电流互感器原理及接线形式分析-电器电子论文

关键词：电流互感器、原理、接线

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

电流互感器（Current Transformer ，简称CT）是一次系统和二次系统间的联络元件．用以分别向测量仪表、继电器的电流线圈供电，正确反应电气设备的正常运行和故障情况。电流互感器二次接线的正确与否对保护的正确动作起着至关重要的作用。归纳起来，电流互感器的作用为：（1）将一次回路的大电流变为二次回路标准的小电流(5A或1A)，使测量仪表和保护装置标准化、小型化。（2）使二次设备与高压部分隔离，且电流互感器的二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。电流互感器的一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，并且电流互感器的二次绕组所接回路阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器近似工作在短路状态下。电流互感器一、二次额定电流之比称为变比K，

                         （1）

式子中，Nl，N2为一、二次绕组的匝数。[1][2]

1．电流互感器的原理及标注方法

电磁式电流互感器由于存在励磁电流和内阻抗，使一、二次电流间存在幅值和相位差。为了测量仪表和继电保护装置的正确工作，必须在铁芯内部正确绕线圈，并对引出端子做出

正确的极性标记，以防接线错误。假设有一只电流表可以直接串联在线路中，用以检测线路的电流方向，如图1所示。现在电流方向为母线向线路输送电流，那么在线路上串接CT，二次侧反应的电流也应是电流表正偏，表示母线向外输送电流。

图1 电流互感器接线图

我们通常会采用同方向绕组的CT，如图2所示的同向绕组的电流互感器接线图。

图2 同向绕组的电流互感器接线图

根据愣次定律，当一次电流从流进时，它产生的磁通流经二次绕组时方向是从下至上，二次绕组感应电流的磁通将阻碍磁通的增加，那么方向将向下，用右手定则判断出，是从流出。这样的标注方法，就是通常所说的减极性原则。实践中我们常用极性法检测CT

端子标注正确与否，如图3所示的电流互感器端子标注示意图。

图3 电流互感器端子标注示意图

当电池正极搭接时，万用表指针将正偏，当正极脱离时，万用表指针将反偏。这样就能确保、，、是同极性端子。当一次侧端子流入电流时，二次电流从流出。一次绕组电流包括两部分，其一为励磁电流，它用来建立铁芯中必需的主磁通，这是CT传递能量的媒介，另一为负载分量，他用来产生磁势，以抵偿二次绕组的去磁作用，此时铁芯中的合成磁势应为一次绕组与二次绕组磁通势的相量差，即

如果忽略励磁电流，则                          （2）

故，，表明，同相位，这与图1也是相同的，说明这样的标注可以正确反应一次侧电流的方向，一次电流的数值将由变比来归算。[3][4]

2 电流互感器的接线

根据继电保护和自动装置的不同要求，电流互感器二次绕组通常有以下几种接线方式：

完全星形接线、不完全星形接线、三角形接线、三相并接以获得零序电流接线、两相差接线、一相用两只电流互感器并联的接线、一相用两只电流互感器串联的接线，后三种接线方式较少用到。

2.1 不完全星形接线

不完全星形接线如图4所示，这种接线方式不能反应无电流互感器那一相（通常取B相）的单相接地短路。

图4 电流互感器的不完全星形接线图

在小接地电流电网中，单相接地时，流过接地点的仅为零序电容电流，相间电压仍然是对称的，按照规程可以继续运行一段时间，在这种电网中通常采用不完全星形接线，而大电流接地电网为反应所有单相接地短路，通常采用完全星形接线。

2.2 错误接线1

某变电所l0kV线路实测二次回路电流时曾发现数据异常情况，当时一次电流108. 8A，CT变比，在保护盘处用钳形电流表测得电流A411(2.61A)，C411(1.28A)，N411(2.28A) ，，工作人员百思不得其解。经申请停电检查后，发现CT回路接线错误，分析情况简要说明如下，正确接线应如图5（a）所示，当时采用l0KV手车式开关，B相CT引线在开关柜端子排处与N411短接。在正确接线且负荷对称情况下，A411，C411，N411测得的电流大小应相等，相量图如图6（a）。            

（a）                      （b）

图5电流互感器接线示意图

（a）                   （b）

图6 相量图

错误接线情况下，电流走向如图5（b），因为二次电流只能流经自己的回路，所以从端流出后只能从N411经LJa流向B相CT的 K2端，同理也只能从Kl端流出后LJC ，LJa返回C相K2端。统一规定从Kl端流出为正方向，则A411中电流为，C411中电流不变，N411中电流为。相量图如图7（b），则，与实测电流之比相近，与分析完全相符。假设该条线路投运后负载较轻，A411电流21A仍没能达到整定值，保护不会发生误动。[5][6]

2.3 三角形接线

三角形接线一般用在变压器差动保护中，当然现在由于微机保护的普及，变压器差动保护开入电流也都是完全星形接线，由微机程序进行角度、数值变换，了解Y/△接线变压器的差动保护接线有助于理解程序的变换方法。

（1）变压器差动保护三角形接线分析

变压器差动保护采样电流一般取套管CT的电流，套管CT同样存在极性问题，假设变压器套管CT安装示意图如图7所示。

图7 变压器套管CT安装示意图

变压器纵差保护单相原理接线如下图8（a）所示。同样是将变压器两侧（高、低压）的CT二次侧，靠近变压器内侧的两端连在一起。变压器外侧的两端连在一起，然后，将差动继电器并联到两电流互感器上。当然如果低压侧套管CTL2朝向母线侧。则变压器差动保护接线将如图8（b）所示，内侧和内侧的端子相连，外侧和外侧的端子相连。

（a）                         （b）

图8 变压器差动保护接线图

再假设变压器高压侧有强电源，低压侧有弱电源。当变压器低压侧区外故障时，故障电流从高压侧流向低压侧，如图9（a）所示变压器保护接线图。

（a）                  （b）

图9 变压器保护接线图

假设已经过相位和数值补偿，二次电流分别从CT1的Kl流出流向继电器，从CT2的Kl流进，从K2流出流向继电器，，从流向图可以看出两个电流流经继电器时方向相反，相互抵消。    

当变压器内部故障时，故障电流分别从从高压侧、低压侧流向变压器，如图9（b）所示电流流向，二次电流分别是，从CT1的Kl流出流向继电器，从CT2的Kl流出流向继电器，同时从Kl流出，两个电流方向相同，。从原理理解了变压器差动保护的接线，就要考虑对变压器两侧电流进行相位补偿和数值补偿。只有经过补偿后，才能保证正常运行和外部短路时继电器的电流等于零。[7]

（2）变压器差动保护的相位补偿和数值补偿

图10所示为Y，dll接线的变压器及其两侧电流互感器的变压器差动保护接线图，正常运行下，电流从高压侧流向低压侧，如图中的的方向。这种变压器，三角形侧的线电流超前星形侧线电流308。如果不进行补偿，则在正常运行时，就会出现不平衡电流。相位补偿的方法是将变压器星形侧的电流互感器按三角形接线，三角形侧的电流互感器按星形接线。请注意变压器和CT三角形接线的区别，变压器三角形接线方式为a头接b尾，依次连接，这样形成11点钟接线；CT三角形接线为a头接c尾，依次连接，这样形成1点钟接线。

图10 变压器差动保护接线图

图11 电流相量图

图11所示为电流相量图。分别为变压器星形侧、三角形侧相电流，其假定正方向如图11所示。分别与相应的同相位。低压侧线电流，，，它们分别超前相应相电流30。，这说明，变压器两侧线电流间相位差30。，在构成差动回路时应将这30。补偿过寒。为此，把变压器星形侧电流互感器按三角形1点钟接线。从A相K2流进，Kl流出，从B相Kl流出，再经A相K2点，经A、B相CJ返回B相K2，由规定的正方向可以得出，同理，，它们分别超前相电流30。。因为变压器高、低压两侧线电流（）在数值上一般是不相等的，它们之间相差一变比K，为使上、下两差动臂中的电流相等。两侧电流互感器变比按以下两式计算。

变压器三角形侧电流互感器变比             （3）

变压器星形侧电流互感器变比            （4）

式（3）、（4）中，为变压器三角形侧额定线电流；为变压器星形侧额定线电流。

在式（3）中，若不按大倍来选取变比，则上面差动臂中的电流将比下面差动臂中电流大倍。这是由于变压器星形侧的电流互感器按三角形接线的结果。因此，在纠正30。相位差的同时把数值也提高了倍。当按式（3）、（4）计算出电流互感器变比后，还得按计算变比选取与其接近的、较大的标准变比互感器。这样-由于电流互感器变比标准化后，在两差动臂中仍然存在差电流，就需要在差动继电器中用平衡线圈予以考虑。[8][9]

（3）错误接线2

某厂的高压厂用变的接线为YO/Y，高压侧为电源侧，绕组中性点直接接地；低压侧为负荷侧，无电源且为不接地系统，变压器差动保护用的高、低压CT二次绕组均为星形接线。运行过程中多次发生误动。变压器高压侧发生区外单相接地故障时，变压器差动保护会动作。认真分析一下。可以得出以下结论：

尽管变压器低压侧无电源。但当变压器的高压侧发生区外接地故障时一由于变压器高压侧的中性点直接接地，因此，变压器依然向故障点提供含有零序分量的故障电流，该故障电流的大小与变压器及整个系统中诸元件的正、负、零序电抗的大小及分布状况有关。[10]

变压器高压侧的故障电流中含有正、负、零序分量，其中正、负序电流由于可以通过负荷形成回路而传变至变压器的低压侧：零序电流则由于变压器低压侧为不接地系统，无零序通路，所以零序电流仅存在于高压侧。当用于变压器差动保护的CT二次侧均采用星形接线，且不考虑如何消除高压侧零序电流的影响时，高压侧故障电流中的零序电流将全部成为差动保护继电器中的不平衡电流．当这种不平衡电流足够大时，便会导致保护装置的误动。

为了避免YO/Y变压器差动保护在电源侧（中性点直接接地侧）发生接地故障时的误动作，应设法消除中性点直接接地侧零序电流分量的影响。一般需将此类变压器差动保护用的CT二次侧均接为三角形接线，使高压侧的零序电流仅在CT二次绕组内环流，不流入差动继电器，而微机型的变压器保护可以在程序设计时予以考虑。

目前继电保护虽然已步人微机化时代。保护校验工作量大大减少。但对保护二次回路的问题尤其不得忽视。从以上2例错误接线就可看出，CT二次回路的小问题就能引起保护误动、拒动。对二次回路的检查要从原理上吃透，不能流于形式。CT二次回路有过改动后要以带负荷试验正确为准，切不可偷懒不做，以免留下后患。

参考文献：　

[1]艾欣,郝玉山.电流互感器误差的电流补偿法研究[J].电测与仪表,1999(3).

[2]黎奕伟.电流互感器二次出线的极性要求及确定方法[J].电工技术,2010(6).

[3]牛昆鹏,徐海燕.电流互感器饱和对继电保护的影响与判别方法[J].机电信息,2011(15).

[4]叶军伟.电流互感器的极性及其接线[J].科技广场,2010( 1).

[5]李骏年.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,1997.

[6]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护典型故障分析[M].北京:中国电力出版社,2001.

[7]王景春.电力系统继电保护干扰原因及其防护措施[J].民营科技, 2011(12). 

[8]孙建波,廖永红.继电保护的现状与思考[J].电力系统保护与控制,2010(12).

[9]张峰.电力系统安全自动控制与继电保护[J].科技资讯,2011( 29). 

[10]许守东,尹国品.电力系统继电保护TV断线分析[J].云南电力技术,2010( 1).