贾子然

（广东电网有限责任公司中山供电局，广东 佛山 528000）

0 引 言

电力系统一次设备的电流较大、电压较高，直接测量电流非常危险。为了便于测量、保护和控制，需要将一次电流转换为统一的二次电流。电流互感器（CT）起到了电流变换和电气隔离作用，是电力系统内最重要的一次设备之一。电流互感器是一种特殊的变压器，能将较大的一次电流变换为较小的二次电流，一次绕组串联在一次导体中，匝数较小，二次绕组连接二次负载，匝数较大。这种结构要求其二次回路严禁开路，否则产生的高压将严重威胁设备和人身安全。电流互感器二次开路还会导致保护控制装置无法确切的感知一次电流，造成保护拒动、误动等事故，威胁电网稳定。

鉴于电流互感器及其二次回路的重要性，电力系统对新投运电流互感器有着非常细致的检验流程，如伏安特性试验、极性试验、绝缘及一点接地试验以及一次升流试验等。然而对于部分停电时间较短的工作，需要变动电流互感器二次回路的情况，往往不具备条件完整的进行新检试验项目，因此产生了电流互感器二次回路二次开路的风险。本文对电流互感器的二次特性进行了分析，并提出了一种检测装置设计思路，实现对电流互感器二次开路故障的快速检测。

1 电流互感器二次回路特性分析

电流互感器依据电磁感应原理，一次匝数很小，流过恒定的一次电流；二次匝数较多，工作在近似短路状态，二次电流：

由于一次绕组的I1N1和二次绕组的I2N2在铁芯中感生的磁链相互抵消，铁芯工作在非饱和状态，电流互感器保持着理想变压器的线性转变特性。如果其二次侧开路，一次绕组的I1N1维持不变，二次侧I2N2=0，一次侧的磁链完全加在铁芯中，在一次电流较大的情况下，铁芯完全饱和，饱和磁链在电流互感器二次侧感应出很高的二次电压，其理论有效值[1]：

其中，K为铁芯特性系数，Ac为磁路有效截面积、Lc为磁路平均长度，I1为一次电流有效值，N1、N2为一次侧、二次侧的匝数。

可见电流互感器二次侧开路电压与铁芯饱和极限、二次绕组匝数、一次电流大小正相关，实际运行中，有些电流互感器二次绕组的开路电压会达到上万伏。

铁芯饱和情况下，一个周期内其磁滞回曲线包围了更大的面积，如图1所示。磁滞回线所包围的面积正比于在一次循环磁化中的能量损耗，包括磁滞损耗和涡流损耗。因此，饱和的铁芯会严重发热，易造成电流互感器损坏。

图1 磁滞回曲线

2 各类绕组的伏安特性试验

电流互感器的伏安特性试验是指在电流互感器一次侧开路的情况下，电流互感器二次侧励磁电流与电流互感器二次侧所加电压的关系曲线，实际上就是铁芯的磁化曲线，该曲线在初始阶段表现为线性，在铁芯接近饱和状态时，随着电压升高，电流急剧增大，伏安特表现为非线性[2]。

电力系统对电流互感器二次绕组准确级一般有抗饱和和高精度两个不同方面的要求。对于保护装置等需要在故障电流下要求保证精度范围的选用抗饱和能力强的P级甚至TPY级绕组，对于测量、计量等只要求正常负荷电流下高精度的装置，一般采用0.5、0.2、0.2 s等准确级的绕组。

图2是几种类型的电流互感器二次绕组伏安特性示意图。在线性区，准确级为0.2 s的绕组曲线更贴近U轴，即励磁电流更小，传变特性更接近式1，精度更高。随着电压增大，0.2 s很快达到饱和拐点，失去线性特性，而5P40绕组在电压1.1kV左右达到饱和拐点，说明其在40In下带5 A电流系统5 Ω的二次负载（一般二次负载远小于5 Ω）依然可达到线性转变，而为抗饱和特性专门设计的TPY的饱和拐点电压高达11kV。

图2 不同类型二次绕组的伏安特性

伏安特性试验的主要目的是检验电流互感器的二次带负荷能力和二次绕绕组是否有匝间短路情况，拐点电压一般在线性区的末端。然而由于伏安特性曲线实际上就是铁芯的磁化曲线，可反映铁芯的抗饱和能力[3]，伏安特性曲线的电压上线也可一定程度反映电流互感器二次开路的电压。伏安特性试验的线性区内，测量阻抗相当于铁芯的励磁阻抗，是一个很大的值，利用电流互感器二次绕组励磁阻抗很大的特性，可实现在不断开二次绕组侧的情况下测量二次负载侧的回路完好性。

3 检查电流互感器二次开路的现有方式及其缺陷

在保护设备停电定检时，为防止电流互感器绕组侧分流影响精度，一般会断开电流互感器二次连片，将电流加入保护装置侧。一般恢复连片后不具备通过一次升流试验检验二次回路完好的条件。现有的做法是在最靠近电流互感器绕组的端子排（一般是开关端子箱或汇控箱）用万用表测量电流互感器二次回路电阻，实际测量阻值是二次回路负载与电流互感器绕组电阻的并联。这种测量方式有两个问题：第一，如果二次负载侧有串联较大电感无法发现；第二，针对一些变较小的二次绕组（尤其是5 A电流系统），由于二次匝数较小，绕组截面积较大，其绕组侧电阻可能很小，即使在二次负载侧开路的情况下也会测得较小的电阻，失去发现二次开路情况的机会。如果在开关端子箱打开连片测量，本身又变动了电流回路，易造成新的隐患。

在技改项目大规模变动过电流互感器二次回路后，往往也不具备一次升流试验条件，一般采用继保试验仪对变动后的电流互感器二次回路进行二次升流试验，结合交流压差测量，检查回路完好性。继保试验仪本身是较大型的装置，不便于携带，而且必须外接试验电源才能使用，可操作性不强。

4 CT开路测试仪的设计思路

为避免电流互感器二次回路绕组侧电阻过小干扰对二次负载侧的检验效果，保证检验效果与正常运行时的电流情况类似，采用一种工频阻抗测试装置，测量接线如图3所示，测量位置在最接近电流互感器二次绕组的位置（开关端子箱或电流互感器二次接线盒），测量作业不需对电流互感器二次回路作任何变动。

图3 测试回路电路

其中，Rc、Xc为电流互感器绕组侧的电阻、电抗，Rl、Xl为电流回路二次负载侧包括导线及装置的电阻、电抗。实测阻抗为两侧工频阻抗的并联：

对于各种类型的电流互感器二次绕组与各种二次负载，有Xc＞＞Rc,在二次次负载未开路的情况下有Xc＞＞R1，Xc＞＞X1，此时式（3）化为：

而当负载侧开路时，有Xc＜＜R1，Xc＜＜X1，式（3）化为：

5 对测试仪器的技术要求

在所有变动过电流互感器二次回路的工作后应对二次回路进行测试检查，地点一般位于高压场地，要求测试设备必须具备足够的便携性，采用电池作为工作电源。

测试仪器工作时相当于在二次负载上加入了一个电流，因此一般不直接用于测量未停用保护设备的二次绕组。为防止操作人员对绕组判断错误导致将测试电流加入运行设备造成保护误动，要求测试仪器的测量电流必须小于最小保护启动电流值，二次测试最大电流应小于80 mA。测量阻抗在不同频率下有所不同，为保证测试结果最接近运行实际，要求测量阻抗必须基于工频50 Hz[4]。

6 结 论

电力系统保护与控制非常依赖对电流的采集测量，而电流互感器是其中最重要的设备之一，根据以往的运行经验，电流互感器开路造成的保护拒动、设备损坏事故频频发生，是作业的高风险点。外观检查、万用表测量等现有技术手段不能实现对电流互感器二次回路完好性快速准确的检验，使用继保仪进行二次通流也不具备很强的可操作性。

通过对电流互感器结构和工作原理的分析研究后，利用其特殊的特殊性、二次绕组回路的高抗特性、伏安特性的线性进行初始设计。提出了一种便携式电流互感器二次回路检测装置的设计思路及测量方法，以实现在相关工作后快速准确地判断电流互感器二次回路的完好性，避免电流互感器开路事故的发生。