抽头式电流互感器的常见问题分析

抽头式电流互感器的常见问题分析

摘要：“电流互感器二次回路严禁开路”，这是《电业安全工作规程》的规定，也是每个电业工作人员头脑中根深蒂固的观念。

关键词：电流互感器抽头式开路短接

一、电流互感器的工作原理介绍

电流互感器是电力系统广泛使用的一种变换电流的电气设备。其使用目的为：

1.使检测回路与被测系统隔离，以保障工作人员和检测设备的安全；

2.与测量仪表配合，实现电流的测量；

3.为各类继电保护装置提供模拟量。

电流互感器有各种规格，电力系统使用的电流互感器，二次侧额定电流一般都统一设计成5A或1A。下面，简要分析一下电流互感器的工作原理。

电流互感器类似一台一次线圈匝数少、二次线圈匝数多的升压变压器。由于二次侧串联的是阻抗很小的电流表和其他仪器仪表的电流线圈，运行中的电流互感器又类似工作在短路状态的变压器。电流互感器是按照一、二次电流与一、二次线圈匝数成反比的规律检测一次电流的。应当指出，电流互感器的一次电流决定于一次负荷的大小，而与二次负荷无关。在规定的范围内，电流互感器的二次电流也与二次负荷无关，而之决定于一次电流的大小。如图1.1所示。

图1.1 电流互感器工作原理分析图

图中I1为一次电流，P1、P2为一次接线，W1为一次线圈，I2为二次电流，K1、K2为二次接线，W2为二次线圈，Z为二次负载阻抗。

二、抽头式电流互感器的常见故障

1.抽头式双变比电流互感器的结构和接线方式

抽头式双变比电流互感器由一次绕组和绕在同一铁芯上且头尾相连的两个二次绕组组成，这两个二次绕组匝数相等，绕向一致，绕组两端及中间连接处引出3个接线端子，分别为K1、K2、K3。铭牌标出两个变流比，大变比是小变比的两倍。当使用电流互感器小变比时，从K1、K2引出二次线到电能表的对应电流线圈，K3端子应空着。当使用电流互感器大变比时，从K1、K3引出二次线到电能表的对应电流线圈，K2端子应空着。其电气原理图如1.2图所示。

图1.2 抽头式双变比电流互感器电气原理图

2.抽头式电流互感器常见问题

2.1抽头式双变比电流互感器的错误接线方式

在使用抽头式双变比电流互感器的大变比时，发生错接线的情况比较常见。错误接线方式如图1.3所示。

图1.3 抽头式双变比电流互感器错误接线图

但在使用电流互感器小变比时，施工人员往往担心K2和K3两个端子之间空着没有导线连接会因开路而产生高电压，于是就仿照具有计量绕组和保护绕组的双铁芯双二次绕组的电流互感器那样，画蛇添足地将K2和K3之间用导线短接起来。这种错误的接线方法使电流互感器的变比发生很大的改变，造成严重的计量差错，现分析如下。

当一次绕组中流过交流电流I1时，该电流在铁芯中产生磁通Φ1，其磁势为I1N1。磁通Φ1在两个二次绕组中会分别产生感应电动势E2 ‘和E2 ‘‘。根据电工学原理，两个感应电动势的大小相等，方向相同。它们的数值为：

E2 ‘= E2 ‘‘= 4.44fN2Φ

两个感应电动势分别在各自的回路中产生二次电流I2’和I2’’。因为这两个二次绕组是绕在同一个铁芯上，绕向相同，匝数相等，两个二次电流产生的磁势I2’N2’ 和I2’’N2’’也产生磁通，其绝大部分也通过铁芯闭合。因此铁芯中的磁通是一个由一次绕组磁势和两个二次绕组的磁势共同产生的合成磁通Φ ，称为主磁通。根据磁势平衡原理可得到一、二次侧的“磁势平衡方程式”为：

I1N1 + I2’N2’ + I2’’N2’’ = 0

由上式可以看出，两个二次绕组产生的磁势均对一次绕组的磁势起去磁作用，使铁芯中只剩有很小的激磁磁势I0N1。若忽略激磁磁势，则一次电流与二次电流的比例关系为：

I1 = （N2’/N1）I2’ + （N2’’/N1）I2’’ = KI （I2’+I2’’）

由上式可以看出，在使用这种电流互感器小变比时，若K2、K3端子连接了短接导线，则电流互感器的二次电流I2由流过二次负载如电能表电流线圈的电流I2’和流过短接导线的电流I2’’组成，一次电流I1等于两个二次绕组电流之和与小变比KI的乘积。由于二次电流没有全部通过电能表的电流线圈，仅有I2’流过电能表电流线圈，因此造成了电能计量差错。

由于电能表电流回路的阻抗大于短接导线的阻抗，所以I2’占I2的比例往往只有20%～40%，相当于电流互感器的变比增大到电流互感器额定变比（小）的2.5～5倍。

由以上分析可知如果抽头式电流互感器用于保护装置也会使保护不能可靠动作，从而降低了供电的安全性和可靠性。

抽头式双变比电流互感器在使用小变比时，其空出的K3端子不能与K2 端子短接，也不能与K2 端子分别接地（若与K2端子分别接地，其效果与短接相同），否则就会造成重大计量差错或保护不能可靠动作。

3.实例分析

3.1在2009年9月份虎狼峁35kv变电所二期扩建工程中，所用的抽头式电流互感器就存在接线错误，实际所用K1、K2抽头变比为150/5，由于我们将不用的抽头K2、K3、K4短接接地。造成做变比试验时变比不准。还有后面的差动、过流保护试验时保护不能可靠动作。以下是虎狼峁#2主变差动保护所用电流互感器变比试验，试验数据如下表1所示。

表1

从以上数据可以看出，所测实际电流值与理论上有很大的差距。这就是因为将不用的抽头短接接地造成的结果。当我们在二次侧测量时就会存在少计量情况，这对我厂的经济损失将是相当严重的，所以对抽头式电流互感器的正确接线是非常重要的。

3.2 2011年油房庄110kV工程中，在投运送电前，经检查35kV油宗线电流互感器第三组绕组就存在开路显现。

3.3 2010年北一35kV变电所改造工程中，#1主变电流互感器变比经反复试验与理论值不符。后经查，#1主变高压侧套管电流互感器二次侧线被磨损接地。

4.防范抽头式电流互感器二次回路错误接线的对策

在对电力安装人员进行培训和技能鉴定时，增加这种抽头式电流互感器工作原理和接线方法的培训、鉴定内容，提高其技能水平。同时要改变习惯性思维方法，养成具体情况具体分析的好习惯。

三、总结

通过以上分析可以看出，在实际工作当中，必须明确抽头式电流互感器的变比选择和二次接线。熟练掌握其工作原理，正确理解“电流互感器二次线圈严禁开路”的含义，灵活应用。避免类似现象的再次发生，保障电网的安全稳定运行。