2。详细分析与比较了PSCAD/EMTDC仿真平台下的电流互感器的两种数学模型。

3。从电流互感器的电流方程和磁化曲线出发，从理论上分析了一次侧短路电流波形、二次负载、铁心剩磁、铁心截面积、绕组匝数和绕组变比对电流互感器铁心饱和的影响。

4。在PSCAD仿真平台上采用控制变量的方法，验证上述理论分析的各种因素对电流互感器铁心饱和的影响，并提出一种指标来衡量饱和程度。

2  电流互感器铁心饱和特性分析

2。1  电流互感器的基本概念

为保证电力系统的安全稳定运行，需要对其中电力设备的各项参数进行实时监测[3]。但是，在电力系统的发电、变电、输电、配电和用电线路中，电流大小悬殊，从几安到几万安都有。因此，为了便于二次仪表的监测、保护和控制，二次回路的电流需要转换为比较统一的电流。此外，由于一次侧线路上的电压很高，直接测量十分危险，需要有一定的电气隔离。电流互感器在电力系统中就起到了将大电流转换成小电流以及电气隔离的作用。当电流互感器的二次侧接有电流表或者其他电流线圈时，因为它们的阻抗很小，所以电流互感器在工作时，接近于一台变压器的短路运行。由于一次绕组是串入被测线路的，所以一次侧电流由线路中的负载来决定。这里必须注意的是，在运行情况下，电流互感器的二次侧绝对不能开路，当二次侧开路时，一次侧线路上的电流将全部为励磁电流，其值很大，互感器二次侧将出现危险的过电压。理想情况下，电流互感器两侧的电流之比等于一次侧和二次侧的匝数比。

2。2  电流互感器的等值电路

电流互感器通过一次侧、二次侧线圈之间的电磁耦合作用，可以起到将一次侧大电流转变成二次侧小电流的目的。本文采用的电流互感器的等值电路模型如图2。1所示，把一次侧参数折算到了二次侧，为了简化分析，图2。1所示的电流互感器等值电路忽略了一次绕组的电阻和漏感。

图2。1  电流互感器的等值电路

由图2。1可以得到下列电流互感器的基本关系式：

｛                                  (2。1)

式中，表示转换到二次侧的一次电流，理想情况下，有；表示二次侧电流；表示励磁电流；表示励磁阻抗；表示二次绕组的电阻和二次侧负载电阻之和；表示二次绕组的漏感与二次侧负载电感之和；表示主磁通；、分别表示一次侧和二次侧的绕组匝数。

2。3  电流互感器的饱和特性

文献[4]中指出：电流互感器的铁心是非线性元件，在磁化过程中，磁通密度随磁场强度的变化而变化，形成磁化特性曲线。如下图2。2所示。

图2。2  CT铁心的磁化特性曲线示意图

当电流互感器正常工作时，铁心磁链在零点附近交变，磁化特性位于非饱和区，励磁阻抗很大，励磁电流很小，一次电流几乎全部流入二次回路。电流互感器工作在线性传变区，二次侧可以理想传变一次侧电流，如图2。2(a)所示。

如果电流互感器一次侧的电流较大，那么铁心磁链将处于大范围的对称交变状态。在电流互感器的铁心进入饱和之前，励磁阻抗很大，励磁电流很小，一次电流几乎全部流入二次回路，二次电流可以正确传变一次电流；当电流互感器的铁心进入饱和区时，励磁阻抗迅速减小，励磁电流增大，流到二次侧的电流发生缺损，不能正确传变一次电流；当电流互感器的铁心磁链继续反向变化时，铁心的饱和度将逐渐降低直至退出饱和，二次侧电流又可以正确传变一次电流。电流互感器这样周而复始地进入饱和、退出饱和，二次侧电流出现周期性的畸变，称为电流互感器的稳态饱和，如图2。2(b)所示。