保護(hù)用電流互感器要求在規(guī)定的一次電流范圍內(nèi)，二次電流的綜合誤差不超出規(guī)定值。對(duì)于有鐵心的電流互感器，形成誤差的zui主要因素是鐵心的非線性勵(lì)磁特性及飽和。電流互感器的飽和可分為兩類：一類是大容量短路穩(wěn)態(tài)對(duì)稱電流引起的飽和（以下稱為穩(wěn)態(tài)飽和）；另一類是短路電流中含有非周期分量和鐵心存在剩磁而引起的暫態(tài)飽和（以下稱為暫態(tài)飽和）。這兩類飽和的特性有很大不同，引起的誤差也差別很大。在同樣的允許誤差條件下，考慮暫態(tài)飽和要求的互感器鐵心截面可能是僅考慮穩(wěn)態(tài)飽和的數(shù)倍至數(shù)十倍。因而對(duì)互感器造價(jià)及安裝條件提出了嚴(yán)峻的要求。以往在中低壓系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)容量較小的情況下，互感器暫態(tài)飽和的影響較輕，一般未采取專門(mén)對(duì)策。而對(duì)當(dāng)前的超高壓系統(tǒng)和大容量機(jī)組，為保證繼電保護(hù)的正確動(dòng)作，暫態(tài)飽和已成為必須考慮的因素。由于互感器暫態(tài)飽和的機(jī)理和計(jì)算較復(fù)雜，要求互感器暫態(tài)不飽和所需代價(jià)很高，因而在實(shí)際工程中應(yīng)用情況較混亂。本文根據(jù)國(guó)內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，提出較規(guī)范的考慮暫態(tài)飽和的互感器選擇和計(jì)算方法，供工程應(yīng)用參考。作為示例，本文給出大型發(fā)電機(jī)變壓器組差動(dòng)保護(hù)用電流互感器的選擇計(jì)算及參數(shù)選擇的建議。
2電流互感器的穩(wěn)態(tài)飽和特性及對(duì)策
當(dāng)電流互感器通過(guò)的穩(wěn)態(tài)對(duì)稱短路電流產(chǎn)生的二次電動(dòng)勢(shì)超過(guò)一定值時(shí)，互感器鐵心將開(kāi)始出現(xiàn)飽和。這種飽和情況下的二次電流如圖1所示，其特點(diǎn)是：畸變的二次電流呈脈沖形，正負(fù)半波大體對(duì)稱，畸變開(kāi)始時(shí)間小于5ms（1/4周波），二次電流有效值將低于未飽和情況。對(duì)于反應(yīng)電流值的保護(hù)，如過(guò)電流保護(hù)和阻抗保護(hù)等，飽和將使保護(hù)靈敏度降低。對(duì)于差動(dòng)保護(hù)，差電流取決于兩側(cè)互感器飽和特性的差異。
 
例如某一1200/5的電流互感器，制造部門(mén)提供的規(guī)范為［1］：5P20，30VA。其中5P為準(zhǔn)確等級(jí)，30VA為二次負(fù)荷額定值，20為準(zhǔn)確限值系數(shù)（ALF）。電流互感器在額定負(fù)荷下的二次極限電動(dòng)勢(shì)Es＝（ALF）·I(xiàn)sn·（Rct＋Rbn），此時(shí)綜合誤差應(yīng)不超過(guò)5%。綜合誤差也可選用10%。選擇保護(hù)用電流互感器時(shí)，一般要求ALF與額定一次電流乘積大于保護(hù)校驗(yàn)用短路電流，二次負(fù)荷小于互感器額定負(fù)荷，實(shí)際二次電動(dòng)勢(shì)不超過(guò)極限二次電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)前工程中經(jīng)常遇到的問(wèn)題是短路電流過(guò)大，ALF不滿足要求，但實(shí)際負(fù)荷比額定負(fù)荷小得多。對(duì)于低漏磁電流互感器［2］，可以在實(shí)際負(fù)荷下的二次電動(dòng)勢(shì)不超過(guò)極限值的條件下，適當(dāng)提高ALF的可用值。但應(yīng)指出，對(duì)于某些不符合低漏磁要求的互感器，如U型電流互感器、一次多匝的互感器等，在一次短路電流倍數(shù)超過(guò)ALF時(shí)，由于鐵心局部飽和可能引起二次極限電動(dòng)勢(shì)降低，不能在降低二次負(fù)荷時(shí)，按反比提高ALF。有些制造廠提供的ALF與負(fù)荷的關(guān)系曲線，未認(rèn)真考慮上述局部飽和影響，使用時(shí)應(yīng)慎重。
3電流互感器的暫態(tài)飽和
短路電流一般含有非周期分量，這將使電流互感器的傳變特性嚴(yán)重惡化。原因是電流互感器的勵(lì)磁特性是按工頻設(shè)計(jì)的，在傳變等效頻率很低的非周期分量時(shí)，鐵心磁通（即勵(lì)磁電流）需要大大增加。圖2表示電流互感器在*偏移的故障電流（非周期分量幅值達(dá)100%）下鐵心磁通的增長(zhǎng)情況，互感器帶電阻性負(fù)荷。圖中Φac代表傳變故障電流工頻分量所需的磁通，而Φdc則代表傳變暫態(tài)（非周期）分量所需的磁通，其值遠(yuǎn)大于傳變工頻分量的Φac。磁通暫態(tài)分量Φdc是系統(tǒng)一次回路時(shí)間常數(shù)T

p和電流互感器二次回路時(shí)間常數(shù)Ts的函數(shù)。Φdc開(kāi)始時(shí)是按Tp增長(zhǎng)。磁通達(dá)到zui大值的時(shí)間和數(shù)值與Tp、Ts等有關(guān)。
　

按是否考慮短路電流的暫態(tài)過(guò)程，電流互感器分為P和TP兩大類。P類電流互感器要求在Φac情況下不飽和，而TP類電流互感器則要求在整個(gè)工作循環(huán)中的總磁通Φ＝Φac＋Φdc情況下不飽和。因此要求TP類電流互感器的鐵心遠(yuǎn)大于P類電流互感器。要求增大的倍數(shù)即暫態(tài)面積增大系數(shù)Kdc。
由標(biāo)準(zhǔn)［2］可知，對(duì)于全偏移短路電流，在C_t_O工作循環(huán)時(shí)，所需暫態(tài)面積系數(shù)為：
　
電流互感器暫態(tài)面積系數(shù)Ktd與一次時(shí)間常數(shù)Tp有密切關(guān)系，對(duì)于P級(jí)、TPS和TPX級(jí)電流互感器,TpTs，短路電流為全偏移情況下，短路后不同時(shí)間t的Ktf與Tp關(guān)系見(jiàn)圖3（圖中Ts＝10s）。在Tp較大時(shí)，Ktd可達(dá)幾十倍。
　

當(dāng)一次電流存在非周期分量導(dǎo)致互感器暫態(tài)飽和時(shí)，二次電流的波形示例如圖4。圖中Tp為50ms,R2n為4Ω，R2為2Ω。圖4（a）為互感器無(wú)剩磁的情況，圖4（b）為互感器有75%剩磁的情況。

由圖4可知，非周期分量導(dǎo)致互感器暫態(tài)飽和時(shí)二次電流波形是不對(duì)稱的，開(kāi)始飽和的時(shí)間較長(zhǎng)，如圖4（a）為30ms。但鐵心有剩磁時(shí)，將加重飽和程度和縮短開(kāi)始飽和時(shí)間，如圖4（b），飽和開(kāi)始時(shí)間為6ms。
對(duì)鐵心中剩磁的影響必須給予足夠的注意，因?yàn)殡娏骰ジ衅饔捎诙搪冯娏饕饡簯B(tài)飽和形成剩磁后，在正常運(yùn)行的電流情況下，剩磁很難消除。文獻(xiàn)［3］列舉了在一個(gè)230kV系統(tǒng)141組電流互感器的調(diào)查結(jié)果如表1，可見(jiàn)各種程度的剩磁存在概率都是很大的。
　
　
為了減緩暫態(tài)飽和對(duì)繼電保護(hù)的影響，需要采取必要的措施。這種措施有兩類：一類是保護(hù)裝置具備減緩飽和影響的能力；另一類是選擇適當(dāng)?shù)碾娏骰ジ衅黝愋秃蛥?shù)。
4保護(hù)裝置減緩互感器暫態(tài)飽和影響的措施[BT）]
母線外部故障時(shí)，各支路的短路電流分布可能很不均勻，飽和情況可能很不一致。為保證母線差動(dòng)保護(hù)的正確動(dòng)作，要求母線差動(dòng)保護(hù)裝置必須采取措施減緩暫態(tài)飽和影響，并不對(duì)電流互感器提出特殊要求。這已成為定論并得到普遍執(zhí)行。
對(duì)于其它保護(hù)，如發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)、變壓器差動(dòng)保護(hù)等，則未有明確規(guī)定。當(dāng)前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的保護(hù)裝置一般未采取專門(mén)措施，而需要在選擇電流互感器時(shí)，考慮暫態(tài)飽和的影響。某些國(guó)外產(chǎn)品已聲明采取了相應(yīng)措施，而不再對(duì)互感器提出特殊要求。
保護(hù)裝置采取的措施，使用較廣泛的有高阻抗母線保護(hù)，以提高差動(dòng)繼電器阻抗和利用飽和互感器分流來(lái)防止區(qū)外故障誤動(dòng)。還有利用互感器暫態(tài)飽和有一定時(shí)延來(lái)區(qū)別差動(dòng)保護(hù)中的差電流是由內(nèi)部故障產(chǎn)生還是由飽和產(chǎn)生等等。本文不準(zhǔn)備詳細(xì)討論保護(hù)裝置防止互感器飽和引起誤動(dòng)的各種措施。只想著重指出，在當(dāng)前普遍應(yīng)用微機(jī)保護(hù)條件下，保護(hù)裝置*有可能采用多種有效措施來(lái)減緩暫態(tài)飽和的影響，因而可對(duì)互感器選擇不提出特殊要求。這樣可產(chǎn)生重大經(jīng)濟(jì)效益。所以，希望繼電保護(hù)開(kāi)發(fā)制造部門(mén)能在這方面取得更積極有效的成果。