保护用电流互感器励磁特性现场测试及数据分析

及保护用电流互感器选型进行了阐述，对励磁特性曲线测试数据进行了分析。关键词：电流互感器；励磁特性；直流法中图分类号:TM452 文献标志码：B 文章编号:2095-6614(2019)05-0017-04Field Test and Data Analysis of Excitation Characteristics of

Protective Current TransformerZHAO Zeqing',SHI Fangfang2,ZHANG Zehui3,ZHAO Zening4,ZENG Qingjie2,SUN Jiayue3(1 .State Grid Shandong Maintenance Company, Jinan 250000, China ；2.State Grid Shandong Electric Power Research Institute,Jinan 250000,China；3.State Grid Qingdao Power Supply Company, Qingdao 266000, China ；4.Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, China)Abstract： Reliable action of relaying protection requires that protective current transformer should transfer the short circuit

current to the secondary side correctly and the error should be within the allowable range.The test of its excitation

characteristic curve is an important means to examine the performance of current transformer and judge whether it meets the requirements of correct action of relaying protection.This paper elaborates the principle of cuiTent transformer, the cause of error

and type selection of protective current transformer, and analyzes the test data of excitation characteristic curve.Key words： current transformer ； excitation characteristic ； DC testing method0有效检验电流互感器的性能，判断励磁特性曲线是 引言否满足继电保护装置正确动作的要求切。电流互感器能否满足系统或设备故障工况的要 求，正确反映正常运行状态及故障状态时的电流大

1电流互感器工作原理及误差产生原因小和相位且误差不超过规定值，对于继电保护装置 电流互感器的作用是将一次侧大电流转换为二 的正确动作至关重要。在500 kV及以上电压等级电

次侧标准化小电流（5 A或1 A）,可靠隔离二次设备

力系统的短路暂态过程中，由于短路电流时间常数 与一次设备，形成独立于一次系统的二次系统。其一 大，可能存在大量非周期分量，除断路器保护外，大

次绕组串联在一次回路中，匝数少。二次绕组匝数 部分保护选用抗饱和能力强的TPY级电流互感器。 多，且二次侧所接设备阻抗小，理想情况下电流互感 对保护用电流互感器开展励磁特性曲线测试，能够器运行在近似短路状态。电流互感器原理如图1所

收稿日期：2019-07-23示，采用“减极性”原则标注极性，其中P、S分别为一 作者简介：赵泽簣（1992）,男，助理工程师，研究方向为电力系

次和二次极性端,一次电流从一次极性端流入，二次

统自动化、变电检修。极性端流出⑵。18保护用电流互感器励磁特性现场测试及数据分析Vol.22 No.5内再次发生故障，剩磁与短路电流产生磁通相叠加，

—-O Si将严重影响电流互感器暂态特性，所以TPY级电流

:二次互感器剩磁系数应小于10%⑹。而由于P级电流互

；绕组感器不考虑非周期分量影响，所以能够正确反映直 :----------o s2流分量衰减完后的电流。图1电流互感器原理图理想情况下，忽略励磁电流影响，一次电流可以

按变比成比例折算至二次电流。但实际情况下，励磁

电流不为零，导致一次电流折算到二次侧后幅值产 生一定误差，即电流互感器变比误差。当发生故障

时，其短路电流中衰减的直流分量将导致电流互感 器铁芯迅速饱和，励磁电流将迅速增大，因而产生较 大的变比误差。励磁电流还将导致二次电流与一次

电流间产生变比误差⑶。电流互感器的变比误差为：500 kV及以上电压等级系统，由于一次时间常 77=^^X100% (1)

数较大，发生较为严重的暂态饱时，可能会导致保护

/■误动或拒动的严重后果，所以保护用电流互感器应 式中：人、厶分别为一次侧和二次侧电流。保证在实际工作暂态误差不超过规定值，所以一般

电流互感器的铁芯饱和是影响电流互感器性能 线路保护、变压器保护、母线保护均选用TPY级电

的最重要因素。保护用电流互感器必须要按照二次

流互感器。TPY级电流互感器剩磁系数应小于10%, 负载大小及可能出现的最大短路电流进行10%误差 但是从饱和到剩磁状态过程中，二次回路的电流值

曲线的校验。电流互感器变比误差在10%范围内是

较高且持续时间较长，对失灵保护快速性要求有一 继电保护装置允许的最大误差，也是进行整定计算 定影响，所以断路器保护不宜选用TPY级电流互感

的计算依据。而校核电流互感器10%误差的重要步

器，而一般选用P级电流互感器。除断路器保护外， 骤之一就是获取电流互感器的励磁特性曲线。高压电抗器的保护也宜采用P级互感器。2保护用电流互感器选型3电流互感器励磁特性曲线测试方法保护用电流互感器主要有P类和TP类两类。P 目前电流互感器的励磁特性曲线测试方法大致

级电流互感器的准确限值是由一次电流为稳态对称 可以分为工频法、低频法和直流法3」。电流时的复合误差或励磁特性拐点来确定的，该类

3.1工频法电流互感器未考虑非周期分量对电流互感器的影

工频法为传统测试方法，电流互感器一次侧绕 响⑷。TP级电流互感器的准确限值是考虑一次电流 组开路情况下，在二次侧加频率为50 Hz的电压，逐 中同时具有周期分量和非周期分量，并按某种规定 渐调节电压幅值直至拐点电压以上，得到被测试电

暂态工作循环时的峰值误差来确定的，该类电流互

流互感器的励磁特性曲线。该种测试方法原理简单， 感器适用于考虑短路电流中非周期分量暂态影响时 但对于500 kV或1 000 kV电压等级电流互感器的

的情况®。TPY型绕组，拐点电压可能达到20 kV以上，而试验

在发生短路故障时，电流互感器的工作区域如 电源无法达到该电压水平，工频法无法满足测试要

图2所示。短路电流中含有大量直流分量，容易导致 求，因此又提出了低频法与直流法测试方法。电流互感器铁芯饱和，且故障后电流互感器中将产

3.2低频法生大量剩磁，剩磁在正常状态下不易消失，若短时间低频法的基本原理是额定频率等效电压与低频

国网技术学院学报第22卷第5期Journal of State Grid Technology College19试验电源电压比值等于额定电压频率与试验电压

频率比值，即:丄丄

(2)Ug仏式中：U为工频电压，血 为低频下试验电源电压,

/为50 Hz九.为试验频率。相比于工频法，低频法能够在较低的试验电压 下获得与工频法相同的拐点电压，从而解决了工频

法受试验电源电压限制的缺点，无需大容量升压装 置即可获取所需拐点电压。3.3直流法直流法是在被测电流互感器二次侧加恒定直流 电压而产生恒定磁通，使励磁电流逐渐上升达到饱

和，再通过数学算法，获得电流互感器励磁特性曲线

的测试方法,该测试方法速度快且测试精度高。目前对于超高压及特高压系统电流互感器的测

试,广泛采用低频法和直流法。4励磁特性曲线现场测试采用直流法进行现场电流互感器励磁特性曲线 测试接线如图3所示，电流互感器在一次侧保持开

路，二次侧加测试量。TA测试仪输出端子S,和测量 端子Sj分别与被测电流互感器Si端相连,TA测试 仪输出端子S2和测量端子S2分别与被测电流互感

器S2端相连。通过在二次侧施加测试信号，使电流

互感器逐渐饱和，得到励磁特性曲线。根据测量原理

不同，施加测试信号不同何。直流法原理测试仪测试 信号为正负直流电压，变频法为交流变频电压。本文

中采用直流法进行测试。现场试验过程中应注意：充分了解工作现场，明 确试验间隔，提前做好测试准备工作；电流互感器励

磁特性曲线测试仪金属外壳可靠接地，试验所用测 试线绝缘良好；已投运变电站扩建间隔测试，与带电

间隔隔离；每次重新接线后需确认接线无误后再次图3 TA励磁特性曲线现场接线开始试验。某特高压变电站开关电流互感器TA|、TA3绕组

名牌参数如表1所示。表1 电流互感器名牌参数参数TA.ta3准确级TPY5P25频率/Hz5050额定负荷/VA1215一次电流/A3 000

3 000二次电流/A11直阻/Q67对TA,进行测试，励磁特性曲线如图4,测试数 据如表2所示。TA饱和时的拐点电流和电压为:

/g= 1.094 90 A,〃尸13 191 VoCS

滨取生曲

0.0001 0.001 0.01 0.1 1电流峰值/A图4 TA,励磁特性曲线表2 TPY级电流互感器现场测试结果心/A

Ug/V7.850 50015 557.764.421 13515 364.281.399 2214 182.371.049 97812 902.440.785 90710 17&340.589 5987 826.4340.442 242

5 923.4630.331 972

4 455.689对TA,进行现场测试后其他励磁特性测试数

据：二次时间常数为3.463 s,剩磁系数为1.32%,不 饱和电感和饱和电感分别为59.42 H和0.411 H,暂

态面积系数为7.098,峰瞬误差为0.806%。20保护用电流互感器励磁特性现场测试及数据分析Vol.22 No.5对TA3进行测试，励磁特性曲线如图5 ,测试

数据如表3所示。TA饱和时的拐点电流和电压为：/g=0.157 65 A,t/g=154 3 Vo最辄蛋却

电流有效值/A图5 TA3励磁特性曲线表3 P级电流互感器现场测试结果心/A如/V3」25 7952 108.6441.261 8531 975.6120.448 5311 843.6950.178 4831 595.5520.108 2721 371.7230.084 2321 245.0260.051 367965.865 40.031 315671.351 70.331 9724 455.689对TA】进行现场测试后其他励磁特性测试数

据:二次时间常数为2.7976 s,剩磁系数为67.43%,不 饱和电感和饱和电感分别为57.47 H和0.574 H,复 合误差为0.1086%o对TPY级电流互感器，根据厂家规定的C-O-

C-0双循环工作方式，结合相关额定参数，计算可得

被测TPY级电流互感器的额定等效二次极限电动 势为11 kV左右，通过比较可知实际拐点大于电流 互感器的额定二次极限电动势并留有2 kV左右裕 度。对P级电流互感器同样计算额定二次极限电动势并与实际测量拐点相比较。通过与厂家提供电流互感器岀厂励磁特性曲线

比对，并将实际测量拐点电压与计算所得额定二次 极限电动势相比较,TPY级电流互感器TA|和P级 电流互感器TA3拐点电压、拐点电流均在允许范围

内，电流互感器不存在匝间短路等质量问题，电流互 感器可满足运行要求。5结束语电流互感器励磁特性曲线测试是检验电流互感

器质量，验证保护用电流互感器能否满足运行需求

的重要途径。本文对保护用电流互感器误差产生原

因、变电站典型TA配置进行阐述，并结合某特高压 现场测试结果，验证所测TA励磁特性曲线满足特高 压大容量、高变比的运行要求，可为保护用电流互感

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