设备设计师告诉你：华英电力电流互感器伏安特性试验与误差曲线详解

华英电力

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1 概述
在电力系统中针对于保护用电流互感器最常见的试验项目是伏安特性试验，在很多地方
电力部门还要求对保护用电流互感器绘制误差曲线，并将误差曲线数据上报至相关的管理部
门。伏安特性试验对应于国家标准和IEC 标准的准确称呼是励磁特性试验，执行励磁特性
试验的目的是获取电流互感器励磁特性曲线，并根据励磁特性曲线计算电流互感器的相关参
数以判断电流互感器是否能达到要求。
误差曲线是根据励磁特性曲线和电流互感器二次线圈电阻计算而来的曲线，误差曲线建
立了电流互感器最大允许误差和所连接二次负荷的关系，只要确保电流互感器所在系统的短
路电流和所接二次负荷落在误差曲线的允许区间内，保护用电流互感器就能正常工作，否则
电流互感器则可能发生磁饱和而失效
2 励磁特性试验
2．1 励磁曲线的定义
图 1 HYVA-405 测量的电流互感器励磁特性曲线
在不同的标准中，电流互感器励磁曲线的绘制要求也不同，在 IEC60044-1/GB1208 中
励磁曲线的Y 轴是电流互感器二次端电压有效值，X 轴是电流互感器二次端电流有效值；
在IEC60044-6/GB16847 电流互感器励磁特性试验的Y 轴是电流互感器二次电动势有效值，
X 轴是电流互感器的二次电流的峰值；在IEEE C57.13 中电流互感器励磁特性试验的Y 轴是
电流互感器二次电动势有效值，X 轴是电流互感器二次电流有效值取对数后的值。因此针对
不同标准的电流互感器，其励磁特性曲线的绘制方法也不同，由于我国的标准遵从与IEC
体系，因此针对我国的保护用电流互感器励磁特性曲线主要有IEC60044-1/GB1208 和
IEC60044-6.GB16847 两种。
在完成励磁特性曲线后通常要计算励磁特性曲线的拐点电压，拐点电压反映的是电流互
感器进入磁饱和区域的阈值，拐点电压以后电流互感器进入深度磁饱和状态，如果电流互感
器运行时其二次端电压达到或超过拐点电压，则互感器进入磁饱和状态而失效。
2．2 励磁特性试验流程
在执行电流互感器的励磁特性试验时，将电流互感器一次侧保持开路，电流互感器的二
次回路继电器和仪表等都必须从电流互感器的二次端子脱开，将仪器的电压输出连接至要执
行励磁特性试验的绕组，仪器输出电压从0 开始上升，直至检测到互感器试验绕组上流过的
电流超过设定的试验电流，则停止升压并将电压从最高处往下降，等电压下降到0V 时，仪
器断开试验回路，在升压过程中仪器按照一定的步长记录电压和电流数据，如果被检测的电
流互感器是按照GB1208/IEC60044-1 设计的，则可以直接将记录的电流作为X 轴，记录的
电压作为Y 轴绘制励磁特性曲线。在完成励磁特性曲线的绘制之后，按照电压上升10%。，
电流上升超过50%的定义寻找曲线的拐点电压。
2．3 励磁特性试验的常见问题
在执行励磁特性试验时，通常存在一些问题和认识误区，常见的问题表现如下：
1）不同仪器所获得的励磁特性试验拐点差别很大
国家标准上励磁特性曲线的拐点电压定义是电压上升 10%，电流上升超过50%的那个
点，这个定义比较模糊，因为不同的仪器在测量励磁曲线时调压分辨率是不一样的，例如对
于同样1 个拐点是300V 的电流互感器，有些仪器测量分辨率可能是30V 一个点，有些可能
是1V 一个点，这样对于30V 一个取样点的仪器，可能计算的拐点就是270V，而对于分辨
率是1V 的则可能是299V，因此要想准确的获取电流互感器励磁曲线的拐点，其励磁曲线
的分辨率非常重要，越是分辨率高的励磁曲线，其拐点电压越准确。通常传统的工频伏安特
性测试仪获取的励磁曲线仅30 点左右，而变频法的如HYVA-405 励磁曲线电压分辨率可达
0.1V, 一般的励磁特性试验获取的励磁曲线数据点高达300 个以上
2）做励磁特性试验要达到4 倍磁饱和
在我们国家有些地区要求对电流互感器进行励磁特性试验时要做到二次额定电流的4
倍，例如对于二次额定电流是5A 的电流互感器要求做到20A，以便在绘制误差曲线时获得
较高的一次电流倍数M 值。
这个要求其实是完全错误的，理由如下：
1>电流互感器达到饱和以后，其电流的波形畸变非常严重，绝大部分设备或者电流表
都无法真实的显示其有效值，因为其峰值电流往往都是远超其有效值和测量仪表的范围，因
此达到磁饱和以后仪表所测量得到的电流有效值误差会非常大
2>电流互感器达到饱和以后，其电流的数值只受制于试验设备的输出容量，输出容量
越大其电流值越大，其数值和电流互感器本身的特性并无太大关系
3>电流互感器达到饱和以后，其励磁电流无太大参考意义，更不能作为误差曲线计算
的数据来源，因为饱和以后的励磁电流测量误差很大，并且电流互感器在达到饱和以后也不
可能正常工作，因此这些数据点的误差曲线没有指导意义
3) 取的励磁特性曲线非常少，绘制的曲线很不正常
如果用来测试电流互感器励磁特性的仪器输出电压分辨率不够，则对于拐点电压较低的
电流互感器，在执行励磁特性试验时，能获取的数据点非常少，从而导致绘制的曲线非常奇
怪，要解决这一问题需要提供试验设备的调压分辨率
4) 对暂态级TPY 执行励磁特性试验按照5P/10P 的方式绘制励磁曲线
暂态级电流互感器的励磁曲线定义和 5P/10P 电流互感器的励磁曲线定义完全不同，因
此需要先确定互感器的类型，才能绘制正确的励磁特性曲线。并且TPY 等级的电流互感器
拐点电压非常高，使用工频的试验设备最高试验电压往往只能做到2000V 左右，这样所获
得的励磁曲线一般是1 条直线，无法准确反应互感器的励磁特性，需要采用低频测试电压来
获得完整的励磁特性曲线。通常TPY 级电流互感器的励磁曲线饱和点的电流会达到1A 左
右，这和普通的5P/10P 电流互感器不同，普通5P/10P 电流互感器的拐点电流一般远小于其
额定二次电流
2．4 励磁特性试验的意义
电流互感器励磁特性试验是为了获取励磁特性曲线，将励磁特性曲线与出厂数据对比，
可以检查电流互感器内部是否发生了变化，但是除了与出厂数据对比之外，励磁特性曲线更
重要的作用是根据励磁特性试验结果，计算电流互感器在额定负荷下和工作负荷下的准确限
制系数ALF 值或是TPY 级互感器的暂态面积系数Ktd 和对称短路电流Kssc，以判断电流互
感器是否能达到其标识的参数并且符合保护系统的要求。

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3 误差曲线
3.1 误差曲线计算方法
电流互感器的误差曲线是指在保证电流互感器不超过准确等级要求的情况下，二次负荷
值模值Z 和最大允许额定一次电流倍数M 的关系。电流互感器误差曲线的详细计算方法如
下所述。
电流互感器的误差主要是由于励磁电流 I0 的存在，它使二次电流I2 与换算到二次侧后
的一次电流I1′不但在数值上不相等，而且相位也不相同，这就造成了电流互感器的误差。

继电保护要求电流互感器的一次电流I1 等于最大短路电流时，其比值差小于或等于10
％（5P 是5%，10P 是10%）。在比值差等于10％时，二次电流I2 与换算到二次侧后的一
次电流I1′以及励磁电流I0
Z2 为电流互感器二次绕组阻抗
E0 为电流互感器二次绕组感应电动势，E0 和I0 的关系由励磁特性曲线描述。
根据上述算式，最后可以得到用负荷阻抗ZB 作为X 轴，用此负载下允许的最大短路电
流倍数M 作为Y 轴绘制的误差曲线。
5%误差曲线的计算方式与10%误差曲线计算方式一致，只是误差点从10%变成了5%。
对于5P/5PR 的电流互感器通常计算5%误差曲线，对于10P/10PR 的保护类电流互感器通常
计算10%误差曲线。
3.2 误差曲线意义与评价
电流互感器误差曲线的计算前提是所连接的二次负荷是纯阻性负载，且电流互感器损耗
主要是阻性损耗，这是一个比较理想的前提，与实际情况并不相符，并且误差曲线绘制的是
最大电流和二次负荷的关系，这个评价功能完全可以通过ALF 值的变化来进行评估，因此
误差曲线的实际指导意义并不明显，这也是为什么在IEC 标准体系中或者欧美发达国家的
保护用电流互感器的评价中并无误差曲线这个项目的原因。

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