电流互感器二次回路直流电阻测量的意义及合格标准探究

电流互感器二次回路直流电阻测量的意义及合格标准探究

方飞1黄奎2金旻3

1国电青山热电有限公司湖北武汉430080；2华电电力科学研究院湖北武汉430080；3中超建设管理公司湖北武汉430080

摘要:在做CT伏安特性试验及保护校验的时候都会涉及到CT二次回路直流电阻的测量的问题，本文首先对CT的基本概念及工作原理进行一次梳理，然后从理论上分析影响CT误差的各种因素，并重点探讨二次回路电阻的测量值合格的标准。

关键字:伏安特性;直流电阻;标准

1.基本概念

电流互感器是一种用来变换电流的特种变压器，简称CT。它的一次绕组串联在被测量的电力线路中，线路电流就是互感器的一次电流，二次绕组外部回路串接有测量仪表、继电保护、自动装置等二次设备。

是用来按一定比例变换电流，那么它最主要的参数就是电流比。它的实际电流比K1是实际一次电流与实际二次电流之比，简称电流比。即

2电流互感器的工作原理

2.1工作原理

电流互感器的工作原理与普通变压器的工作原理基本相同。当一次绕组中有电流I1流过时，由一次绕组的磁势I1N1大部分通过铁芯而闭合，从而在二次绕组中感应出电动势E2。如果二次绕组接有负载，那么二次绕组中就有电流I2通过。

2.2误差

在理想条件下，CT二次电流I2＝I1/Kn，不存在误差。但实际上不论在幅值上（考虑变比折算）和角度上，一二次电流都存在差异。实际流入互感器二次负载的电流I2＝I1/Kn－I0，其中I0为励磁电流，即建立磁场所需的工作电流。这样在电流幅值上就出现了误差。

2.3饱和

所谓互感器的饱和，实际上讲的是互感器铁心的饱和。我们知道互感器之所以能传变电流，就是因为一次电流在铁芯中产生了磁通，进而在缠绕在同一铁芯中上的二次绕组中产生电动势U＝4.44f*N2*B*S×10-8。式中f为系统频率，单位Hz；N为二次绕组匝数；S为铁芯截面积，单位m2；B为铁芯中的磁通密度。

3.误差分析和计算

在我们现场实际工作中通常会以上面的理论分析为依据，通过试验的方法来分析和计算CT的实际误差。

CT的误差主要是由于励磁电流I0引起的，就有必要根据实际运行情况来检验所使用的CT的误差是否符合要求。CT的误差包括角度误差和幅值误差。CT角度误差的测量过于繁复且实际情况下误差也极少出现超标的情况，更关注的是幅值的误差。一般要求一次电流I1等于保护安装处可能的最大短路电流时，幅值误差小于等于10％或者5%，这也是10％或者5%误差分析中的要求。根据电路原理可知，为满足10％误差的要求（I0小于等于10％的I1/Kn），则必须保证励磁阻抗Ze大于等于9倍的二次回路总负载阻抗（Z2＋Z）。因此为了进行10％误差分析，必须知道保护安装处的最大短路电流，对应于该电流的互感器励磁阻抗值和CT的二次回路总负载阻抗。

3.1.励磁阻抗的测量

励磁阻抗的测量试验就是伏安特性试验。自互感器二次测施加电压U，测得励磁电流I0（因为此时互感器一次侧开路，因此电流只能流过励磁阻抗Ze，所以此电流一定是励磁电流。另外，还需注意此项试验一般应在一次开路的情况下进行，以防止一次回路分流，产生误差）。改变外加电压U,会得到不同的I0。多组U和I0的组合，就构成了伏安特性试验数据。将这些数据所对应的点在U－I0坐标系中绘出并连成曲线，就是互感器的伏安特性曲线。该曲线上任一点的切线，就近似是该点的数据所对应的励磁阻抗。

图1CT的伏安特性曲线

图1是比较典型的伏安特性曲线。由图中可见，励磁阻抗并不是一个恒定的值，而是随着I0的变化不断变化的。

这种U－I0曲线，只能近似表示励磁阻抗的特性。真正加在励磁阻抗Ze上的电压并不是U，而是E2。用U来计算励磁阻抗实际上是将二次绕组阻抗Z2包含在内了。实际工作中，一般用二次绕组电阻来近似代替整个二次绕组阻抗Z2。

这样以来就可以得出励磁电压E＝U－I0*Z2

从而的求得励磁阻抗Ze=E/I0

3.2.电流倍数m的确定

电流倍数m的确定，根据不同的保护类型有不同的计算方法。一般来说可以选择电流保护整定值所对应的一次电流倍数。即

m=Iset/I1n

式中Iset为电流保护整定值，当某个CT对应多个电流保护时，取其最大值。

3.3.伏安特性数据的选取

通过伏安特性试验得到的数据为多个数据组时，一般借助下面的等式进行计算：

m＝I1/I1n＝10I0/I2n

I1为3.2中我们计算m值时所用的电流值；10I0为对应于I1的二次电流，考虑到10％误差的极限要求，所以用10I0表示。

由于I1n、I1和I2n均已知，通过上式我们就可以在知道对应的保护型式时，计算励磁阻抗所用的励磁电流。

就可以选取一组伏安特性数据（U－I0）利用3.1的公式计算出相应的励磁阻抗了。

当然，如果计算出的I0值在试验数据中没有，则还要采用插值法近似求得，计算得到的励磁电阻值计为Zs。

3.4.互感器实际二次负荷的测量

在测量CT二次实际负荷时一般都采用二次回路的直流电阻来代替实际二次负荷。通常情况下是在CT停止工作时，将二次回路断开（例如断开CT二次连片），然后用直流电桥直接进行测量，得到的电阻值计为Zc。

3.5.分析结论

计算出了实际励磁阻抗Zs，又测得了互感器的二次实际负载Zc。那么根据10％误差的要求，即：如果Zs≥9Zc，则表示二次负荷满足10%误差要求，反之则不满足10%误差要求。

以上是对单相CT二次负荷进行的分析，实际上现场使用的大多数CT都是三相的。从前面的分析可以看出，如果CT的三相二次负荷不平衡，会使各相铁芯的饱和程度不一致，从而导致CT二次侧电流的三相大小不一致，即三相电流不平衡，不满足继电保护装置对输入电流的要求，因此对于三相CT的二次回路负荷，除了应该满足Zs≥9Zc以外，三相二次负荷之间的误差也应该较小（一般应小于5%）。

以上是现场实际工作中通过试验的方法来判别CT二次回路直阻能否满足现场要求的方法。

4.结束语

通过以上分析可以看出，CT的二次回路直流电阻对其测量误差有着直接的关系，如果直流电阻数值过大，有可能造成CT测量误差过大，不满足现场保护或测量的要求，因此应该定期对CT的二次回路直流电阻进行测量，并判断是否超过最大允许负荷。

其判断的方法为，通过现场试验的方法分别计算（或测量）出在一次侧通过最大允许电流的情况下的励磁电阻Zs和CT的实际二次回路电阻Zc，然后对二者进行比较，当Zs≥9Zc时，且三相测量电阻Zc(A、B、C)之间的大小误差在5%以内，才能满足CT的实际运行需要。此即CT二次回路电阻合格的标准。

参考文献：

（1）《测量用互感器原理及误差测试》舒开旗叶利湖北省电力试验研究院

（2）《电路理论》杨开富华中科技大学出版社

（3）《GB1208-1997CT标准》