电流互感器的电压-安培特性测试及其意义

电流互感器（通常称为CT或TA）是电力系统中常用的测量元件之一. 它们广泛用于400V以下的低压系统以及10kV，35kV，110kV，220kV甚至750kV级别的超高压电源系统. 它是可靠隔离高压并将一次电路的大电流转换为二次侧保护继电保护和二次仪表所需的安全水平的小电流的必要设备之一. 它的重要性不亚于电力系统组件，例如电力变压器，高压断路器，电涌放电器和电压互感器.

次级电流通常具有1A和5A规格. 初级电流的范围从通常的100A至5000A到数万安培. 通常，在400V以内的低压系统中常用的电流互感器的初级电流不会超过3000A.

在操作过程中，严禁电流互感器的二次侧开路，并且必须可靠接地.

电流互感器的电压-安培特性（也称为励磁特性）是电流互感器最重要的切换测试之一. 其变比，角度差电流互感器符合，使用电流互感器的10％误差测试，一次和二次绕组直流电阻，工频耐压测试等项目也被列为GB50150-2016国家标准要求的测试项目.

下图显示了典型电流互感器的伏安特性曲线. 可以看出，曲线具有明显的拐点. 从数学的角度来看，拐点前后的斜率变化很明显.

电流互感器的伏安特性是指变压器次级绕组的电压和电流之间的关系. 在测试过程中，将交流电压施加到次级绕组，断开初级绕组，从小到大依次调整电压，并在相同的直角坐标系中记录并绘制与施加的电压对应的每个电流值，以电压为垂直坐标. 电流是水平坐标，每个点形成的曲线称为伏安特性曲线（样条法或拟合法）. 在测试过程中，电压从零逐渐上升到电流. 根据电流，读取电压值直至额定电流. 如果对特性曲线有特殊要求，并且有必要继续增加电流，则应迅速读取，以免次级绕组过热.

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: 饱和点，饱和点之前的BH线性和磁滞回线也可以测试；在测量过程中，需要测量变压器励磁电压和电流之间的对应关系，以及饱和点（拐点）处的电压和电流值.

下图显示了电流互感器铁芯的磁滞回线曲线:

2. 伏安特性是一种检测CT饱和点的测试. 对于专用于继电保护的CT，当在电网短路故障状态的大电流极限状态下工作时，其线性输出有更高的要求. 尽量延迟饱和度；大电流情况下，测量绕组或计量绕组无需考虑工作条件，只需在额定电流范围内（额定电流的1.2倍以内）即可满足输出精度的要求.

3. 由于电流互感器铁芯的逐渐饱和特性，当短路电流在初级侧通过时，电流互感器的铁芯趋于饱和，励磁电流急剧上升，励磁电流在绕组中的比例逐渐增大. 初级电流大大增加，比率差逐渐变为负值并迅速增加. 用作继电保护的电流互感器应确保外部控制电路能够在短路电流大于额定电流几倍的情况下可靠地工作.

4. 测量电流互感器励磁特性的一个重要目的是利用该特性计算出10％的误差曲线，验证用于继电保护的电流互感器的特性是否满足要求，并获得绕组之间没有匝间短路.

变流器误差为10％时，电流互感器的10％误差曲线是指一次电流倍数与二次负载之间的关系曲线. 10％误差曲线的作用主要是用于选择用于继电保护的电流互感器，或根据给定的电流互感器选择次级电缆的横截面.

电力系统正常运行时，电流互感器的励磁电流分量很小，比率差也很小. 但是，当系统中发生短路故障时，一次电流很大，铁芯会饱和. 电流互感器的误差将超过其次级绕组的精度水平所允许的值. . 因此，对于专用于继电保护的电流互感器的次级绕组，需要最大允许误差值. 当变压器的一次电流等于系统计算出的最大短路电流时，比率差不超过10％（大于约7度）. 仅在10％误差曲线下，角度差才能小于7度. 为了满足这些要求，在使用电流互感器之前，根据国家GB50150-2016规范的要求电流互感器符合，应对电流互感器进行“ 10％误差曲线”测试，以确定是否可以投入使用.

在实际工作中，通常使用伏安特性法来首先测量电流互感器的伏安特性曲线，然后绘制“电流互感器的10％误差曲线；同时，通过通过测量电流互感器的伏安特性曲线，可以检查次级线圈匝间是否短路.

除了变压器本身的特性外，电流互感器的变压比误差还与变压器的次级负载阻抗有关. 制造商通常为电流互感器提供低于10％误差曲线的二次电压. 负载阻抗，当我们知道M10（最大短路一次电流）时，可以从10％误差曲线轻松获得允许的负载阻抗. 如果大于或等于实际负载阻抗，则误差将符合要求！否则，请尝试降低实际负载阻抗，直到满足要求为止.

在知道实际负载阻抗之后，可以在此曲线上找到允许的M10（一次短路电流），并将其与流经电流互感器一次绕组的最大短路电流的计算值进行比较，如果它小于或等于实际负载阻抗，则误差符合要求，否则应尝试减小实际负载阻抗，直到满足要求为止.

下图是典型的10％误差曲线:

下图是与误差曲线对应的数据: 可以看出，电流倍数越大，允许的次级负载越小；也就是说，轻载时变压器的负载能力较强，重载时变压器的负载能力较小.

测量电流互感器的伏安（励磁）特性. 您还可以找出同一变压器的次级绕组是否具有正确的标记. 变压器的次级绕组通常分为测量电平（S电平）和测量电平. 级别，保护级别（P级别），如下所示:

测量精度和测量水平的次级绕组具有较高的测量精度和较小的误差，但饱和度较早，拐点电压较低；当防护等级的次级绕组饱和较晚且拐点电压较高时，通过分析拐点电压的差异，可以检测出是否正确绘制了电流互感器的次级符号. 通过判断伏安特性曲线的形状，可以发现在电流互感器的次级侧是否存在匝间短路. 可以发现铁芯是否有问题.

下图显示了变比为1000 / 1A的电流互感器的保护级次级绕组的伏安特性曲线. 可以看出其拐点电压较高，为633V.

以下是该变压器测量绕组的伏安特性曲线. 可以看出拐点电压仅为46V.

当电流互感器的初级绕组匝间短路时，其励磁特性在开始时比正常电流稍低，因此，在记录励磁特性时，应在开始时测量更多点. 在伏安特性测试期间，输出电流通常符合以下规则: 对于额定次级电流为1A的变压器，拐点电流通常小于1A；对于额定次级电流，其拐点电流通常小于1A. 对于额定次级电流为5A的变压器，拐点电流通常小于5A.

以下是一组变压器伏安特性测试数据:

为了防止CT由于CT饱和而饱和，有必要通过伏安特性测试来测试电流互感器的饱和曲线. 通过电流互感器的伏安特性测试，可以得到电流互感器的额定次级极限电势，与通过短路计算得到的次级极限电势相比，如果小于次级极限电势，则在一定条件下可得到CT饱和特性. 承受短路电流如果不能满足要求，则必须采取纠正措施.

在CT伏安特性测试中通过的电流或电压应遵守制造商技术条件的规定. 当电压稍微增加而电流增加很多时，这意味着铁芯接近饱和，应该非常缓慢地提高或停止测试. 基于单片机和功率IGBT组件的智能电流互感器测试仪可以快速进行. 励磁特性测试.

现场CT伏安测试中需要注意的几件事:

1. 通常，在现场工程应用中，使用比较方法进行比较: 即相同型号的电流互感器可以通过测试，获得相同的伏安特性曲线.

2. 仅在需要继电器保护的次级绕组上进行电流互感器的伏安特性测试.

3. 将测得的伏安特性曲线与先前操作或工厂的伏安特性曲线进行比较时，不应显着降低电压. 如果明显减少，请检查次级绕组之间的匝间是否短路.

尽管根据国家法规，仅在对继电保护有特性要求时才进行此测试，但在调试工作中对测量电流互感器有疑问时才进行此测试. 还可以测量电流互感器的励磁特性以进行分析.

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