電流互感器的伏安特性測試及其意義

電流互感器（通常簡稱CT或TA）是電力系統(tǒng)常用的測量元件之一，在從400V以下的低壓系統(tǒng)到10kV、35kV、110kV、220kV乃至750kV級別的超高壓電力系統(tǒng)中廣泛采用，是可靠隔離高電壓，并將一次回路的大電流轉換為二次側可供繼電保護、二次儀表測量所需要的安全級別標準小電流所必需的設備之一。其重要性不亞于電力變壓器、高壓斷路器、避雷器、電壓互感器等電力系統(tǒng)元件。

其二次電流通常有1A、5A兩種規(guī)格。一次電流可從通常的100A~5000A直到上萬A的級別，通常400V以內的低壓系統(tǒng)常用的電流互感器一次電流不超過3000A。

電流互感器的二次側在運行時嚴禁開路，并需有一點可靠接地。

電流互感器的伏安特性（也稱勵磁特性）是電流互感器最重要的交接性試驗之一，其與電流互感器的變比、角差、10%誤差測試、一次和二次繞組直流電阻、工頻耐壓試驗等項目同樣列為GB50150-2016國標要求的必需試驗項目。

下圖為一典型的電流互感器的伏安特性曲線，可以看到曲線有明顯的拐點，從數學角度看，拐點前后的斜率變化很明顯。

電流互感器的伏安特性指的是互感器二次繞組的電壓與電流之間的關系。試驗時在二次繞組施加交流電壓，一次繞組開路，從小到大依次調整電壓，記錄所加電壓對應的每一個電流值，并畫在同一個直角座標系中，以電壓為縱座標，電流為橫座標，各點所連成的曲線稱為伏安特性曲線（樣條法或擬合法）。試驗時電壓從零向上依次遞升，以電流為基準，讀取電壓值，直至額定電流。若對特性曲線有特殊要求而需要繼續(xù)增加電流時，應迅速讀數，以免二次繞組過熱。

電流互感器勵磁特性測試的目的有以下幾點：

1、檢測電流互感器鐵芯的磁性能：飽和點、飽和點之前的B-H線性程度，也可測試其磁滯回線；測量時，需要測出互感器勵磁電壓、電流的對應關系，以及飽和點（拐點）處的電壓、電流值。

下圖所示為電流互感器鐵芯的磁滯回線曲線：

2、伏安特性是檢測CT飽和點的試驗，對于繼電保護專用的CT，在電網短路故障狀態(tài)下的大電流極限狀態(tài)下工作時，對其線性輸出有較高要求，要求其盡量延后飽和；而測量繞組或計量繞組就不需要考慮大電流情形下的工作條件，只需在額定電流范圍附近（額定電流1.2倍以內） ，輸出精度滿足需要即可。

3、由于電流互感器鐵芯具有逐漸飽和的特性，在一次側通過短路電流時，電流互感器的鐵芯趨于飽和，勵磁電流急劇上升，勵磁電流在一次電流中所占的比例大為增加，使比差逐漸移向負值并迅速增大。作為繼電保護用的電流互感器應該保證在比額定電流大數倍的短路電流下能夠使外部控制回路可靠動作。

4、測量電流互感器的勵磁特性的一個重要目的是：可用此特性計算10％誤差曲線，可以校核用于繼電保護的電流互感器的特性是否符合要求，并從勵磁特性曲線中發(fā)現一次繞組有無匝間短路。

電流互感器的10％誤差曲線，是指當變比誤差為10％時，一次電流倍數與二次負載的關系曲線。10%誤差曲線的作用主要是用于選擇繼電保護用的電流互感器，或者根據已給的電流互感器選擇二次電纜的截面。

電力系統(tǒng)正常運行時，電流互感器的勵磁電流成分很小，比差也很小。但當系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，一次電流很大，鐵芯飽和，電流互感器的誤差會超過其二次繞組所標定的準確等級所允許的數值，而繼電保護裝置恰恰在這個時候需要正確動作。因此，對于繼電保護專用的電流互感器二次繞組提出了一個最大允許誤差值的要求，互感器的一次電流等于系統(tǒng)最大短路電流計算值時，其比差不超過10%（角差一般不超過7度左右）。在10%誤差曲線以下時，才能保證角差小于7度以內。為滿足這些要求，在電流互感器使用前，按國家GB50150-2016規(guī)范的要求，應對電流互感器進行“10%誤差曲線”測試，以確定其是否能夠投入運行。

實際工作中常常采用伏安特性法先測量電流互感器的伏安特性曲線，再繪出“電流互感器的10%誤差曲線；同時，通過測量電流互感器的伏安特性曲線，還可以檢查二次線圈有無匝間短路。

電流互感器的變比誤差除了與互感器本身的特性有關外，還和互感器二次負載阻抗有關，制造廠一般對電流互感器都提供了在10%誤差曲線下允許的二次負載阻抗，當我們已知M10（最大短路一次電流）時，從10%誤差曲線上可以很方便地得出允許的負載阻抗，如果它大于或等于實際的負載阻抗，誤差就滿足要求！否則應設法降低實際負載阻抗，直至滿足要求為止。

也可以在已知實際負載阻抗后，在該曲線上求出允許的M10（短路一次電流），與流經電流互感器一次繞組的最大短路電流計算值作比較，如果它小于或等于實際的負載阻抗，誤差就滿足要求，否則應設法降低實際負載阻抗直至滿足要求為止。

下圖為一典型的10%誤差曲線：

下圖為誤差曲線對應的數據：可以看到，電流倍數越大，允許的二次負載越??；也就是說，輕載時互感器的帶載能力較強，重載時互感器的帶載能力較小。

測量電流互感器的伏安（勵磁）特性還可發(fā)現同一只互感器的各二次繞組引出標志是否正確，電泫互感器的二次繞組一般分為計量級（S級）、測量級、保護級（P級），如下圖所示：

計量級和測量級二次繞組的測量精度較高，誤差較小，但飽合較早，拐點電壓較低；而保護級的的二次繞組飽合較晚，拐點電壓較高，通過分析拐點電壓的區(qū)別，可以檢測出電流互感器的二次標志引出是否正確，通過判別伏安特性曲線的形狀可以發(fā)現電流互感器二次側是否有匝間短路，通過判別磁滯回線，可以發(fā)現鐵芯有無問題。

下圖為一只變比為1000/1A的電流互感器的保護級二次繞組的伏安特性曲線，可以看到其拐點電壓較高，為633V。

下面是這只互感器測量繞組的伏安特性曲線，可以看到，拐點電壓僅為46V。

當電流互感器一次繞組有匝間短路時，其勵磁特性在開始部分電流較正常的略低，因此在錄制勵磁特性時，在開始部分多測幾點。在進行伏安特性試驗時，其輸出電流一般符合以下規(guī)律：對于額定二次電流為1A的互感器，其拐點電流一般小于1A；對于額定二次電流為5A的互感器，其拐點電流一般小于5A。

下面是一組互感器的伏安特性試驗數據：

為防止電網故障情況下CT飽和造成保護拒動，需要通過伏安特性試驗測試電流互感器的飽和曲線。通過電流互感器的伏安特性試驗，可得到電流互感器額定二次極限電勢，與通過短路計算得出的二次極限電勢比較，如小于后者，則該CT在承受短路電流情況下飽和特性不能滿足要求，要采取措施整改。

CT伏安特性試驗通入的電流或電壓以不超過制造廠技術條件的規(guī)定為準。當電壓稍微增加一點而電流增大很多時，說明鐵芯已接近飽和，應極其緩慢地升壓或停止試驗，利用現在基于單片機和功率IGBT元件構成的智能型電流互感器測試儀，可快速進行勵磁特性的測試。

現場進行CT伏安特性試驗的幾點注意事項：

1、一般在現場工程應用中，采用比較法進行比對：即同一型號的電流互感器，通過試驗，得到的伏安特性曲線基本相同即可。

2、電流互感器的伏安特性試驗，只對繼電保護有要求的二次繞組進行。

3、測得的伏安特性曲線與已往運行或出廠的伏安特性曲線比較，電壓不應有顯著降低。若有顯著降低，應檢查二次繞組是否存在匝間短路。

雖然根據國家規(guī)程規(guī)定，當對繼電保護有特性要求時才進行該項試驗，但在調試工作中，當對測量用的電流互感器發(fā)生懷疑時。也可測量該電流互感器的勵磁特性，以供分析。