电流互感器的伏安特性测试及其意义

电流互感器（通常简称CT或TA）是电力系统常用的测量元件之一，在从400V以下的低压系统到10kV、35kV、110kV、220kV乃至750kV级别的超高压电力系统中广泛采用，是可靠隔离高电压，并将一次回路的大电流转换为二次侧可供继电保护、二次仪表测量所需要的安全级别标准小电流所必需的设备之一。其重要性不亚于电力变压器、高压断路器、避雷器、电压互感器等电力系统元件。

其二次电流通常有1A、5A两种规格。一次电流可从通常的100A~5000A直到上万A的级别，通常400V以内的低压系统常用的电流互感器一次电流不超过3000A。

电流互感器的二次侧在运行时严禁开路，并需有一点可靠接地。

电流互感器的伏安特性（也称励磁特性）是电流互感器最重要的交接性试验之一，其与电流互感器的变比、角差、10%误差测试、一次和二次绕组直流电阻、工频耐压试验等项目同样列为GB50150-2016国标要求的必需试验项目。

下图为一典型的电流互感器的伏安特性曲线，可以看到曲线有明显的拐点，从数学角度看，拐点前后的斜率变化很明显。

电流互感器的伏安特性指的是互感器二次绕组的电压与电流之间的关系。试验时在二次绕组施加交流电压，一次绕组开路，从小到大依次调整电压，记录所加电压对应的每一个电流值，并画在同一个直角座标系中，以电压为纵座标，电流为横座标，各点所连成的曲线称为伏安特性曲线（样条法或拟合法）。试验时电压从零向上依次递升，以电流为基准，读取电压值，直至额定电流。若对特性曲线有特殊要求而需要继续增加电流时，应迅速读数，以免二次绕组过热。

电流互感器励磁特性测试的目的有以下几点：

1、检测电流互感器铁芯的磁性能：饱和点、饱和点之前的B-H线性程度，也可测试其磁滞回线；测量时，需要测出互感器励磁电压、电流的对应关系，以及饱和点（拐点）处的电压、电流值。

下图所示为电流互感器铁芯的磁滞回线曲线：

2、伏安特性是检测CT饱和点的试验，对于继电保护专用的CT，在电网短路故障状态下的大电流极限状态下工作时，对其线性输出有较高要求，要求其尽量延后饱和；而测量绕组或计量绕组就不需要考虑大电流情形下的工作条件，只需在额定电流范围附近（额定电流1.2倍以内） ，输出精度满足需要即可。

3、由于电流互感器铁芯具有逐渐饱和的特性，在一次侧通过短路电流时，电流互感器的铁芯趋于饱和，励磁电流急剧上升，励磁电流在一次电流中所占的比例大为增加，使比差逐渐移向负值并迅速增大。作为继电保护用的电流互感器应该保证在比额定电流大数倍的短路电流下能够使外部控制回路可靠动作。

4、测量电流互感器的励磁特性的一个重要目的是：可用此特性计算10％误差曲线，可以校核用于继电保护的电流互感器的特性是否符合要求，并从励磁特性曲线中发现一次绕组有无匝间短路。

电流互感器的10％误差曲线，是指当变比误差为10％时，一次电流倍数与二次负载的关系曲线。10%误差曲线的作用主要是用于选择继电保护用的电流互感器，或者根据已给的电流互感器选择二次电缆的截面。

电力系统正常运行时，电流互感器的励磁电流成分很小，比差也很小。但当系统发生短路故障时，一次电流很大，铁芯饱和，电流互感器的误差会超过其二次绕组所标定的准确等级所允许的数值，而继电保护装置恰恰在这个时候需要正确动作。因此，对于继电保护专用的电流互感器二次绕组提出了一个最大允许误差值的要求，互感器的一次电流等于系统最大短路电流计算值时，其比差不超过10%（角差一般不超过7度左右）。在10%误差曲线以下时，才能保证角差小于7度以内。为满足这些要求，在电流互感器使用前，按国家GB50150-2016规范的要求，应对电流互感器进行“10%误差曲线”测试，以确定其是否能够投入运行。

实际工作中常常采用伏安特性法先测量电流互感器的伏安特性曲线，再绘出“电流互感器的10%误差曲线；同时，通过测量电流互感器的伏安特性曲线，还可以检查二次线圈有无匝间短路。

电流互感器的变比误差除了与互感器本身的特性有关外，还和互感器二次负载阻抗有关，制造厂一般对电流互感器都提供了在10%误差曲线下允许的二次负载阻抗，当我们已知M10（最大短路一次电流）时，从10%误差曲线上可以很方便地得出允许的负载阻抗，如果它大于或等于实际的负载阻抗，误差就满足要求！否则应设法降低实际负载阻抗，直至满足要求为止。

也可以在已知实际负载阻抗后，在该曲线上求出允许的M10（短路一次电流），与流经电流互感器一次绕组的最大短路电流计算值作比较，如果它小于或等于实际的负载阻抗，误差就满足要求，否则应设法降低实际负载阻抗直至满足要求为止。

下图为一典型的10%误差曲线：

下图为误差曲线对应的数据：可以看到，电流倍数越大，允许的二次负载越小；也就是说，轻载时互感器的带载能力较强，重载时互感器的带载能力较小。

测量电流互感器的伏安（励磁）特性还可发现同一只互感器的各二次绕组引出标志是否正确，电泫互感器的二次绕组一般分为计量级（S级）、测量级、保护级（P级），如下图所示：

计量级和测量级二次绕组的测量精度较高，误差较小，但饱合较早，拐点电压较低；而保护级的的二次绕组饱合较晚，拐点电压较高，通过分析拐点电压的区别，可以检测出电流互感器的二次标志引出是否正确，通过判别伏安特性曲线的形状可以发现电流互感器二次侧是否有匝间短路，通过判别磁滞回线，可以发现铁芯有无问题。

下图为一只变比为1000/1A的电流互感器的保护级二次绕组的伏安特性曲线，可以看到其拐点电压较高，为633V。

下面是这只互感器测量绕组的伏安特性曲线，可以看到，拐点电压仅为46V。

当电流互感器一次绕组有匝间短路时，其励磁特性在开始部分电流较正常的略低，因此在录制励磁特性时，在开始部分多测几点。在进行伏安特性试验时，其输出电流一般符合以下规律：对于额定二次电流为1A的互感器，其拐点电流一般小于1A；对于额定二次电流为5A的互感器，其拐点电流一般小于5A。

下面是一组互感器的伏安特性试验数据：

为防止电网故障情况下CT饱和造成保护拒动，需要通过伏安特性试验测试电流互感器的饱和曲线。通过电流互感器的伏安特性试验，可得到电流互感器额定二次极限电势，与通过短路计算得出的二次极限电势比较，如小于后者，则该CT在承受短路电流情况下饱和特性不能满足要求，要采取措施整改。

CT伏安特性试验通入的电流或电压以不超过制造厂技术条件的规定为准。当电压稍微增加一点而电流增大很多时，说明铁芯已接近饱和，应极其缓慢地升压或停止试验，利用现在基于单片机和功率IGBT元件构成的智能型电流互感器测试仪，可快速进行励磁特性的测试。

现场进行CT伏安特性试验的几点注意事项：

1、一般在现场工程应用中，采用比较法进行比对：即同一型号的电流互感器，通过试验，得到的伏安特性曲线基本相同即可。

2、电流互感器的伏安特性试验，只对继电保护有要求的二次绕组进行。

3、测得的伏安特性曲线与已往运行或出厂的伏安特性曲线比较，电压不应有显著降低。若有显著降低，应检查二次绕组是否存在匝间短路。

虽然根据国家规程规定，当对继电保护有特性要求时才进行该项试验，但在调试工作中，当对测量用的电流互感器发生怀疑时。也可测量该电流互感器的励磁特性，以供分析。