电磁式电流互感器饱和特性研究

　　电力工业是国家发展支柱行业，与国民经济健康发展息息相关。从社会利益而言，电网的安全和经济运行意义重大。近年来，国家支持电力系统的发展，对其投入大量的资金、人力，但安全问题是悬挂在电力系统上的一把利剑，特别是电力系统规模在不断发展壮大，从而是维护与检测成为重中之重，如何稳定、安全、经济的运行电力系统，是值得思考的问题。

　　作为最基本的电气设备之一，电流互感器可以实时测量负载和故障电流。电力系统的安全可靠运行，与电流互感器在准确度与可靠性上具有很强的依赖性；在电力测量、电力监控和继电保护等领域，电流互感器凭借其独特性能有广泛的应用。

　　对一次电流的真实响应，是继电保护对电流互感器的基本要求。在面对故障电流之时，对电流互感器的要求是要及时且正确反应故障电流的大小、相位和波形。电磁式电流互感器是一种核心耦合，且以电磁感应原理为基础，具有非线性的励磁特性，能够变换电流并且普遍应用于电力系统中，当出现较大故障电流时，特别是非周期性成分和铁芯的剩余磁性，会导致明显的磁饱和励磁电流增加，从而使得电流互感器性能下降，这是由于继电器针对两次电流畸变而产生的保护作用而导致的。据有关资料显示，如宁夏电网和西北电网220kV及以上电网电流互感器均以P级为标准配置，总数量在10000支以上。其中以最大稳态短路电流来确定P类电流互感器，稳态饱和在一定的范围内是可行的，保护装置本身会产生暂态饱和，这样会导致误差产生；非周期性电流分量是电路系统出现问题时或不正常运转时，所产生故障电流而导致的，在这种情况下，暂态饱和会消减传变特性，使得继电器常常发生保护误动。如2010年11月17日19时20分，徐家庄330kV变电站内发生A相TA一次绝缘击穿和母线接地故障，川徐I线第二套主保护在I母线A相接地故障时，差动保护动作。鉴于此电流互感器性能下降，会导致电网保护出现误启动，从而影响电网线路正常工作，造成较大的经济损失。

　　短路电流也伴随着系统规模的日益发展，系统短路电流水平不断攀升。发生的几率在不断的增加，饱和问题愈来愈严重，尤其是电磁式电流互感器经常性的影响继电器的正常工作，产生十分不利的影响。因此，对其饱和特性方面进行研究是十分必要的。在研究电流互感器饱和特性的方法和手段中，采用物理试验是最直接和有说服力的，但是这种方法成本高，可重复性和可控制性较差，而且由于是大电流试验，所以存在较大的危险性。而采用计算机建模仿真则是一种即经济有高效的方法和手段。由于电流互感器模型和实际电流互感器的传变性能必然会在存在一定的偏差，所以如何建立一个能够很好地模拟实际电流互感器传变特性的电流互感器模型已成为当务之急，因此，研讨电磁式电流互感器的构建是非常有价值的。

　　在电流互感器传变特性和饱和特征研究方面，关于电流互感器饱和特性，国内外已有了相关研究，重点是如何绘制电流互感器铁磁回路曲线，常用的方法为数值分析法和现场试验法，但研究成果大多停留在稳态状况下，主要存在以下问题：

　　1）数值分析法能够绘制电流互感器的普通磁滞回线，并通过人工神经网络对局部（暂态）磁滞回路曲线进行拟合，但该方法目前仍不成熟，不能建立更为精确的电流互感器暂态模型。

　　2）现场试验方法可对电流互感器的测量误差进行检测，间接地分析电流互感器的饱和特性，但其常用的10%误差特性曲线法的试验电流远小于一次侧发生短路时的电流，因此该方法不能分析电流互感器的暂态传变特性。

　　3）对电流互感器在实际大电流，特别是含暂态非周期分量大电流的传变特性研究较少。继电保护的可靠性和故障诊断的准确性受电流互感器的暂态传变特性影响较大，当一次侧出现含较大非周期分量的暂态故障电流时，P级电流互感器将过饱和，其二次波形失真严重。

　　4）对差动保护两侧电流互感器的传变一致性研究不足。以变压器差动保护为例，两侧所配电流互感器的变比、准确级、额定容量的不同都会导致其在暂态大电流条件下传变特性的不一致，造成区外故障误动作时有发生。除此之外，还存在不同厂家电流互感器的负载大小、工况条件、铁磁材料的老化差异，对互感器饱和特性的影响程度不尽相同，对互感器传遍特性的研究也造成了困难。

　　现有文献中专门针对电磁式电流互感器饱和特性和建模技术开展的研究工作还不多，本文围绕相关的问题进行了全面的分析和研究，主要开展了如下工作：

　　1）对电磁式电流互感器的稳态与暂态传变特性两方面进行分析研究，并且在研究其特性的同时以及分析产生饱和的原因，为研究电磁式电流互感器的建模方法打下基础。

　　2）电磁电流互感器模型分为JA模型和卢卡斯模型，基于电力系统电磁暂态仿真软件PSCAD；且在建模理论、建模方法和仿真结果上应用普遍，分析研究了基于RTDS的电流互感器模型的建模方法，应用于继电保护测试领域。并与实际电流互感器二次侧电流波形做了对比，研究了模型的仿真准确度。

　　（3）构建了基于磁化轨迹随时监控的电磁式互感器的数字模型。对磁化轨迹等建立模型，并进一步分析建模方面的基本原理；磁核心的弹道特征，测定磁化轨迹的方法及其表达方法等构成了核心磁化模型建立的全过程，通过铁心磁化模型，将全电流方程与电磁感应方程进行耦合，并得出一定的优化结果；然后，计算出数字模型上的流程图，并以此为依据，分析了电磁式电流互感器的磁流变轨迹，并进行仿真，通过对两种电流波形进行仿真模拟，验证结果的正确性。最后，比较了本文提到的几种模型所需的参数和仿真结果，为读者在使用这几种模型时提供了直观的参考。

　　1、普通电流互感器结构原理

　　电流互感器的结构相对而言比较简单,通常情况下包含了壳体、一次绕组，还有铁心与接线端子等等。观察变压的具体结构，我们能发现，电流互感器与其在很大程度上具有相似性，只是电流互感器中使用的一次绕组使用的具体匝数低于变压器，用(N1)来表示，并且该构件一般都是与电源线路进行非间接性的连接，如果有一次负荷电流()流经，那么这个时候的交变磁通感应会出现相应的变化，即引起二次电流()，并且在固定的范围内有所降低；相比而言，我们能够发现二次绕组则比变压器的匝数(N2)多，同时因为仪表和变送器等各个构件中都存在着相应的电流线圈，并且存在着二次负荷(Z)，最终通过串联就会产生完整的闭合回路，见图1。

　　因为一次绕组和二次绕组有同样的安培匝数,I1N1=I2N2，在每一个电流互感器中，都会存在着固定的额定电流比：。在进行运转的时候，电流互感器拥有的负荷阻抗极低，并且其拥有的二次绕组一般情况下都趋向于短路，就好像此时的变压器本身就是在进行短路运行。

　　2、穿心式电流互感器结构原理

　　穿心式电流互感器拥有的结构有所不同，它不存在一次绕组的情况，其中安装的载流(此时应该确定为负荷电流)导线通常情况下都会先通过L1，然后再经过L2处，最终到达圆形（也有可能是其它的形状）铁心处，该构件使用的材料一般为硅钢片擀卷，通过上述的一系列过程，就能够形成相当于一次绕组的作用。如果要进行二次绕组，那么首先需要以圆形铁心为主，将其进行均匀的缠绕，然后和仪表、变送器等其他的各个电流圈相结合，就能够产生出完整的闭合电路，见图2。

　　由于穿心式电流互感器不设一次绕组，其变比根据一次绕组穿过互感器铁心中的匝数确定，穿心匝数越多，变比越小；反之，穿心匝数越少，变比越大，额定电流比：

　　式中I1——穿心一匝时一次额定电流；

　　n——穿心匝数。

　　3.1多抽头电流互感器。在该类型中，安装的一次电阻应该保持原有状况，但是如果需要组装二次绕组，那么就需要多安装抽头，这样才能够更好的得到不同变比。其安装的一次绕组，不管是铁心还是匝数都是固定的，并且具体为1,。至于二次绕组，则需要使用绝缘铜线，将其缠绕固定于铁心上安装的绝缘筒，对于那些不同变比的，这个时候就能够准确的找出并将其进行抽头引出，然后与接线端子座相连接，并在所有的抽头都应该安装相应的接线端子，从而形成变化，如图3所示。

　　在二次绕组中，如果多安装了两个抽头，具体K1和K2可以组合成100/5，K1和K3可以组合成75/5，而K3和K4则可以组合成50/5等等。在该类型的电流互感器中，存在着一个显著的特点，即如果需要对变比进行调整，那么就可以先掌握负荷电流变比的具体情况，然后改变二次接线端子中相应的接线情况，就能够达到目的，整个过程未使用电流互感器，具有很大的便利性。

　　3.2不同变比电流互感器。在该类型的电流互感器中，其不管是铁心还是一次绕组都是固定为1的，但是二次绕组的情况则不同，匝数为二，并且相互独立、互不影响，这样能够更好的适应当负荷电流确定时，具体的准确度和变比情况发生变化的情况，见图4。

　　比如在同一负荷的情况下,为了使电能的计量更准确,变比被要求比较小的一些准确度的等级要高一点;对于用电设备的继电保护,由于故障电流的保护系数比较大,所以它的变比较大一些,而准确度的等级则可以低一点。

　　3.3一次绕组可调，二次多绕组电流互感器。对于此类电流互感器，它自身就存在着一些去，如其实际变比量程较多，同时还能够进行变更，通常情况下都出现在高压电流互感器中。在该类型的电流互感器中，它的一次绕组能够被具体细分成两段，并且对应的贯穿于该装置中的铁心，在相应的二次绕组中，存在着两个相互独立的绕组，它们的准确度等级存在着差异，并且各带抽头。在每一个互感器的对应外侧，都会存在着连接片装置，这个时候再将一次绕组与其进行连接，适度的调整连接片位置，就能够让装置中的一次绕组实现合理串联，还可以实现并联接线，最终使得一次绕组拥有的实际匝数发生变化，产生出新的变比。相应的二次绕组也能够自动形成变比与精确度等级相异的绕组，因为一次绕组中存在的连接片会发生位置变动，所以其匝数也会发生调整，从而产生多量程的变比，如图5所示(虚线表示的是电流互感器装置中的一次绕组外侧中存在的连接片)。

　　该装置中的二次独立绕组拥有的变比与准确度等级都存在着差异，所以能够满足继电保护、电能计量等多种仪器的使用。例如当电流互感器一次绕组串联时(图5a)，1K1、1K2，1K2、1K3，2K1、2K2，2K2、2K3为300/5，1K1、1K3，2K1、2K3为150/5；当电流互感器一次绕组并联时(图5－5b)，1K1、1K2，1K2、1K3，2K1、2K2，2K2、2K3为600/5，1K1、1K3，2K1、2K3为300/5。其接线图和准确度等级标准在铭牌上或使用说明书中。

　　(a)一次串联(两匝)(b)一次并联(一匝)

　　3.4组合式电流电压互感器。这种电流电压互感器是构成是电流互感器和电压互感器,在高压计量箱柜上常见,既可以为继电保护装置提供相应的电源，也可以充当计量电能。

　　所谓的组合式电流电压互感器，其实就是把多台（通常情况下数量为二或者三）电流互感器中存在的一次绕组和二次绕组，还有铁心装置与相应的电压互感器中的相同配件都在钢铁构架上进行准确的稳固，然后再将其放置入箱体中，并且在该箱体中应该安装有相应的变压器油，接着将两种类型的绕组出线都进行引出，直至该箱体外侧安装的两侧瓷瓶上，区分出高低压，最终得到一个装置，一是处于封闭状态，二是属于绝缘体。在整个装置的一次侧，应该和相应的供电线路进行合理的连接，在对应的二次侧，则应该和相应的继电保护装置完成合理连接，或者选择计量装置进行连接。因为需要会存在相应的差异，所以能够对组合式电流电压互感器进行相应的分类，一种是使用V/V接线，还有一种是使用Y/Y接线，但是不管三相负荷是处于不平衡状态还是处于平衡状态，都能够完成对其电能的计量，见图6(a)、(b)。

　　(a)两台电流互感器和电压互感器V/V接线

　　(b)三台电流互感器和电压互感器Y/Y接

　　电流互感器同变压器相似,它的结构由一次、二次绕组、铁芯和端子组成。二次绕组、铁芯和端子组成。当一次绕组两端被接入到电路中，即形成电流，由于铁芯的磁通效应，二次绕组中也将存在电流，其电流大小并与一次绕组中的电流按两个匝数的比列存在。如图2-2所示，所需要接的负载接入到二次绕组的两端，与二次绕组形成回路，其电流大小主要取决于一次绕组中的电流、绕组两者间的匝数比,其可以同电流互感器的作用一样。

　　和普通电流互感器相比较，直通式电流互感器存在着一定的不同，其一次绕组中不存在电流，从L1到L2通过硅钢片制成的滚动卷轮（或其他形状）缠绕铁芯，两个绕组直接缠绕在圆铁芯上。直通式电流互感器如2-3图所示。

　　电磁式电流互感器其优势在于稳定性强，安全性高，可以长时间运行。不过随着电力需求不断增加，给电力传输带来了很大的挑战，所需要传输的电力量也越来越大，随着增加其电压等级。电力系统的额定电压和额定电流迅速增加。现代电力系统中使用的电流互感器的工作环境已经变得非常复杂。电磁式电流互感器也在实际运行中出现了一系列问题，其中最严重的一个问题就是存在暂态过程和饱和问题。当在实际过程中，电流互感器如果处于饱和状态，那么此时即使负载中通过二次绕组的相应的电流无法进行正常的运行，并且会出现波形缺失或损坏的现象，这就会直接对继电保护造成很大的影响，同时，也会间接地影响到电力系统的正常运行，给电力系统的稳定运行带来隐患。所以,影响继电保护的关键在于电流互感器饱和。

　　2.2、电流互感器使用注意事项

　　1.极性连接要正确。在对电流互感器进行标注的时候，通常情况下都会以其减极性为依据，为确保计量正确，应该使极性连接处于合理状态。如果同一线路中出现了几台电流互感器之间相互并联的情况，那么此时往往会出现短路。

　　2.二次回路应设保护性接地点，并可靠连接。在一、二次绕组中，可能会出现因绝缘失效而导致高电压流至相应的低压侧，这样不仅会破坏仪表，还会造成安全事故，所以为避免这一类现象的发生，需要在电流互感器中相应的二次侧安装一个保护性的接地点，而同时距离电流互感器的所有箱体端子也应该进行接地处理。

　　3.运行中二次绕组不允许开路。否则会导致以下严重后果：

　　（1）二次侧出现的高电压会危及人身和仪表安全；

　　（2）出现过热，可能烧坏绕组；

　　（3）增大计量误差。

　　4.用于电能计量的电流互感器二次回路，不应再接继电保护装置和自动装置等，以防互相影响。

　　2.2.1电磁式电流互感器存在的缺陷

　　当电压等级在进行提升并且其拥有的传输容量也在逐渐加大时，这个时候的电磁式电流互感器通常情况下会存在着几个缺点：

　　（1）绝缘体方式结构相对复杂、造价比较昂贵以及尺寸很大。因为电压等级在不断的上升，所以通常情况下会选择两种绝缘方式，一是油纸绝缘，二是气体绝缘，如果气压到达了一定的的高值，那么这个时候电磁式电流互感器就会选择串级绝缘。通常情况下，绝缘结构的复杂程度与电压等级是呈正比的，这在制造方面会带来很多的不便，造价也会提升。随着电压等级的变化，价格也几乎呈现出三次方趋势的上升。

　　（2）不能完全达到测量准确度的要求。因为存在着一次线圈等多个电位，所以二次线圈会处于相应的低压侧，并且同时和二次低压设备进行连接，而此时的线圈主要是通过铁心进行相互连接的。因为电压等级会发生变化，所以当其逐渐增大时，在高压与低压两者间会存在着一定的绝缘距离，并且会逐渐的加大。在这种情况下,通过增大磁路来加强一、二次线圈的联系是唯一的办法。在进行测量的时候，会存在着一定的误差，主要是受互感器的影响，如果平均磁路增长，那么误差就会变大，反之亦然。在电磁式电流互感器中，一般传统类型中的二次侧输出会拥有较高的功率，通常情况下都有几瓦值。不管是在一次侧、还是在二次测，都存在着直接性的电磁联系,并且一次侧在特定情况下还会受到来自二次侧的影响，最终对电流互感器能否准确的进行测量产生影响。观察电力系统能够发现，其测量准确度与电流互感器相比，往往会被限制于0.3级以下。如果使用的是暂态故障电流，那么此时的测量准确度还会受到因非周期分量电流而导致的铁心饱和的影响。

　　（3)安装、检修的不便和维护工作量的过大。巨大的体积和过重的分量使得电磁式电流互感器的运输安装极为不便,除此之外,为保证它的正常运行还需要绝缘支架来进行支撑,这样在很大程度上不利于进行维修。如果使用的是油浸式电流互感器，那么就需要在固定的时间里进行绝缘油化验工作，并处理渗漏油等各种相关问题。

　　(4)隐伏的危险难以避免。在使用电磁式电流互感器时，在它的一、二次两者之间，能够通过电磁变换原理合理的进行能量传递,所以该两者之间通常情况下都会有电磁联系。而在二次侧线圈中，如果受相关因素的影响产生了开路，那么一次测中存在的大电流会整体转化为励磁电流,此时相应的二次线圈中通过测感应能够产生一定量的高电压，不仅会对设备造成破坏，还可能引发安全事故。与此同时，还可能因为突发性的爆炸和相应的绝缘击穿情况使得出现单相对地短路情况。

　　(5)除了以上所列举的缺陷之外,铁磁共振、磁滞效应等不利因素也或多或少地存在于传统的电磁式电流互感器之中。

　　2.2.2电流互感器饱和对继电保护的影响

　　电流互感器在进行运作的，会出现一定的误差，这会不利于其实际运用，通常情况下造成这一现象的原因主要是因为饱和现象。在电流互感器中，如果其铁心中磁通密度上升到了相应的数值，那么就会产生饱和现象，如果磁通密度持续上升，那么励磁电流也应该相应地进行加大。在进行使用的时候应该限定于一次电流值的范围中，同时还应该确保二次电流中出现的综合误差低于相应的限定值。在电流互感器中如果安装有铁芯构件，那么其拥有的非线性励磁特性和相应的饱和值都会在一定程度上造成误差。将电流互感器实际拥有的饱和进行分类，主要存在着两大类型：首先是在大容量短路稳态的状况下，因为对称电流而出现的饱和情况；其次是在短路电流中，因为非周期分量变化与铁心拥有的剩磁而出现的相应的暂态饱和情况。上述的两种饱和状况在具体特性上存在着很大的差异，因此它引起的误差会很大。在可允许的误差范围内，将暂态饱和状况与稳态饱和状态相比较，能够发现其互感器中安装的铁心的具体截面值在很大程度上高出后者，甚至能够达到数十倍。

　　2.2.3防止电流互感器饱和的方法与措施

　　（1）对短路电流进行相应的限制。当中压系统已经完成构建的时候，能够选择比原有电压等级更高出一级的环境中使用分列运行，从而达到对短路电流进行实际限制的目的。在进行了分列运行之后，会使得供电可靠性出现下降的情况，但是能够通过其它的途径进行应对，如电源自动投入等等。当构建一新系统的时候，往往会出现短路电流过高的情况，这个时候一般情况下都会选择串联电抗器来进行短路电流的限制。

　　（2）使保护级CT拥有的变比发生变化，并且是逐渐上升，在对保护级电流变比的具体值进行精确时，不能以负荷电流值为依据进行，应该通过流经继电保护装置的实际最高的短路电流以及此时的互感器中存在的实际负载能力和相应的饱和倍数值为基础，从而对CT变比进行确定。当保护级CT变比值出现上升情况时，会对其相应的继电保护装置造成一定的不利影响，影响CT二次回路的运作，并且不利于继电保护装置更好的进行监视程序。例：对10kV系统进行研究，我们能够发现当站用变压器的相关数值确定为400 kVA，那么其在60%负荷情况下进行运行产生的电流应该精确到13.8 A,此时以最大短路电流为基础进行核算能够发现其保护级电流互感器变比应该是600/5,通过相应的折算能够确定其二次侧处拥有的负荷电流应该实际为0.115A。此时的额定输入电流值也应该确定到5A的继电器,因为这个电流实在是太小了,所以往往容易被忽略。

　　（3）降低电流互感器拥有的二次负载值，在安装继电器保护装置的时候往往使用低交流功耗。如果选择的电流差动继电器为普通的电磁型，那么它拥有的交流电流功耗在各个回路基本上都能够达到8VA,相比较而言，微机型继电器中产生的所有交流电流功耗在各个回路只有很低的0.5VA,数量级之差达到了一个数量级,所以这个时候使用的继电保护装置不能具有较高的交流功耗。

　　在使用继电保护装置的时候，最好能够做到就地安装。该系统中的CT负载一般情况下受到的阻抗往往都是来自于二次电缆，把继电器保护装置科学的进行就地安装,二次电缆长度和互感器的负担都会相应的缩短和减少,而且有效地避免了饱和。除这些效益之外,还对二次回路进行了一定的简化，这样有利于增强供电的可靠程度。要做好就地安装，还是存在着很大的难度性，要求较高，如果出现较为恶劣的天气，就需要该装置能够具有很优的抗强电磁干扰能力。

　　对CT拥有的二次额定电流量进行降低。因为在CT中存在的实际功耗与相应的电流存在着一定的联系，并且具体表现为与其平方成正相关，所以把CT拥有的实际二次额定电流进行减少，由原来的5A转换为1A,同时使负载阻抗固定不发生改变，这个时候的二次回路功耗也会出现下降的情况，最高可以达到25倍，但是互感器通常情况下都难以达到饱和状态。在设置CT的时候，如果降低了其拥有的二次额定电流值，那么此时的继电保护装置会受到一定程度的破坏。如果二次电流量出现降低的情况，那么此时就应该使继电器拥有的灵敏度进行提升，同时它还会与抗干扰能力以相应的矛盾而存在。继电保护装置如果已经实现了就地安装，那么因为其二次电流电缆的实际长度值有限，同时电磁干扰水平又相对较好，那么这个时候在选择互感器的时候往往会将二次额定电流值精确到5A。

　　（4）在选择机电保护装置的时候，通常都会考虑其拥有的抗饱和能力并且会选择性能较强的，同时还会遵循一个相应的原则，即对实际电流饱和产生的敏感度较低。继电器在进行工作的时候，因使用的原理不同而产生的实际工作效率也是不一样的，如果是相位判别原理，通常情况下它的抗CT饱和能力更强，当遭遇严重饱和状况时，它仍然能够将电流恢复至原来的相位。虽然使用负序电流保护会在一定程度上对CT二次回路断线造成负面影响，也会在出现三相对称故障时产生相应的拒动行为等等，但是能够通过提升附加判据来进行应对和调整。这种方式也存在着不足,要克服这些缺点增加附加判据是必不可少的。在前面的描述中我们能够得出，不管是和有效值判别相比，还是和平均值判别相比，瞬时值判别拥有的抗TA饱和性能都是最强的。虽然保护具有一定的时限性，并且电流也存在着非周期分量情况，但是这并不影响动作的精确度，相比较工频分量判别而已，使用全电流判别更有利于抗TA饱和性能的提升。

　　2.3.1稳态传变特性试验分析

　　电流互感器的准确级对电流互感器的维护，可用来检测电力系统是否在正常运转，其输出的精度对继电保护、监控装置有着直接的影响。因此，对电流互感器的保护，最基础的要求是要在一次电流的额定的条件下，其电流误差不能超出所规定的误差范围。其具体的误差范围，或者说其误差极限值。而对于暂态情况，电子式互感器与常规互感器的特性有较大的差异，当二次绕组接入额定负载，一次绕组内的电流在额定电流的限值内，其误差不能超过误差限值，并对电流互感器的准确级和额定准确限值系数作严格规定标注。举个例子，5p30表明电流互感器是5P水平，和额定准确限值系数为30，即两倍的电流互感器连接到额定负载。主电流在额定电流的30倍以内范围中，通过所还规定的可以得出，在此条件下其综合误差应不能超过5%。稳态传变特性试验主要从电流互感器的电流误差、相位误差及复合误差来分析电流互感器的稳态传变特性。

　　2.3.2暂态传变特性试验分析

　　当电力系统出现短路故障时，暂态直流分量通常以指数衰减的形式存在。此刻为保证继电保护装置准确的运作，当电力系统反思故障，或是设备和故障时，继电保护互感器此时应该发挥作用，即发生短路时，电流互感器通过将本身的一次电流变为双回路，将误差保证在误差极限值以下，从而其起到了保护。电流互感器暂态饱以及造成的电流波形畸变将都会影响继电保护的正确动作,从而使继电保护动作延迟，缩短保护范围，甚至造成保护故障。在一次回路中出现短路现象时，电流就会产生分周期分量。传输过程中，在低等频率和低频分量时，需要的励磁电流往往较大，这就严重消弱甚至破环了电流互感器的性能。在实际使用中，电力系统内的故障电流主要分为稳态工频和衰减直流这两个部分，衰减直流分量的积分作用是电流互感器产生饱和现象的主要原因,一旦直流方向上的分量存在饱和剩磁效应的现象,那么它的饱和将变得更严重,甚至会影响到的电流传感器。在直流分量不断衰减，直至消失殆尽时，其中产生的励磁电流也同时逐渐减小，最终电流互感器就脱离饱和状态，此时形成稳态短路电流，这就是暂态饱和特性。电流互感器暂态饱和时有3个明显的特征：（1）在每个周期内电流互感器在线性区与饱和区之间转换一次。在过零点附近，一次电流线性变化时，二次电流的波形出现畸变现象。（2）在发生故障后，互感器并不会一下子饱和，其饱和过程也需要时间，那么在故障开始时，直到饱和状态，存在一个时间差。（3）电流互感器饱和之后,其有很多高次谐波和畸变的波形,并且输出有效值减小。

　　本章通过对不同类型互感器，从结构、原理、功能上做了分析和比较，针对不同型号电流互感器（开展了稳态传变性能、暂态传变性能试验，设计了将电流互感器串联实验，使得其一次电流保持相同，通过实验进行对比，不同互感器的稳态和暂态特性。并通过试验取得的数据，结合铁芯的结构、稳态分量的大小、周期分量和衰减时间常数等参数对于互感器饱和特性的影响。

　　由于短路电流中剩磁和非周期分量的存在使得电流互感器饱和问题日益突出，已对继电保护装置的动作上的准确性产生很大的影响，而饱和性是针对于电流互感器而存在的，对其进行建模分析，进行动态控制，意义重大。

　　1）研究了电流互感器的原理和结构，选取三个生产厂家的电流互感器。其中选用了4支5P30型电流互感器，2支TPY型电流互感器；另外，还有1支电子式电流互感器，2支5P20型电流互感器，一共9支电流互感器。按照型号不同，分开进行试验，分析比较了各型号电流互感器的稳态及暂态传变特性。针对同种型号的电流互感器，随着一次电流增加电流互感器传变误差增加。针对不同型号的电流互感器由稳态传变特性试验结果可知：部分P级电流互感器试品在额定准确限值一次电流下复合误差或电流误差超过限值要求，不同的厂家相同型号的电流互感器稳态性能也有所不同,同一个厂家相同型号的电流互感器稳态性能也存在着差异;稳态传变性能上的优点是TPY级电流互感器所拥有的。由暂态传变特性试验结果可知：暂态传变性能也是TPY级电流互感器自身的优越性能之一；P级电流互感器暂态传变性能受故障电流稳态分量、非周期分量及铁芯剩磁影响，稳态额定准确限值条件下满足误差限值要求的P级电流互感器，在暂态峰值的情况下，此时的电流与低于稳态峰值状况相比，其拥有的电流互感器会处于一个暂态饱和的状况，如果出现了再次故障，那么此时对其拥有的稳态性能进行预测能够通过轻重程度来进行。

　　2）考察了对电流互感器产生饱和影响的主要因素：（1）铁芯的结构参数，如铁芯截面积、铁芯饱和磁通密度。为了使饱和起始时间得到有效的增长，增加铁芯的截面积以便使二次电流的畸变程度得到减轻。铁芯材料不一样，导致了铁芯饱和磁通密度也是不一样的。铁芯饱和磁通密度越大，铁芯越难以饱和。（2）对于一次电流来说，其稳态分量的在计算上，其有效值越大，铁芯越容易饱和。（3）一次电流非周期分量的越大，铁芯越容易饱和。（4）一次电流对二次电流的波形也有影响，二次电流波形畸严重的程度，也随着非周期分量衰减时间常数与饱和时间的逐渐增大而增大。

　　3）电流互感器铁芯中的剩磁。从剩磁对电流互感器饱和程度的影响来看，在首次故障时饱和效果是很小的，如果在极性方向来看，若其与短路电流是一致的，则会使铁芯会很快达到饱和状态。

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