电流互感器接线方式和饱和伏安特性一次讲清楚

电流互感器在电力系统中扮演着至关重要的角色。其接线方式、饱和特性以及伏安特性，都是保障系统稳定运行的重要因素。电流互感器通过将高压与低压电路隔离，实现电流的准确变换，是继电保护、电气测量和电能计量等设备赖以工作的基础元件。那么，电流互感器常见的接线方式有哪些？其饱和现象和伏安特性又具有哪些特点？本文将围绕电流互感器的功能与重要性展开进一步分析，并深入探讨其接线形式、饱和效应及伏安特性的相关技术要点。

一、电流互感器二次回路常见接线方式及应用场合概述

在变电站中，常用的电流互感器二次回路接线方式有单相接线、两相星形(或不完全星形)接线、三相星形(或全星形)接线、三角形接线及和电流接线等，它们根据需要应用于不同场合。现将各种接线的特点及应用场合介绍如下。

（1）单相接线方式

单相式接线，这种接线只有一只电流互感器组成，接线简单。它可以用于小电流接地系统零序电流的测量，也可以用于三相对称电流中电流的测量或过负荷保护等。

（2）两相星形接线方式

两相星形接线，这种接线由两相电流互感器组成，与三相星形接线相比，它缺少一只电流互感器(一般为B相)，所以又叫不完全星形接线。它一般用于小电流接地系统的测量和保护回路，由于该系统没有零序电流，另外一相电流可以通过计算得出，所以该接线可以测量三相电流、有功功率、无功功率、电能等。反应各类相间故障，但不能完全反应接地故障。

对于小电流接地系统，不完全星形接线不但节约了一相电流互感器的投资，在同一母线的不同出线发生异名相接地故障时，还能使跳开两条线路的几率下降了三分之二。只有当AC相接地时才会跳开两条线路，AB、BC相接地时，由于B相没有电流互感器，则B相接地的一条线路将不跳闻。由于小接地电流系统允许单相接地运行2小时，所以这一措施能够提高供电可靠性。需要指出的是，同一母线上出线的电流互感器必须接在相同的相，否则有些故障时保护将不能动作。

（3）三相星形接线方式

三相星形接线又叫全星形接线，这种接线由三只互感器按星形连接而成，相当于三只互感器公用零线。这种接线中的零线在系统正常运行时没有电流通过(3I0=0)，但该零线不能省略，否则在系统发生不对称接地故障产生3l0电流时，该电流没有通路，不但影响保护正确动作，其性质还相当于电流互感器二次开路，会产生很高的开路电压。三相星形接线一般应用于大接地电流系统的测量和保护回路接线，它能反应任何一相、任何形式的电流变化。

（4）三角形接线方式

三角形接线，这种接线将三相电流互感器二次绕组按极性头尾相接，像三角形，极性一定不能搞错。这种接线主要用于保护二次回路的转角或滤除短路电流中的零序分量。在微机形差动保护中，常常将各侧电流互感器的二次回路均接为星形，在保护装置中通过软件计算进行电流转角与电流的零序分量滤除，这样就简化了接线。

（5）和电流接线方式

和电流接线，这种接线是将两组星形接线并接，一般用于3/2断路器接线、角形接线、桥形接线的测量和保护回路，用以反映两只开关的电流之和。该接线一定要注意电流互感器二次回路三相极性的一致性及两组之间与一次接线的一致性，否则将不能准确反映一次电流。两组电流互感器的变比还要一致，否则和电流的数值就没有意义。

在电流互感器的接线中，要特别注意其二次绕组的极性，特别是方向保护与差动保护回路。当电流互感器二次极性错误时，将会造成计量、测量错误，方向继电器指向错误动保护中有差流等，造成保护装置的误动或拒动。

二、电流互感器饱和现象及其对测量与保护的影响

电流互感器饱和将导致电流测量出现偏差，影响继电保护的正确动作，特别是对差动保护影响较大，接下来，让我们认识一下电流互感器饱和。

实际上，电流互感器的饱和指的是电流互感器铁芯的饱和，因为一次电流在铁芯上产生了磁通，缠绕在同一铁芯上的二次绕组中产生电动势U=4.44f*N*B*S，式中f为系统频率；N为二次绕组匝数；

S为铁芯截面积；B为铁芯中的磁通密度。在N、S、f确定的情况下，当电流互感器正常工作时，铁芯磁通密度B很小，励磁电流I0也很小，根据电流互感器等值电路图可知，二次电流I2=I1-I0，偏差很小；

当一次电流I1变得很大时，铁芯磁通密度B也很大，在电流互感器的铁芯磁通密度达到饱和点后，B随励磁电流或是磁场强度的变化不明显，二次感应电势将基本维持不变，二次电流几乎不再增加，此时励磁电流I0却显著增加，I2=I1-I0出现较大偏差，导致电流互感器出现大的传变误差。

一般将铁芯的饱和分成两种情况：稳态饱和、暂态饱和。

稳态饱和主要是因为一次电流值太大，进入了电流互感器饱和区域，导致二次电流不能正确的传变一次电流。稳态饱和多因电流互感器选型不合适或者短路电流过大而引起，不会自行消失。

稳态饱和的谐波分量：以3、5、7次等奇次谐波为主。

暂态饱和主要是因为大量非周期分量的存在，进入了电流互感器饱和区域。暂态饱和多由衰减直流或者电流互感器剩磁引起，在暂态分量逐渐衰减后，饱和逐渐消失。

暂态饱和的谐波分量：除了3、5、7等奇次谐波，还有直流、2次等谐波。

三、电流互感器饱和点的判定方法

刚刚我们了解了，在电流互感器的铁芯磁通密度达到饱和点后，随着一次电流I1的增大，励磁电流I0显著增加，电流互感器出现大的传变误差。那么该如何确定电流互感器的饱和点呢？

电流互感器伏安特性是指在电流互感器一次侧开路的情况下，在二次侧通电压U，由等值电路图可知此时I0=I2，根据U=4.44f*N*B*S，在N、S、f确定的情况下，U与B成正比，故U与I2的关系曲线描述的是磁通B与励磁电流I0的关系曲线，即电流互感器铁芯的磁化曲线。

根据伏安特性曲线可得出2个结论：

一是得出电流互感器的10%误差曲线。施加于电流互感器二次接线端子上的额定频率的电压，若其有效值增加10%，励磁电流便增加50%，则此电压值称为伏安特性曲线的拐点电压（饱和点）。

二是可以判断电流互感器是否发生匝间短路。拐点电压位置的电流互感器铁芯进入饱和状态，此时励磁电流几乎全部损耗在铁芯发热上，当电流互感器二次绕组匝间短路时，在电流互感器伏安特性上表现为拐点电压U有明显的下降，据此可以判断电流互感器二次绕组异常。

四、从一起误接线事故谈电流互感器绕组正确使用的重要性

2007年8月5日某220kV变电站10kV新生4号线光纤分相电流差动保护动作，开关跳闸，经巡线人员检查、故障点在新联线出口0号杆处保护人员检查两侧保护装置，模拟区内外故障保护均反应正确，如下图所示，试分析跳闸原因。

分析：电厂侧保护人员误将计量电流互感器绕组接入保护回路。正常运行时，新生4号线负荷电流不至于造成电流互感器饱和，不会产生差流，即保护也不会误动作。当新联线10kV出口处发生故障时，故障电流较大造成电厂侧的电流互感器饱和，电流互感器不能正常传变故障电流，进而产生差流，两侧光纤纵差保护动作。同时，因为ISA-353型微机保护比电磁型保护动作速度快，所以10kV新生4号线保护先于10kV新联线跳闸。

原因：

1.电厂侧保护人员误将计量电流互感器绕组接入保护回路，故障时，两侧电流不一致产生差流，是新生4号线纵差保护动作的主要原因。

2.电厂侧新联线保护使用电磁型保护、动作速度相对微机保护慢，不能及时切除故障，是新生4号线纵差保护动作的次要原因。

要点：在电流互感器回路验收试验中，一定要核对好，所使用绕组的准确级，否则对于距离、过流等保护将拒动，对于线路纵差主变差动保护将误动作。

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