分別與相應(yīng)的同相位。低壓側(cè)線電流，，，它們分別超前相應(yīng)相電流30。，這說明，變壓器兩側(cè)線電流間相位差30。，在構(gòu)成差動(dòng)回路時(shí)應(yīng)將這30。補(bǔ)償過寒。為此，把變壓器星形側(cè)電流互感器按三角形1點(diǎn)鐘接線。從A相K2流進(jìn)，Kl流出，從B相Kl流出，再經(jīng)A相K2點(diǎn)，經(jīng)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?yàn)樽儔浩鞲摺⒌蛪簝蓚?cè)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(dòng)臂中的電流相等。兩側(cè)電流互感器變比按以下兩式計(jì)算。

變壓器三角形側(cè)電流互感器變比             （3）

變壓器星形側(cè)電流互感器變比            （4）

式（3）、（4）中，為變壓器三角形側(cè)額定線電流；為變壓器星形側(cè)額定線電流。

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

（3）錯(cuò)誤接線2

某廠的高壓廠用變的接線為YO/Y，高壓側(cè)為電源側(cè)，繞組中性點(diǎn)直接接地；低壓側(cè)為負(fù)荷側(cè)，無電源且為不接地系統(tǒng)，變壓器差動(dòng)保護(hù)用的高、低壓CT二次繞組均為星形接線。運(yùn)行過程中多次發(fā)生誤動(dòng)。變壓器高壓側(cè)發(fā)生區(qū)外單相接地故障時(shí)，變壓器差動(dòng)保護(hù)會(huì)動(dòng)作。認(rèn)真分析一下?？梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論：

盡管變壓器低壓側(cè)無電源。但當(dāng)變壓器的高壓側(cè)發(fā)生區(qū)外接地故障時(shí)一由于變壓器高壓側(cè)的中性點(diǎn)直接接地，因此，變壓器依然向故障點(diǎn)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(gè)系統(tǒng)中諸元件的正、負(fù)、零序電抗的大小及分布狀況有關(guān)。[10]

變壓器高壓側(cè)的故障電流中含有正、負(fù)、零序分量，其中正、負(fù)序電流由于可以通過負(fù)荷形成回路而傳變至變壓器的低壓側(cè)：零序電流則由于變壓器低壓側(cè)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(cè)。當(dāng)用于變壓器差動(dòng)保護(hù)的CT二次側(cè)均采用星形接線，且不考慮如何消除高壓側(cè)零序電流的影響時(shí)，高壓側(cè)故障電流中的零序電流將全部成為差動(dòng)保護(hù)繼電器中的不平衡電流．當(dāng)這種不平衡電流足夠大時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致保護(hù)裝置的誤動(dòng)。

為了避免YO/Y變壓器差動(dòng)保護(hù)在電源側(cè)（中性點(diǎn)直接接地側(cè)）發(fā)生接地故障時(shí)的誤動(dòng)作，應(yīng)設(shè)法消除中性點(diǎn)直接接地側(cè)零序電流分量的影響。一般需將此類變壓器差動(dòng)保護(hù)用的CT二次側(cè)均接為三角形接線，使高壓側(cè)的零序電流僅在CT二次繞組內(nèi)環(huán)流，不流入差動(dòng)繼電器，而微機(jī)型的變壓器保護(hù)可以在程序設(shè)計(jì)時(shí)予以考慮。

目前繼電保護(hù)雖然已步人微機(jī)化時(shí)代。保護(hù)校驗(yàn)工作量大大減少。但對(duì)保護(hù)二次回路的問題尤其不得忽視。從以上2例錯(cuò)誤接線就可看出，CT二次回路的小問題就能引起保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)。對(duì)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(dòng)后要以帶負(fù)荷試驗(yàn)正確為準(zhǔn)，切不可偷懶不做，以免留下后患。

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