电流互感器和电压互感器选型指南

目 录

第一章 电流互感器 ..................................................................................................................................... 1

1 电流互感器概述 ............................................................................................................................... 1 2 电流互感器的额定值 ....................................................................................................................... 1 3 电流互感器基本特性 ....................................................................................................................... 2 4 电流互感器参数选择原则 ............................................................................................................... 6 5 高压系统保护用电流互感器参数选择 ......................................................................................... 15 6 中压系统保护用电流互感器参数选择 ......................................................................................... 31 7 300MW?600MW火力发电机组电流互感器型式和参数选择 ................................................. 40 8 1000MW发电机变压器组电流互感器型式和参数选择 ............................................................ 50 9 大型发电机组高压厂用电源保护用电流互感器的选择 ............................................................. 57 10 测量用电流互感器 ...................................................................................................................... 68 第二章 电压互感器 ............................................................................................................................... 73 1 电压互感器概述..................................................................................................................................... 73 2 电压互感器的类型................................................................................................................................. 73 3 高压电压互感器..................................................................................................................................... 74 4 电压互感器参数选择............................................................................................................................. 76 5 电压互感器二次绕组选择..................................................................................................................... 77 附录1 高压电动机差动保护用电流互感器选择 .................................................................................... 82 附录2 暂态性能及计算............................................................................................................................ 85 1. 暂态特性解析计算的基本假设 ........................................................................................................... 85 2. 一次短路电流计算 ............................................................................................................................... 86 3. 短路电流及其非周期分量 ................................................................................................................... 87 4. 一次时间常数（Tp） ......................................................................................................................... 88 5. 规定工作循环 ....................................................................................................................................... 89 6. 二次回路时间常数（Ts） .................................................................................................................. 90 附录3 电流互感器深度饱和时的继电保护性能研究及电流互感器选择 ............................................ 91 1 引言 ......................................................................................................................................................... 91 2 试验概况 ................................................................................................................................................ 92

2.1 试验内容1 ................................................................................................................................... 93 2.2 试验内容2 ................................................................................................................................... 93 2.3 试验内容3 ................................................................................................................................... 93 3 大电流下影响保护的因素分析............................................................................................................. 94

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3.1 CT特性以及过饱和系数的影响 ............................................................................................... 94 3.2 衰减非周期分量的影响 ............................................................................................................. 94 3.3 CT二次回路负担的影响 ........................................................................................................... 95 3.4 保护装置采样率的影响 ............................................................................................................. 96 3.5 保护装置内部小CT的影响 ...................................................................................................... 96 3.6 模数转换（A/D）范围的影响 .................................................................................................. 97 3.7 保护计算采用的数据窗的影响 ................................................................................................. 97 3.8 保护原理的影响 ......................................................................................................................... 97 3.9 变压器接线方式的影响 ............................................................................................................. 98 3.10 保护定值及CT变比的影响 .................................................................................................... 98 4 主要结论 ................................................................................................................................................ 99 5 可行的解决方案 ................................................................................................................................... 100 6 电流互感器选择条件........................................................................................................................... 101 7 结束语 ................................................................................................................................................... 102

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第一章 电流互感器

1 电流互感器概述

电流互感器（current transformer）是将一次回路的大电流成正比的变换为二次小电流以供给测量仪表、继电保护及其它类似电器。电流互感器在电网中的工作状态见下图。

电网中电流互感器的工作状态

2 电流互感器的额定值

2.1 额定一次电流标准值

单电流变比互感器额定一次电流标准值为：10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、75A以及它们十进位倍数或小数，有下标线的是优先值。

多电流变比互感器额定一次电流最小值采用标准值。 2.2 额定二次电流标准值

额定二次电流标准值为1A、5A 2.3 额定连续热电流

额定连续热电流的标准值为额定一次电流。

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当规定连续热电流大于额定一次电流时，其优先值为额定一次电流的120%、150%和200%。

2.4 额定输出容量标准值

额定输出标准值为：2.5、5、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100VA 对一台互感器来说，只有一个额定输出是标准值，并满足标准准确级。其余额定输出时，可允许是非标准值，但要符合另一个标准准确级。 2.5 温升限值

当电流互感器一次电流等于额定连续热电流，且带有对应于额定输出负荷，其功率因数为1时，电流互感器温升应不超过规定限值。

当周围温度高于规定数值时，应将允许温升减去超过的气温值。

当互感器工作地点在海拔1000m以上地区工作时，温升限值按每高出100m减去0.4％（油浸式）或0.5％（干式）。 2.6 短时电流额定值

凡带有固定一次绕组或导体的电流互感器应符合以下要求：

（1） 额定短时热电流Ith：在二次绕组短路情况下，电流互感器在一秒钟内承受住且无损伤的一次电流方均根值，以kA表示如下：6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100。

（2） 额定动稳定电流Idyn：通常为额定短时热电流的2.5倍。

套管式电流互感器的短时热电流一般不作规定。但当变压器额定一次电流小，系统短路电流很大时，应作规定。 2.7 绝缘要求

额定工频耐受电压、额定操作冲击耐受电压、额定雷电冲击全波电压、截断雷电冲击耐受电压、多次截断雷电冲击、局部放电量、电容量和介质损耗因数、一次绕组地屏对地绝缘性能、一次段间绝缘性能、二次绕组工频耐受电压及匝间工频耐受电压、产品外绝缘性能、无线电干扰电压性能、传递过电压、主绝缘介质等。

以上绝缘要求执行GB 1208-2006 电流互感器中的规定。

3 电流互感器基本特性

3.1 电流互感器型式

按下列分类方式，可归纳为：

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（1） 按用途：测量用电流互感器；保护用电流互感器

（2） 按电压等级：对应不同的电网电压(0.38 kV、0.6 kV、1 kV、3 kV、6 kV、10 kV、20 kV、35 kV、66 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV、750 kV、1000kV）下使用的电流互感器；

（3） 按主绝缘介质：油纸绝缘电流互感器；树脂（户内或户外）绝缘电流互感器；气体（SF6）绝缘电流互感器；有机绝缘电流互感器；

（4） 按电流变换原理：电磁式电流互感器；电子式电流互感器；

（5） 按安装方式：穿心式电流互感器；支柱式电流互感器；套管式电流互感器；母线式电流互感器；

（6） 按一次绕组匝数：单匝式电流互感器；多匝式电流互感器；

（7） 按电流变比：单电流比电流互感器；多电流比电流互感器；多铁芯多电流比电流互感器（同一台互感器具有不同变比的电流互感器）；

（8） 按二次绕组所在位置：正立式电流互感器；倒置式电流互感器； （9） 按使用条件：户内式电流互感器；户外式电流互感器；

综上所述，电流互感器的型式有各种各样，但是，每一种型式互感器必须符合国家标准《GB1208-2006电流互感器》要求。 3.2 保护用电流互感器的类型

保护用电流互感器分为两大类：

（1） P类（P意为保护）电流互感器。包括PR和PX类。

该类电流互感器的准确限值是由一次电流为稳态对称电流时的复合误差或励磁特性拐点来确定的。

P类及PR类电流互感器的准确级以在额定准确限值一次电流下的最大允许复合误差的百分数标称，标准准确级为：5P、10P、5PR和10PR。

P类及PR类电流互感器在额定频率及额定负荷下，电流误差、相位误差和复合误差应不超过表2-1所列限值。

表2-1

准确级 5P，5PR P类及PR类电流互感器误差限值

额定一次电流下的相位差 ±min 60 ±crad 1.8 额定准确限值一次电流下的复合误差％ 5 额定一次电流下的电流误差％ ±1 3

10P，10PR ±3 － － 10 PR类电流互感器剩磁系数应小于10％，有些情况下应规定Ts值以限制复合误差。 发电机和变压器主回路、220kV及以上电压线路宜采用复合误差较小（波形畸变较小）的5P或5PR级电流互感器。其他回路可采用10P或10PR级电流互感器。

P类及PR类保护用电流互感器能满足复合误差要求的准确限值系数Kalf一般可取5、10、15、20和30。必要时，可与制造部门协商，采用更大的Kalf值。

（2） TP类（TP意为暂态保护）电流互感器。

该类电流互感器的准确限值是考虑一次电流中同时具有周期分量和非周期分量，并按某种规定的暂态工作循环时的峰值误差来确定的。该类电流互感器适用于考虑短路电流中非周期分量暂态影响的情况。

TP类保护用电流互感器能满足短路电流具有非周期分量的暂态过程性能要求的保护用电流互感器。TP类电流互感器分为以下级别并定义如下：

TPS级：低漏磁电流互感器，其性能由二次励磁特性和匝数比误差限值规定。对剩磁无限制。

?）TPX级：准确限值规定为在指定的暂态工作循环中的峰值瞬时误差（?。对剩磁无限制。

?）TPY级：准确限值规定为在指定的暂态工作循环中的峰值瞬时误差（?。剩磁不超过饱和磁通的10％。

TPZ级：准确限值规定为在指定的二次回路时间常数下，具有最大直流偏移的单次

?ac）通电时的峰值瞬时交流分量误差（?。无直流分量误差限值要求。剩磁实际上可以忽

略。

3.3 测量用电流互感器的类型

测量用电流互感器有一般用途和特殊用途（S类）两类。测量用电流互感器的额定一次电流为保证二次电流在合适的范围内，可采用复式变比或二次带抽头的电流互感器。

工程中应根据电力系统测量和计量系统的实际需要合理选择互感器类型。详细要求见11章节。

3.4 多变比电流互感器

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多变比电流互感器是指在一台电流互感器上，采用一次绕组各段的串联或并联连接，或/和采用二次绕组抽头的方法，获得多种电流比的电流互感器。当电流互感器有多个二次绕组，且各二次绕组的额定电流比不同时，也称复合变比电流互感器。测量级和保护级的电流比可以不相同。 （1） 一次绕组串并联方式

采用一次绕组串联或并联方式，可获得两个成倍数的电流比（见图2-18）。例：2x600/5A ：一次绕组串联时为600/5A；一次绕组并联时为1200/5A。一般在66kV及以上电压等级的电流互感器上采用。对于35kV及以下电压等级由于产品结构布置困难，较少采用。

图2-18 一次绕组串并联方式

（2） 二次绕组抽头方式

二次绕组抽头理论上可以在起未端之间的任意部位，一般常用是中间抽头。图2-19表示在1/3处抽头的情况。一般二次绕组抽头方式仅用在测量用电流互感器。保护级采用抽头获得的电流比会降低保护性能，因此，保护级一般不会采用二次抽头方式获得更小的电流比。

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图2-19 二次绕组抽头方式

（3） 一次绕组串并联和二次绕组抽头方式同时采用

同时采用一次绕组串并联和二次绕组抽头方式可获得更多的电流比。

图2-20 一次绕组串并联和二次绕组抽头方式同时采用

示例：2x600/5A：一次串并联方式；二次在1/3处抽头方式，获得的电流比见表2-5。

表2-5 多电流比的电流互感器

二次绕组连接方式（在1/3处抽头） 一次绕组连接方式 二次绕组标志：S1-S2 二次绕组标志：S2-S3 一次绕组串联 一次绕组并联 200/5A 400/5A 400/5A 800/5A 二次绕组标志：S1-S3 600/5A 1200/5A 4 电流互感器参数选择原则

4.1 一般规定

（1） 额定一次电压和电流

1） 电流互感器的额定一次电压应等于或大于回路的额定一次电压。

2）电流互感器的额定一次电流（Ipn）应根据其所属一次设备的额定电流或最大工作电流选择，并应能承受该回路的额定连续热电流（Icth）、额定短时热电流（Ith）及动

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稳定电流（Idyn）。

3）额定一次电流的选择，应使得在额定变流比条件下的二次电流在正常运行和短路情况下，满足该回路保护装置的整定值选择性和准确性要求或满足计量及测量准确性要求。

4）套管式电流互感器的额定一次电流应根据安装的电力变压器容量确定。通常取变压器容量计算出电流值的1.0～1.2倍。若要考虑到线路保护可以适当增大，并将额定一次电流修正到“GB1208电流互感器”标准值。 （2） 动稳定校验

对带有一次回路导体的电流互感器需进行动稳定效验；对于一次回路导体从窗口穿过且无固定板的电流互感器可不用进行动稳定效验。

电流互感器的动稳定性能通常以额定动稳定电流Idyn或动稳定倍数Kd表示。它们之间的关系是：

Kd?式中：

Idyn2Ipn?103 ……………………………（2-1）

Kd — 动稳定倍数，（由制造部门提供）； Idyn — 额定动稳定电流（峰值）（kA）； Ipn — 电流互感器额定一次电流（A）。

电流互感器动稳定的校验按下式计算：

Idyn?ich ………………………………………（2-2）

或

Kd?式中：

ich?103 …………………………… （2-3） 2Ipnich— 短路冲击电流瞬时值（kA）。

（3） 短时热电流校验

短时热电流校验是验算互感器承受短路电流发热的能力。制造部门在产品样本中一般给出的是1s或5s热稳定电流倍数Kth， 可按下式进行校验：

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Kth?Qd/t …………………………………（2-4） Ipn式中：

Kth — 电流互感器热稳定电流倍数，由制造部门提供。

Qd — 短路电流引起的热效应（A2s），宜按后备保护动作时的全分闸时间确

定；

t — 制造部门提供的短时热电流计算时间，t＝1s或5s。

2?t的大小对产品的热稳定进行比较，校验时也可按Ith特别是不同产品t采用不同值

时。

当互感器绕组可串、并联切换时，应按其接线状态下的实际短路电流进行Ith校验。 当动热稳定不够时，例如有时因回路工作电流较小，则可选择额定电流较大的电流互感器，增大变流比。若测量用电流表读数太小时，可采用复式变比或二次带抽头电流互感器。 （4） 机械荷载

机械荷载校验是校验电流互感器出线端承受导体的静荷载力和短路时电动力不超过设备的允许值。

1） 静荷载

设备最高电压72.5kV及以上的电流互感器，其一次绕组接线端子的垂直和水平方向应能承受表2-6所规定的静态试验荷载。

表2-6 静态承受试验荷载

设备最高电压 （kV） 72.5 126 242和363 550 静态承试验受荷载 （N） I类 1250 2000 2500 4000 II类荷载 2500 3000 4000 6000 注：1. 在日常运行条件下，作用荷载的总和应不超过规定的承受试验荷载的50%。 2. 电流互感器应能承受很少出现的急剧动态荷载（例如：短路），它不超过1.4倍静态承受荷载。 3. 在某些应用中，可能需要一次端子具有防旋转的能力，试验时施加的力矩值应由制造方与用户协商确定。 上表中数值包含由于风和结冰而引起的荷载。

按导线机械计算方法，计算出电流互感器端子承受导体的拉力，不超过厂家提供的

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静荷载数据。具体计算方法见《电力工程电气设计手册》中“导线实用力学计算”部分。

2） 短路荷载

a） 硬导体短路电动力计算

电流互感器与硬导体连接时，其校验公式与支柱绝缘子相同，即：

2Fmax?1.76ichlm?10?1 ………………………（2-5） alm?l1?l2 2式中：

Fmax — 电流互感器端子承受的电动力，N

a — 回路相间距离，cm； lm — 计算长度，cm；

l1 — 电流互感器出线端部至最近一个母线支柱绝缘子的距离，cm； l2 — 电流互感器两端瓷帽的距离，（当电流互感器为非母线式瓷绝缘时，

l2?0），cm。

有的产品样本未标明出线端部允许作用力，而只给出动稳定倍数Kd。Kd一般是在相间距离为40cm，计算长度为50cm的条件下取得的。此时，可按下式进行校验：

Kd?50a?40?lmich?103 …………………（2-6） 2?Ipnb） 软导线短路电动力计算

电流互感器与软导线连接时，电动力计算方法见《电力工程电气设计手册》中“软导线和组合导线短路摇摆计算”部分的有关内容。 （5） 额定二次电流和负荷

1）电流互感器额定二次电流（Isn）有1A和5A两类。

2）对于新建发电厂和变电所，有条件时电流互感器额定二次电流宜选用1A。如有利于电流互感器安装或扩建工程原有电流互感器采用5A时，额定二次电流可选用5A。

3）一个厂站内的电流互感器额定二次电流允许同时采用1A和5A。

4）保护用电流互感器的准确级和允许极限电流，都与二次负荷有关，需要合理选择二次负荷额定值并进行相应的验算。电流互感器二次负荷可用阻抗Zb(Ω)或容量

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Sb(VA)表示。二者之间的关系为：

Zb?Sb ………………………………………（2-7） 2Isn当电流互感器额定二次电流Isn为5A时，数值Sb?25Zb，当电流互感器额定二次电流Isn为1A时，Sb?Zb。

5）由于电子式仪表和微机继电保护的普遍应用，互感器额定二次电流广泛采用1A，以及保护和控制下放就地等因素，二次回路负荷大大降低，相应的电流互感器二次负荷也宜选用较低的额定值，以便降低造价和改善其结构及性能（如采用倒置式结构）。 4.2 决定电流互感器电流比的因素

电流互感器的电流比是由额定一次电流和额定二次电流构成。电流比必须保证在规定的电力负荷下满足测量（及计量）、保护及动热稳定的要求。 （1） 测量级对额定一次电流的要求

测量或计量用电流互感器要求在正常工作范围内保证规定的准确度，尤其对关口点计量的电流互感器更应准确计量。为此，必须确定额定一次电流尽量接近正常的电力负荷电流，并保证互感器应满足仪表保安电流的要求（当采用常规仪表时）。 （2） 保护级对额定一次电流的要求

继电保护用电流互感器，要求在额定一次电流和准确限值电流下，满足规定的误差限值要求。作为保护更为关注在准确限值一次电流时，准确地输出符合要求（5P级复合误差＜±5%；10P级复合误差＜±10%）的二次电流，保证保护装置正确可靠动作。为此，当准确限值电流确定条件下，互感器的额定一次电流选得越大，准确限值系数越小，产品易制造。

（3） 电力负荷变化对额定一次电流的影响

1) 变电所（升压站）设计的实际电力负荷与远景负荷相差悬殊：若按远景负荷确定互感器的额定一次电流，保护级按远景负荷确定的的额定一次电流，可满足保护功能的要求，但互感器的测量级不能满足近期实际负荷的准确计量。

2) 特殊负荷：例电气化铁路、轧钢等的电力线，一般电流互感器额定一次电流按短时最大的负荷确定，而在正常工作情况下通过电流互感器的电流很小，无法满足准确计量的要求。

3) 系统间联络线，负荷不固定：互感器的额定一次电流按最大负荷电流或输电线

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路、断路器的额定电流确定，因而电流互感器不可能满足在负荷变化的全范围内准确级要求。

当电力负荷变化范围太大时，若按最大负荷确定为额定一次电流，可满足保护级功能要求，但互感器测量级无法对最小负荷进行准确计量。反之，若按最小负荷确定为额定一次电流，测量级可准确计量最小的电力负荷，但对最大电力负荷时的计量必须要选用具有“电流扩大值”为200%、300%等的电流互感器。对于保护级在最大电力负荷时要发挥保护功能，必须有很大的准确限值系数，这会给互感器制造带来困难。所以在电力负荷变化范围时测量级和保护级的要求是矛盾的，应采用多变比的电流互感器。 （4） 额定二次电流由以下因素决定

额定二次电流有两种：5A、1A。在110kV及其以下电压等级，可以采用二次电流为5A或1A。一般在220kV及其以上电压等级的电流互感器，推荐采用二次电流为1A。 4.3 多变比电流互感器参数的选择原则 （1） 电力负荷较稳定时

当电力负荷较稳定，变化范围不大时，采用单一电流比的电流互感器。额定一次电流宜取回路负荷电流的1.5～2.0倍。 （2） 电力负荷变化时

当电力负荷变化范围大时，宜采用多变比的电流互感器，一次绕组采用串并联方式，测量用电流互感器带S级，其电流比选较小值，并且在二次绕组抽头。保护级用最大的电流比（二次绕组不抽头）。

示例：技术参数2x600/5A：

测量级：2x(200、400、600)/5A；0.2S级；输出容量：抽头为30VA；满匝为50VA。 保护级：2x600/5A：5P20；50VA。

制造方案：一次绕组串并联；测量级为0.2S级并在二次绕组的三分之一处抽头；保护级二次绕组不抽头。 多电流比电流互感器连接方式时的性能见表2-7。

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表2-7 多电流比电流互感器连接方式时性能 准确级 一次连接方式 二次 标志 负荷电流 额定值% (20%～120%)x200A S1—S2 5%x200A 1%x200A (20%～120%)x400A 测量级 一次绕组串联 S2—S3 5%x400A 1%x400A (20%～120%)x600A S1—S3 5%x600A 1%x600A (20%～120%)x400A S1—S2 5%x400A 1%x400A (20%～120%)x800A 测量级 一次绕组并联 S2—S3 5%x800A 1%x800A (20%～120%)x1200A S1—S3 5%x1200A 1%x1200A 保护级 一次 串联 一次 并联 S1—S2 S1—S2 (100%～120%)x600A (100%～120%)x1200A 电流值A 40～240 10 2 80～480 20 4 120～720 30 6 80～480 20 4 160～960 40 8 240～1440 60 12 600～1200 1200～2400 误差限值 比差 ±0.2% 相位差 ±10＇ 一次绕组串联时，电力负荷在40～720A的范围内，能保证电流互感器达到比差±0.2%相位差±10＇。 性能说明 ±0.35% ±15＇ ±0.75% ±30＇ ±0.2% ±10＇ ±0.35% ±15＇ ±0.75% ±30＇ ±0.2% ±10＇ ±0.35% ±15＇ ±0.75% ±30＇ ±0.2% ±10＇ 一次绕组并联时，电力负荷在80～1440A的范围内，能保证电流互感器达到比差±0.2%相位差±10＇。 ±0.35% ±15＇ ±0.75% ±30＇ ±0.2% ±10＇ ±0.35% ±15＇ ±0.75% ±30＇ ±0.2% ±10＇ ±0.35% ±15＇ ±0.75% ±30＇ ±1.0% ±1.0% ±60＇ ±60＇ （3） 一次绕组串并联方式的电流互感器

选用一次绕组串并联方式的电流互感器，要考虑到产品短路电流稳态性能。 一次绕组串联方式的动稳定电流接近并联方式的一半，换句话说，一次绕组并联的动稳定电流是串联方式的两倍。所以，在确定多电流比电流互感器的短路性能时应按一

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次绕组串联方式的性能为依据，确定电流互感器的短路稳定性能。

多电流比的电流互感器，二次绕组抽头方式与产品的动热稳定性能无关，但与二次绕组的电流密度有关，应保证在额定短时热电流时二次绕组的电流密度不超过180A/mm2（铜线）；120A/mm2（铝线）。 （4） 二次绕组抽头方式的电流互感器

选用二次绕组抽头方式的电流互感器，要考虑输出容量问题。

二次绕组抽头（抽头值为K分之一，K为10内的整数）时的输出容量S1，满匝时的额定输出容量Sn，两者关系为：

S1?(12)?Sn …………………………………（2-8） K2例：在二分之一处抽头，则S1?(1)2Sn，即为满匝时的四分之一。一般抽头时的输出容量按上式确定，实际上，产品还是可以作得比计算值大些（具体输出容量应用户与制造双方协商）。

（5） 多电流比套管式电流互感器额定值

多电流比套管式电流互感器额定值是以其最大电流比时规定的，其余电流比则不作规定。例：“300-600-1200/1A；50VA；0.5级”表示在1200/1A时满足50VA、0.5级。而在其他的变比：300/1A、600/1A时的准确级和额定输出由双方协商。 4.4 保护电流互感器的特殊要求

保护用电流互感器参数除按照一般规定进行选择外，还要考虑电流互感器所在回路的具体要求：

（1） 变压器差动回路电流互感器额定一次电流的选择，应尽量使两侧电流互感器的二次电流进入差动继电器时基本平衡。当采用微机保护时，可由保护装置实现两侧变比差和相角差的校正。在选择额定一次电流及二次绕组接线方式时，应注意使变压器两侧电流互感器的二次负荷尽量平衡，以减少可能出现的差电流。

（2） 自耦变压器公共绕组回路过负荷保护用的电流互感器，应按公共绕组的允许负荷电流选择。此电流通常发生在低压侧开断，而高－中压侧传输自耦变压器的额定容量的情况。此时，公共绕组上的电流为中压侧与高压侧额定电流之差。

（3） 大型发电机变压器组厂用分支的额定电流远小于主变压器额定电流，厂用分支的电流互感器一般可以厂用分支额定工作电流为基础进行选择，但例外的是厂用分支

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侧用于发－变组差动保护的电流互感器，原则上应与主回路电流互感器变比一致，如因额定一次电流过大装设有困难时，可根据具体情况采取适当措施，如由保护装置改变变比，或者采用二次额定电流为1A的互感器（当其他互感器额定二次电流为5A时）以便在保持变比一致条件下降低互感器额定一次电流等。

（4） 中性点接地系统或中阻抗接地系统变压器中性点接地回路的电流互感器，大型发电机零序电流型横差保护用电流互感器等，在正常情况下一次电流为零，应根据实际应用情况，不平衡电流的实测值或经验数据，并考虑接地保护灵敏系数及互感器的误差限值和动、热稳定等因素，以及保护装置整定范围，选用适当的额定一次电流参数。

（5） 对中性点绝缘接地系统的电缆式或母线式零序电流互感器，因接地故障电流很小，需要按保证保护装置动作灵敏系数来选择变比及有关参数。 4.5 测量电流互感器的特殊要求

（1） 测量用带S级电流互感器的特殊要求

0.2S级和0.5S级是特殊用途的电流互感器，在与宽负荷电度表（过载4倍及以上的电度表）相连接时，电流互感器的计量电流在50mA～6A之间（即额定二次电流5A的1%～120%之间的某一电流下能作准确测量）。在电能关口计量点处宜用0.2S级和0.5S级电流互感器。

1） 带S级电流互感器在很宽的负荷电流（1～120）% Ipn时具有高准确度。在负荷电流的（20～120）%Ipn时，电流误差为≯±0.2%；相位差为≯10＇。其误差值为标称限值，对用于计量关口点电费的准确度有保障。

2） 采用计量级带S级的电流互感器时，可符合按计量规程规定选的负荷电流Ip，在额定电流Ipn的50%～66.6%范围内具有高准确度。

例：0.2级：在Ip?66.6%?Ipn时，电流误差为±0.2618%（注意：＞0.2%）；相位差为±12.06＇（注意：＞10＇），己超过预期的误差标称限值。

0.2S级，在Ip=（20～120）% Ipn时，电流误差为±0.2；相位差为±10＇，符合预期的误差标称限值。

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图2-21 带S级的测量用电流互感器的误差限值

（2） 测量用带S级电流互感器适用范围

据电力网经营体制改革，要求发电、供电、用电的准确计量.以作为考核电网技术经济指标和实现贸易的计量依据。为此要求安装在电能关口计费点的电流互感器具有更高的准确度。

当安装点的电力负荷变化范围很大， 电力负荷低峰与高峰负荷电流相差几倍时，要同时满足高峰和低峰负荷电流的计量准确度，互感器应采用带S级的电流互感器。并按高峰电力负荷值来确定互感器的额定电流比。 （3） 测量用电流互感器额定输出的选择

对测量用电流互感器在选择额定输出时，应考虑到实际的负荷不是越大越好。按国家标准规定，测量用电流互感器准确级的误差限值规定的二次输出范围为25%～100%额定输出，因此，当额定输出选得太大，而实际运行时的负荷可能小于25%额定输出，此时所规定的准确度是达不到的。

5 高压系统保护用电流互感器参数选择

5.1 性能要求

保护用电流互感器性能应满足系统或设备故障工况的要求，即在短路时，将互感器所在回路的一次电流传变到二次回路，且误差不超过规定值。电流互感器铁芯饱和是影响其性能的最重要因素。

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在稳态对称短路电流（无非周期分量）下，影响互感器饱和的注意因素是：短路电流幅值、二次回路（包括互感器二次绕组）的阻抗、电流互感器的工频励磁阻抗、电流互感器匝数比和剩磁等。

在实际的短路暂态过程中，短路电流可能存在非周期分量而严重偏移。这可能导致电流互感器严重暂态饱和。为保证准确传变暂态短路电流，电流互感器在暂态过程中所需磁链可能是传变等值稳态对称短路电流磁链的几倍至几十倍。 5.2 配置原则

在发电厂和变电所中应根据测量和保护的要求配备适当性能的电流互感器。电流互感器二次绕组的数量、铁心类型和准确等级应满足继电保护自动装置和测量仪表的要求。

（1） 对中性点接地系统，电流互感器可按三相配置；对中性点绝缘系统，依具体要求可按两相或三相配置。当配电装置采用一个半断路器接线时，对独立式电流互感器每串宜配置三组。

（2） 继电保护和测量仪表宜用不同二次绕组供电，若受条件限制须共用一个二次绕组时，其性能应同时满足测量和保护的要求，且接线方式应注意避免仪表校验时影响继电保护工作。电流互感器的二次回路不宜进行切换，当需要时，应采取防止开路的措施。

母线方案II方案IF2线路保护母线保护F1线路保护母线保护

图 2-22 线路电流互感器配置方案

（3） 每组的二次绕组数量按工程需要确定。在以往的工程中，一个回路配备的多套保护往往要求分别使用不同的互感器二次绕组。例如主保护和后备保护不能使用同一二次绕组；差动保护不能与其它保护使用同一二次绕组等。这样，要求同一回路电流互感器二次绕组数量愈来愈多。不仅增加投资，更重要的是接线复杂，给运行维护造成很大不便。现在，已普遍采用微机保护，完全可以将各种原理的保护综合在一起，一个回路只要两套保护即可。但对于采用保护双重化的系统，一个元件的两套保护必须使用不

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同二次绕组。

（4） 保护用电流互感器的配置应避免出现主保护的死区。例如图2-22中所示电流互感器配置的两个方案。方案Ⅰ的F1点故障，线路保护不能动作，但母线保护能快速切除故障，缺点是切除范围过大。方案Ⅱ的F2点故障，线路保护能动作跳开线路断路器，但故障不能消除，需要起动断路器失灵保护来切除故障。失灵保护带有时延，而且同样切除范围过大。故宜采用方案Ⅰ。

（5） 接入保护的电流互感器二次绕组的分配，应注意避免电流互感器内部故障时出现保护死区，并尽可能缩小不适当的保护重叠区。例如图2-23的U形电流互感器，其弯曲部分容易与油箱发生短路故障。如果线路保护与母线保护的配置如图中Ⅰ～Ⅳ种方案所示。在F点故障时：方案Ⅰ线路保护断开故障点，影响范围小；方案Ⅱ母线保护断开故障点，影响范围大；方案Ⅲ两套保护均能断开故障点，但母线保护扩大了影响范围；方案Ⅳ为两套保护的死区，保护不能动作清除故障。故应采用方案Ⅰ。

线路保护母线保护III母线保护线路保护线路保护母线保护IIIIV母线保护线路保护FF

图2-23 电流互感器配置出现保护死区示意图

5.3 类型选择原则

（1） 保护用电流互感器的性能应满足继电保护正确动作的要求。首先应保证在稳态对称短路电流下的误差不超过规定值。对于短路电流非周期分量和互感器剩磁等的暂态影响，应根据互感器所在系统暂态稳态的严重程度，所接保护装置的特性、暂态饱和可能引起的后果和运行经验等因素，予以合理考虑。如保护装置具有减缓电流互感器饱和影响的功能，则可按保护装置要求选用适当的互感器。

（2） 330kV～1000kV的变压器和300MW及以上发电机变压器组差动保护用的电流互感器，由于系统一次时间常数较大，电流互感器暂态饱和较严重，由此导致保护误动或拒动的后果严重。因此，保护用电流互感器应保证在实际短路工作循环中不致暂态饱和，即暂态误差不超过规定值，一般选用TP类互感器。

（3） 220kV系统可按稳态短路条件进行计算选择，并为减轻可能发生的暂态饱和

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影响适当留有裕度。一般选用P类、PR类和PX类电流互感器。

220kV的变压器差动保护、100MW～200MW发电机变压器组及大容量电动机差动保护用的电流互感器，暂态饱和问题及其影响后果相对较轻， PR类可限制剩磁影响，有条件时可推广使用。为考虑暂态影响应提高所选用电流互感器的准确限值系数Kalf，给定暂态系数Ks?Kalf/Kpcf应根据实际情况和运行经验确定：

1） 100MW～200MW发电机变压器组外部故障的给定暂态系数不宜低于10。 2） 220kV系统的规定暂态系数不宜低于2，参见IEEE Std C37.110-1996等

规定。

（4） 110kV及以下系统保护用电流互感器一般按稳态条件选择，采用P类互感器。 （5） 高压母线差动保护用电流互感器的选择，由于母线故障时短路电流很大，而且外部短路时流过各互感器的电流差别也可能很大。即使各侧选用特性相同的电流互感器，其暂态饱和程度也可能很不一致。为此，母线差动保护一般具有暂态抗互感器饱和的能力。在工程应用中一般可按稳态短路电流或保护装置的要求选用适当的互感器。

（6） 中性点绝缘系统的接地保护用互感器，可根据具体情况采用由三相电流互感器组成的零序滤过器、专用的电缆式或母线式零序电流互感器。

（7） 关于PR类电流互感器的应用说明

PR类电流互感器为稳态对称一次电流下剩磁系数小于10%的保护用电流互感器，其他特性参数与P类电流互感器相同，该型电流互感器在铁芯上开有小气隙，以确保剩磁系数小于10%。在制定DL/T866-2004《电流互感器和电压互感器选择及计算导则》时，由于当时国内尚无制造PR类电流互感器经验，因此在该计算导则6.2.2.3条中规定“有条件时可推广使用PR类电流互感器”。

据统计，2006年以来电网实际发生了3起220kV线路故障纵差保护误动，从录波图分析确认均是由于线路一端电流互感器产生剩磁出现饱和，而线路另一端电流互感器未饱和，以致在区外故障时出现差流引起保护动作。因此，推荐在新建和扩建的220kV电压等级的发电厂、变电所工程中采用PR类电流互感器，建议首先在有纵差电流保护和距离保护的220kV及110kV系统中推广应用，并进而扩大到其他电压等级系统中应用。

5.4 保护电流互感器性能校验

为保证保护动作的可信赖性和安全性，应对电流互感器的性能进行必要的校验。校

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验时，应根据保护要求选定适当故障点和校验电流。当互感器通过选定的保护校验故障电流Ipcf时，其误差应在规定范围内。Ipcf与Ipn之比称为保护校验系数Kpcf。Ipcf按下述原则确定：

（1） 按可信赖性要求校验保护动作性能时，Ipcf应按区内最严重故障短路电流确定。对于过电流和距离等保护，应同时考虑下述两种情况：

1）在保护区末端故障时，Ipcf应为流过互感器最大短路电流Iscmac。 2）在保护安装点近处故障时，允许互感器误差超出规定值，但必须保证保护装置动作的可靠性和快速性。Ipcf应根据流过互感器最大短路电流Iscmac和保护装置的类型、性能及动作速度等因素确定。

（2）按安全性要求校验保护动作性能时，Ipcf应按区外最严重故障短路电流确定。如电流差动保护的Ipcf应为保护区外短路时流过互感器的最大短路电流Iscmac；方向保护的Ipcf应为可能使方向元件误动的保护反方向故障流过电流互感器的最大短路电流

Iscmac。同时还需要注意防止逐级配合的过电流或阻抗等保护因相邻两处互感器饱和不同

而失去选择性。

（3） 保护校验故障电流Ipcf宜按系统规划容量确定。 5.5 P及PR电流互感器稳态性能计算

对于P类（包括PR类和PX类）电流互感器，应用时，主要校验稳态短路情况下的准确限值系数能否满足保护要求。为计及暂态影响，必要时考虑适当暂态系数。 （1） 一般选择验算

在工程中选用电流互感器时，一般可按下列条件验算其性能和参数能否满足要求： 1）电流互感器的额定准确限值一次电流Ipal应大于保护校验故障电流Ipcf，必要时，还应考虑互感器暂态饱和影响。即准确限值系数Kalf应大于KsKpcf。Ks为用户规定的暂态系数。

2）电流互感器额定二次负荷Rbn应大于实际二次负荷Rb。

按上述条件选择的电流互感器可能尚有潜力未得到合理利用。在系统容量很大，而额定二次电流选用1A，以及采用电子式仪表和微机保护时，经常遇到Kalf不够但二次

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输出容量有裕度的情况。因此，必要时可进行较精确验算，如按额定二次极限电动势或实际准确限值系数曲线验算，以便更合理的选用电流互感器， （2） 按二次极限电动势验算

对于低漏磁电流互感器可按二次极限电动势进行验算：

1）P类电流互感器的额定二次极限电动势（Esj）为（二次负荷仅计及电阻）：

Esj?KalfIsn(Rct?Rbn) ……………………… （2-9）

式中： Kalf— 准确限值系数； Isn— 额定二次电流；

Rct — 电流互感器二次绕组电阻； Rbn — 电流互感器额定负荷。

上述各参数制造部门应在产品说明书中标明。

2）继电保护动作性能校验要求的二次感应电动势（Es）为：

ES?KsKpcfIsn(Rct?Rb) ……………………（2-10）

式中： Kpcf — 保护校验系数，与继电保护动作原理有关，参见6.4节；

Ks — 给定暂态系数，参见6.3节； Rb — 电流互感器实际二次负荷；

其它同公式（2-9）。

3）电流互感器的额定二次极限电动势应大于保护校验要求的二次感应电动势，即：

Esj?Es ………………………………………（2-11）

（3） 按实际准确限值系数曲线验算

如果制造厂提供的电流互感器不满足低漏磁特性要求，当提高准确限值一次电流时，互感器可能出现局部饱和，不能采用上述二次极限感应电动势法进行验算。此时，如用户需要提高所选

0

Kalf Kalf

′

互感器的准确限值系数Kalf，则应由制造厂提供由直接法试验求得的或经过误差修正后实际可用

'的准确限值系数Kalf与Rb的关系曲线。根据实际

Rb Rbn 图2-24 按负荷实际的误差曲线选择电流互感器

'要求：Kalf其中Kpcf为保护校验系数，?KsKpcf。

Ks为给定暂态系数。

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'的Rb，从曲线上查出电流互感器的准确限值系数Kalf，参见图2-24。

（4） 选择电流互感器的准确限值系数

所选电流互感器的准确限值系数Kalf应符合下式要求：

为此，要求制造部门确认所提供电流互感器为低漏磁特性，提供的互感器技术规范中应包括二次绕组的电阻值。

Kalf?KsKpcf(Rct?Rb)(Rct?Rbn) ………………………（2-12）

5.6 PX电流互感器稳态性能计算

PX电流互感器为低漏磁电流互感器，其准确性能由其励磁特性确定，励磁特性的额定拐点电动势Ek可由下式计算：

Ek?Kx(Rct?Rbn)?Isn ……………………… （2-13）

式中Kx为计算（尺寸）系数。

为满足保护性能要求，额定拐点电动势（Ek）应大于继电保护动作性能要求的电流互感器二次感应电动势（Es），即Ek?Es。

求Es的方法参见（2-10）式。 5.7 二次负荷计算

（1） 电流互感器的负荷通常由两部分组成：一部分是所连接的测量仪表或保护装置；另一部分是连接导线。计算电流互感器负荷时应注意在不同接线方式和故障形态下的阻抗换算系数。

保护用电流互感器二次负荷为

Zb??KrcZr?KlcRl?Rc ……………………（2-14）

式中：Zr— 继电器电流线圈电阻（Ω），对于数字保护可忽略电抗，仅计及电阻Rr；

Rl— 连接导线电阻（Ω），参见（2-15）式； Rc— 接触电阻（Ω），一般为0.05Ω～0.1Ω； Klc— 继电器阻抗换算系数，参见表2-8；

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Krc— 连接导线阻抗换算系数，参见表2-8 。

电流互感器的二次负荷额定值（Sbn）可根据实际负荷需要选用2.5、5、7.5、10、15、20、30VA。在某些特殊情况，也可选用更大的额定值。对保护用TP类电流互感器，其二次负荷用负荷电阻Rb表示。

（2） 计算连接导线的负荷时，一般情况下可忽略导线电感，而仅计及其电阻Rl：

Rl?L ……………………………………（2-15） ??A式中：L— 电缆长度（m）；

，电流回路采用2.5mm2及以上截面积的铜导线； A — 导线截面（mm2）

?— 电导系数，铜取57[m/(Ω×mm2)]。

（3） 保护用电流互感器在各种接线方式时不同的短路类型下的阻抗换算系数见表2-8。

表2-8 继电器及连接导线阻抗换算系数表

阻 抗 换 算 系 数 电流互感器 接线方式 三相 短路 两相 短路 单相 短路接地 经Y,d变压器 两相短路 Klc 单相 三相星形 两相 星形 2 1 Krc 1 1 Klc 2 1 2 2 4 3 Krc 1 1 2 1 2 3 Klc 2 2 2 2 2 Krc 1 1 2 1 2 Klc 1 3 3 3 Krc 1 3 1 3 Zr0＝Zr Zr0＝0 3 3 23 3 3 1 两相差接 三角形 3 3 工程应用中应尽量降低保护用电流互感器所接二次负荷，以减小二次感应电动势，避免互感器饱和。必要时，可选择额定负荷显著大于实际负荷的互感器，以提高互感器抗饱和能力。

（4） 保护和自动装置电流回路功耗应根据实际应用情况确定，其功耗值与装置实现原理和构成元件有关，差别很大。表2-9及表2-10列出一些典型情况的功耗供使用参考。

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表2-9 保护和自动装置电流回路功耗参考值

保护或自动装置类型 电流元件 电磁型（EM） 功率元件 阻抗元件 负序电流元件 电流元件 整流型（RT） 功率元件 阻抗元件 负序电流元件 集成电路型（IC） 微机型（DP）

表2-10 各类设备的保护和自动装置电流回路最大功耗参考值

设备及其保护和自动装置类型 750kV、1000kV线路 主保护 后备保护 500kV线路 220kV线路 60～110kV线路 10～35kV线路 300～1000MW发电机 100～200MW发电机 50MW及以下发电机 主保护 后备保护 主保护 后备保护 主保护 后备保护 主保护 后备保护 主保护 后备保护 主保护 后备保护 主保护 后备保护 回路最大功耗（VA） 2（DP） 2（DP） 10（RT），1（IC），1（DP） 20（RT），2（IC），2（DP） 10（EM），5（RT），1（IC），1（DP） 30（EM），15（RT），2（IC），2（DP） 10（EM），5（RT），1（IC），1（DP） 20（EM），10（RT），2（IC），2（DP） 10（EM），5（RT），0.5（IC），0.5（DP） 20（EM），10（RT），1（IC），1（DP） 5（RT），1（IC），1（DP） 60（RT），2（IC），3（DP） 20（EM），5（RT），1（IC），1（DP） 30（EM），50（RT），3（IC），3（DP） 10（EM），5（RT），1（IC），1（DP） 15（EM），10（RT），2（IC），2（DP） 全套 全套 电流回路功耗（VA） 1～15 6～10/相 4～10/相 15 ～1 2/相 5/相 2～5 ≤1.0/相 ≤1.0/相 注：EM —— 电磁型保护，RT —— 整流型保护，IC —— 集成电路型保护，DP —— 微机型保护 注：据了解，目前已实施的750kV、1000kV线路保护均采用微机型保护，硬件配置与500kV线路相似，只是在软件功能上有改进。因此功耗值差别不大。

5.8 保护电流互感器暂态性能计算

TP类电流互感器是考虑暂态条件的保护用电流互感器。一般P类保护用电流互感器仅考虑在稳态短路电流情况下保证具有规定的准确性，在具有非周期分量的暂态条件下则可能饱和而使其误差远超过允许值。TP类保护用电流互感器则要求在规定工作循

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环的暂态条件下保证规定的准确性。 （1） TP类电流互感器分级

TP类电流互感器分以下级别并定义如下：

1）TPS级：低漏磁电流互感器，其性能由二次励磁特性和匝数比误差限值规定，对剩磁无规定。

?）2）TPX级：准确限值规定为在指定的暂态工作循环中的峰值瞬时误差（?，对剩磁无规定。

?）3）TPY级：准确限值规定为在指定的暂态工作循环中的峰值瞬时误差（?，剩磁不超过饱和磁通的10％。

4） TPZ级：准确限值规定为在指定的二次回路时间常数下，具有最大直流偏移的

?ac）单次通电时的峰值瞬时交流分量误差（?。无直流分量误差限值要求。剩磁通实际上

可以忽略。

（2） TP类电流互感器的参数标准值

TP类电流互感器的特性要考虑短路电流中具有非周期分量的暂态情况。一般将暂态短路电流分为对称电流分量（周期分量）和非对称电流分量（非周期分量）两部分，对称短路电流有关标准值如下：

1）额定对称短路电流倍数（Kssc）一般选用：3、5、7、10、12.5、15、17.5、20、25、30、40、50。

2）额定一次对称短路电流（Ipsc）的优先值由Ipn和Kssc两者的乘积得出，此乘积不必与Ith值完全相等。

3）额定对称短路短时热电流（Ith）以kA方均根值表示的标准值为：6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100。

对P类互感器，曾定义稳态情况下能满足规定误差要求的最大一次电流值为额定准确限值一次电流Ipal，Ipal与额定一次电流Ipn之比为准确限值系数Kalf。准确限值系数的概念也可推广应用于暂态情况下，此时准确限值系数为额定对称短路电流倍数与暂态系数（或暂态面积系数）的乘积，即Kalf?Kssc?Ktf。 5.9 TP类电流互感器的误差限值

24

（1） TPS级电流互感器的误差限值

TPS电流互感器的性能与P类互感器中的PX电流互感器相当，误差限值条件由匝数比和励磁特性确定。匝数比应等于Kn，匝数比误差应不超过±0.25%。

励磁特性的二次极限电动势Eal不低于规定值，此电动势幅值增大10%时致使相应励磁电流增大不超过100%。

当有规定时，在励磁极限二次电动势下测得的励磁电流峰值应不超过规定值，如果未指定限值，则励磁电流应不超过折算到二次侧的Ith的10%。

对于TPS，一般由用户规定额定等效二次极限电动势，通常如下表示：

Eal?KsKssc(Rct?Rb)Isn ……………………（2-16）

其中Ks为客户给定的暂态系数，Rct由制造厂的设计确定，但在有些使用条件下，为了与其他设备相配合，可由客户提出其限值。

（2） TPX级、TPY级、TPZ级电流互感器的误差限值

P类电流互感器的误差限值条件由综合误差规定。TP类电流互感器在暂态情况下的误差限值条件则由峰值瞬时误差规定。这是由于引起互感器误差的励磁电流在暂态情况下一般不是周期分量，只能用瞬时电流描述。

瞬时误差电流或瞬时励磁电流为二次电流瞬时值（is）与额定电流比（Kn）的乘积和一次电流瞬时值（ip）的差值，即：

i??Knis?ip ………………………………… （2-17）

在同时具有交流误差分量（i?ac）和直流误差分量（i?dc）时，所含各分量分别表示如下：

i??i?ac?i?dc?(Knisac?ipac)?(Knisdc?ipdc) …… （2-18）

峰值瞬时（总）误差为规定的工作循环中的最大瞬时误差电流，表示为额定二次短路电流峰值的百分数：

???100i?(%) ………………………………（2-19） 2Ipsc? 25

?ac??100i?ac(%) ……………………………（2-20） 2Ipsc?其中峰值瞬时交流分量误差为交流分量最大瞬时误差电流，表示为额定一次短路电流峰值的百分数：图2-25示出根据实测误差曲线确定TPX、TPY和TPZ的方法：

iε

??dca?i??acb?2i??ac?i??dcc?ib a c t ???cTPX,TPY:i???i??ac?b2TPZ:i

图2-25 TP类电流互感器误差说明

在二次回路电阻值为Rsn?Rct?Rbn时，误差应不超过下表所列值。

表2-11 TP类电流互感器误差限值

级 别 在额定一次电流下 比值差 % ±0.5 ±1 ±1 相位差 min ±30 ±60 180±18 crad ±0.9 ±1.8 5.3±0.6 在准确限值条件下 最大峰值瞬时误差 % ε=10 ε=10 εac=10 TPX TPY TPZ （3） TPY电流互感器的暂态误差计算

TPY电流互感器在暂态过程中励磁电流较大，一方面是由于铁心带气隙，励磁电感

L相对较低，即Ts相对较低。另一方面为准确传变非周期分量需要很大励磁电流。因此应注意校验暂态误差不超过限值，即励磁电流峰值不应超过稳态短路电流Ipsc峰值的10％。由DL/T866-2004 电流互感器和电压互感器选择及计算导则可知，暂态误差为：

???ie2Ipsc/Kn??100Ktd%?10% …………… （2-21） ?Ts 26

由上式确定了额定暂态面积系数Ktd与二次回路时间常数Ts的关系。故TPY为满足暂态误差要求，其二次时间常数应满足：

Ts?10KtdK?td ……………………………（2-22） 2?f3.14（4） TPZ电流互感器误差计算

电流互感器的等值电路如图2-26所示。

Es — 二次励磁电动势 Us — 二次负荷电压 Ip — 一次电流 N1 — 一次匝数 N2 — 二次匝数

Ip/Kn — 二次全电流 Is — 二次电流

Rct — 二次绕组电阻 Ie — 励磁电流

Zb — 二次负荷阻抗（包括二次设备及连接导线）

N1 Es N2 电流互感器 外接负荷

Ip Ip/Kn Ie Ze Us Zb

Is Xct Rct 图2-26 电流互感器的等值电路

Xct — 二次绕组电抗（低漏磁互感器可忽略）

Kn＝N2 / N1 — 匝数比

Ze — 励磁阻抗

TPZ电流互感器仅保证交流分量的误差，不保证非周期分量的误差。由于其铁心有较大气隙，铁心的导磁率基本是恒定的，可称之为线性互感器。TPZ电流互感器的交流分量误差计算式根据图2-26电流互感器的等值电路,设忽略励磁电阻，励磁电抗为

j?Le。可直接推导如下：

Ie?j?Le?(IP?IS)?j?Le?Is??Rct?Rb?j?(Lct?Lb)??Is?(Rs?jL2)

可得：

??I?Ispj?Lej?Le??I pj?Le?Rs?j?L2Rs?j?(Le?L2)??Ip?Lee2sj?22j?R?(?Ls)e??Ip?Le??Ls?Rs1???R???s?2e???j?????2?

27

??Ip?Te1?(?Ts)2e???j?????2? ……………………………… （2-23）

式中：??tg?1?Ts

Ts?LsLe?L2? RsRsLe RsTe?按误差定义：

?i?Is?IpIp???Te?100%???1??100% ………（2-24）

2?1???TS????相位误差即Is与Ip的相位差????/2???， 当?Ts??1，?很小，用弧度表示时，则：

??sin????????cos???2?RsRs2???Ls?2?11???Ts?2?1 ……（2-25） ?Ts按表2-11，在额定一次电流下的角误差为180min±18min或5.3crad±0.6crad，可由：

Ts?1???1?0.06 s

314?0.053算出相应的二次时间常数Ts为60ms±6ms。 5.10 TP类电流互感器的规范

各级电流互感器的规范内容如下表所示。

表2-12 TP类电流互感器规范内容

电流互感器的级别 额定一次电流Ipn 额定二次电流Ips 额定频率f 设备最高电压和额定绝缘水平 额定短时热电流Ith 额定动稳定电流Idyn 规范采用的电流比Kn 额定对称短路电流倍数Kssc TPS × × × × × × × × TPX × × × × × × × × TPY × × × × × × × × TPZ × × × × × × × × 由用户提出的规范 说明 28

电流互感器的级别 规定的一次时间常数Tp 工作循环 单：t′，t′al 双：t′, t′al， tfr,，t″, t″al 额定二次负荷电阻Rbn 用户规定的暂态系数Ks 互感器二次绕组电阻Rct(校正)至…℃) * 额定暂态面积系数Ktd 额定二次时间常数Tsn ×适用；－不适用 TPS － － TPX × × TPY × × TPZ × － 说明 × × × － － × － × × － × － × × ×*) × － × × － 由制造部门提供的补充规范 注1： 当客户希望获得新设备与现有设备兼容时，在相配合的技术规范中可规定某些参数的限值，例如Ts或Rct，参见*)。但必须承认不同设计之间可能有些差别。 注2：技术规范包括由制造部门提供的补充规范，应标明在产品铭牌和产品型录上，以便用户进行性能校验。

5.11 TP类电流互感器的应用特点 （1） TPS级和TPX级电流互感器

TPS级电流互感器除了是低漏磁型外，还要求严格控制匝数比。适用于根据简单环流原理和采用高阻抗继电器的差动保护系统。由于对剩磁不限制，保护继电器的励磁使用极限，通常由试验和现场经验得出的经验公式确定。若在电流互感器已严重饱和时切断一次电流，将使得二次回路中的电流随同磁通由饱和状态快速降低到剩磁水平，保护继电器的复归时间，通常不明显受TPS电流互感器衰减特性的影响。适用于对复归时间要求严格的断路器失灵保护电流检测元件。

TPX级电流互感器的基本特性一般与TPS级相似，只是对误差限值的规定不同。 对于TPS级和TPX级电流互感器，在t?tmax和Tp??Ts情况下的C?t?O工作循环中，暂态面积系数计算公式：

Ktd?可简化为：

Tp?Ts???TpTs???etTp?e?tTs???1 ……………… （2-26） ??t??TKtd?2?fTp?1?ep?????1 …………………… （2-27） ??C?t'?O?tfr?C?t\?O工作循环的暂态面积系数公式

29

??TTpsKtd???Tp?Ts?t'??t??eTp?eTs???'?tfx?t\?TT?ps??sin?t'??eTs???Tp?Ts???t\??t??eTp?eTs???\???1 ……（2-28） ???可简化为：

t'???TpKtd???Tp?1?e?????t\??tfx?t\?????sin?t'??eTs??T?1?eTpp???????????1 ……………（2-29） ???由于这类电流互感器二次时间常数Ts较大，在重合闸断电时间tfr铁心磁通衰减很有限，两次通电循环的Ktd值很大，故TPS和TPX互感器不宜用于线路重合闸的情况。 （2） TPY级电流互感器

TPY级电流互感器控制剩磁不大于饱和磁通的0.1p.u。有利于C-O-C-O工作循环的准确限值，适用于采用重合闸的线路保护。在从饱和到剩磁状态的转换期间，与相同尺寸和相同二次外接负荷的TPS级或TPX级电流互感器相比，由于磁阻、储能、以及磁通变化量的不同，因而二次回路的电流值较高且持续时间较长。不宜用于断路器失灵保护。

对于TPY级电流互感器，额定暂态面积系数Ktd可按（2-26）式或（2-28）式进行计算，工作循环有关参数可根据电力系统实际情况确定。但由（2-22）式确定的二次回路时间常数Ts变化范围较大，通常是由制造设计优化确定的。制造厂应按表2-11提供额定二次负荷下的Ts值。应用时可根据实际二次负荷进行修正，修正公式为

Ts?Tsn??Rct?Rbn?/?Rct?Rb?。

（3） TPZ级电流互感器

对于TPZ级电流互感器，剩磁可忽略不计。严重饱和后衰减的二次电流在最初 阶段（继电器返回时）比相应的TPY级保持更高数值。这类互感器适用于仅反应交流分量的保护。许多继电器经过输入电流/电压传感器转换被测量然后处理，因此，仅二次电流的交流分量有意义。由于不保证低频分量误差及励磁阻抗低，一般不推荐用于主设备保护和断路器失灵保护。

对于TPZ级电流互感器，因Kr?0，铁心气隙较大，其导磁系数在规定工作循环中是恒定的。可以用解析式导出电流互感器的交流分量相位差为??1/??Ts?。当TPZ的

30

?规定范围为180min±18min时，可求得Ts＝60ms±6ms。已知Ts，可由（1-16）式

或（1-18）式直接计算Ktd。

6 中压系统保护用电流互感器参数选择

通常的保护用电流互感器参数选择方法，是在故障时通过互感器的最大短路电流不应超过其准确限值电流，在该电流下互感器的复合误差不超过规定值。但随着电力系统不断扩大和大机组的增多，发电厂厂用电和变电所中压（3~10kV、35kV）系统短路电流越来越大，而有些馈线工作电流却不大。例如600MW发电机组的厂用电系统，馈线最小负荷不过数十安培，而短路电流可能达40kA~50kA。电流互感器额定一次电流通常按负荷电流选择，以便于测量和保护整定。这样确定的互感器在短路时需要承受数百倍至千倍的短路电流，可能产生严重的饱和而影响其性能。若电流互感器按在短路故障时不饱和条件选择，则电流互感器额定一次电流将远大于负荷电流且需具有较高准确限值系数，这将造成电流互感器投资费用的增加以及保护整定困难和测量误差难以保证。例如一台200kW的电动机，额定电流21.38A，系统短路电流50kA，为避免饱和需选择变比为2500/5，Kalf?20的电流互感器，这造成实际二次电流仅为互感器额定值的1％左右。

为此，由北京国电华北电力工程有限公司、北京四方继保自动化有限公司和大连第一互感器厂三方先后在大连第一互感器厂高压试验基地和国家变压器质量监督检验中心，对现有电流互感器和微机保护装置进行不同短路电流、不同整定值下的系列试验，探求电流互感器在饱和时的输出和复合误差特性，详细分析电流互感器的饱和特性以及饱和程度对保护动作特性的影响，以及与保护动作行为之间的关系，找出规律，提出合理可行的选择保护用电流互感器参数的方法。 6.1 试验方案及试验结果分析 （1） 试验方案和结果

试验电流互感器采用工程实际应用的定型产品LZZBJ9-10，变比100/5，10P，准确限值系数Kalf?10，二次额定输出15VA（0.6Ω），二次绕组电阻0.066Ω。

试验继电器采用电磁型和微机保护，电磁型继电器为DL-12/100型，微机保护为四方公司产品生产的低压保护CSL216E。保护整定值二次电流为Iset?65A（一次电流＝1300A）。

31

试验时二次带额定负荷，功率因素分别为cos??1或cos??0.5。

试验时互感器一次施加电流从880A（8.8倍额定电流）到13000A（130倍额定电流），试验数据、计算数据及继电保护动作情况如下表。I1为实际一次电流值，I2'为实际二次电流值，I2为换算到一次侧的电流值，I0为差电流。

表2-13 试验结果表

序号 实际试验电流(A) 复合误'2过饱和系数Ks= I1/Kalf In 0.884 1.284 2.312 3.136 4.602 6.066 7.566 9.852 13.032 3.0 4.35 保护 × × √ √ √ √ √ √ √ √ √ 继电保护动作情况 电磁型微机型保护 × × √ √ √ √ √ √ √ √ √ 电子式互感器及保护 × × √ √ √ √ √ √ √ √ √ I1 884 1284 2312 3136 4602 6066 7566 9852 I0 15.6 40.1 1392 2324 3918 5454 6992 9342 I2(I) 872(43.6) 1266(63.3) 1714(85.7) 1894(94.7) 2116(105.8) 2276(113.8) 2380(119.0) 2532(126.6) 2700(135) 1770(88.5) 1940(97) 差ε％ c 二次带额定负荷，cos??1 1 2 3 4 6 7 9 11 12 13 14

1.76 3.15 60.2 74.1 85.1 89.9 92.5 94.8 96.5 48.9 61.7 13032 12576 3138 4590 1536 2832 二次带额定负荷，cos??0.5 下面列举若干记录的波形：

I1 I2 I0

I1 I2

I0

a) 1284 A一次电流下波形 b) 2312 A一次电流下波形

32

I1

I1

I2 I0

c) 4602A一次电流下波形 d) 13032A一次电流下波形

I2 I0

图2-27 二次负荷功率因素为1时的试验波形图

I1 I2 I0

I1 I2 I0

a) 3138A一次电流下波形 b) 4590A一次电流下波形

图2-28 二次负荷功率因素为0.5时的试验波形图

（2） 试验结果分析

这里引用的数据除继电保护动作情况外，一般是试验时的实时稳态数据。与短路起始的暂态数据，可能有小的差别，但不会影响分析结论。

1）负荷功率因数为1时的二次电流波形

在负荷功率因数cos??1情况下，当铁心未饱和时，i2与i1同相位变化，当铁心达到饱和值后，磁通不再变化，二次感应电动势为零，二次电流i2迅速降到零，即电流半波的后面一部分被消去，至下一个半波又重复此过程。参看表2-14，过饱和系数增大时，虽然起始饱和角减小，但二次电流有效值并不减小而是增大的。

2）负荷功率因数为0.5时的二次电流波形

在负荷功率因数cos??0.5情况下，当未饱和时，i2与i1基本同相位变化，当磁通达到饱和后，不再产生二次感应电动势，但由于二次回路有电感，电流不能突变，i2按回路时间常数逐渐衰减。至下一个半波又重复此过程。参见表2-15。随着过饱和系数增

33

大，二次电流有效值是增加的。

3）保护动作情况

微机保护和电磁型保护均在二次电流大于65A（一次电流1300A）时可靠动作，符合预期要求。即使一次电流继续增大达到13000Ａ（过饱和系数13），保护仍能可靠动作。

6.2 电流互感器特性分析

电流互感器的起始饱和角（切断角）与一次电流幅值有关，对于普通的晶粒取向硅钢片，在磁通达到饱和后，可以近似用理想磁化曲线来分析，即当磁通未达到饱和磁通前，励磁电流为0，一次电流通过额定变比变换后与二次电流完全相同。饱和后，铁心磁通基本不变，二次感应电动势为零。参见图2-29。

理想磁化特性的电流互感器带不同负荷在不同饱和系数下的电流波形分析, 当负荷功率因数cos??1时，电流、电压和磁通变化如图2-30。实测试验所得示波图与理论波形是相符的。

磁通密度 (B) 磁动势(H)

图2-29 电流互感器理想励磁特性

图2-30 负荷为纯电阻时的电流和磁通变化

负荷为纯电阻时，互感器的起始饱和角（切断角）?t与不同过饱和系数Ks有如下关系：cos?t?1?2/Ks。过饱和系数愈大时，切断角愈小，但实际上二次电流不会因过饱和系数增大而减小。

负荷为纯电阻，不同过饱和系数Ks时二次电流理想波形如图2-31所示：

34

图2-31 二次负荷为纯电阻时，不同过饱和系数下的二次电流波形

不同过饱和系数Ks时的相应二次电流值如表2-13所示。当Ks增大，切断角减小，但由于峰值增大，二次电流的有效值及峰值仍是增大的。二次电流平均值也能保持不变。微机保护通过傅氏变换求得的基波值也是增加的。

表2-14 二次负荷为电阻时不同饱和系数时切断角及二次电流值

过饱和倍数Ks 切断角ωt 二次电流 标么值 (以Ks＝1为基准) 有效值 平均值 峰值 基波值 1 π 1 1 1 1 4/3 2π/3 1.2 1 1.33 1.119 2 π/2 1.41 1 2 4 π/3 1.77 1 3.46 8 0.23π 2.05 1 7.5 1.254 15 π/6 2.55 1 5.14 1.269 50 0.09π 3.35 1 14 1.270 1.185 1.234

图2-32 电阻负荷不同过饱和系数时二次电流值

35

负荷为纯电抗，功率因数为0时：互感器的起始饱和角（切断角）??t1与不同过饱和系数Ks的关系为：sin(??t1/2)?1/Ks。同样可求出不同Ks时的二次电流波形及电流值，二次电流值如表2-15所示。当过饱和系数增大，切断角减小，但二次电流的有效值、平均值及基波值仍是增大的。

表2-15 二次负荷为电抗时不同过饱和系数时切断角及二次电流值

过饱和倍数Ks 未饱和部分ωt1 二次电流 标么值 (以Ks＝1为基准) 有效值 平均值 峰值 基波值 1 π 1.0 1.0 4/3 0.54π 1.32 1.17 1.0 1.14 2 0.333π 1.74 1.31 1.0 1.22 4 0.161π 2.14 1.44 1.0 1.26 8 0.080π 2.32 1.51 1.0 1.27 16 0.040π 2.41 1.57 1.0 1.272 1.0 1.0

6.3 电流互感器饱和对保护动作的影响 （1） 电流互感器饱和对保护的一般影响

通过试验和分析结果表明，互感器饱和时对不同结构和性能的继电保护有着不同的影响。对于反应二次电流有效值或平均值的保护，如机电型或整流型继电保护，当互感器在饱和前二次电流能保证保护可靠动作，则一次电流继续增大导致互感器过饱和时，二次电流不会减少，能够保证保护可靠动作。

对于微机保护，饱和的影响则与其实现的原理及性能有关。如保护能正确反应电流波形有效值（波形能量）或平均值（波形面积），则与上述情况相同。即使保护反应电流基波分量，在严重过饱和时二次电流模拟量的基波分量也不会减少。但饱和二次电流已严重畸变，例如出现很窄的尖波，通过采样求得的电流值则将受采样频率和实际采样起始时间的影响，后面将详细分析。试验中采用的保护采样频率是每周波36点。严重饱和时测得的电流略有波动，但均能保证保护可靠动作。 （2） 微机保护在互感器深度饱和时的性能

当电流因饱和而波形畸变时，微机保护的采样频率及采样起始点时间对结果有影响。

试验的样品是100/5、10P10电流互感器，额定准确限值电流Kalf?In?1000A，试验表明实际达到1400A左右才开始饱和。使用不同采样频率的微机保护求得的结果如图2-33所示。

36

2500 (A)

500

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13×103

图2-33 不同采样频率的采样值离散分布图

1000

36点采样值及分布边界 18点采样值及分布边界 12点采样值及分布边界 (A)

1500 2000

由图2-33的数据可得下述结果：

1）当电流小于1300A，即互感器未饱和时，在同一电流下不同采样频率的采样值基本相等，误差不大。

2）当电流大于2312A，即互感器饱和后，在同一电流下不同采样频率的采样值是离散的，这种离散是由于采样起始点不同引起的，具有随机性。但离散幅度具有规律，采样频率高，离散度小；采样频率低，则离散度大。

3）在试验中， 微机保护从36点采样～12点采样，所有采样值均大于1300A。说明如保护动作整定值小于Kalf?In?1000A，完全可以保证保护正确动作（试验时保护整定值为1300A，保护正确动作）。

4）在过饱和系数不很大（如KS?6.5）的情况下，微机保护采样频率的影响有限，不会影响保护的动作。

6.4 中压电流互感器试验得出的结论

（1） 通过试验研究，给试验样品电流互感器通过电流高达130倍额定电流（Kalf的13倍），导致互感器严重饱和，详尽测量了二次电流的波形及有效值变化情况，基本摸清了电流互感器在过饱和状态下的特性。

37

（2） 电流增大未达互感器饱和水平时，二次电流随一次电流变化，误差在规定范围内。当电流增大至互感器饱和后，复合误差严重增大，且二次电流波形将发生严重畸变，畸变情况与二次负荷特性有关。当负荷为纯电阻时，互感器饱和后二次电流迅速降低接近零，形成后部缺损的正弦波。当负荷中有电感时，饱和后二次电流不能快速变化，而是按回路时间常数衰减至零。

（3） 随着过饱和系数增大，尽管二次电流波形畸变增大，但其有效值、平均值及由傅氏算法求出的电流基波值一般是增加的。对于反应电流有效值、平均值的继电保护（如机电型、整流型），如整定值不超过互感器准确限值电流（Kalf?In），即在互感器饱和前能保证动作，则电流继续增大的过饱和情况下仍能保证保护可靠动作。

（4） 对于微机保护一般是将电流采样值通过傅氏算法求取基波值，其值与采样频率滤波参数等因素有关，当微机保护采样率为每周波36点，能保证保护可靠动作。当采样频率为每周波12点时，建议过饱和系数不超过6.5。当采样频率为每周波18点时，建议过饱和系数不超过13。这样在保护整定值不超过互感器准确限值时，可保证在互感器过饱和情况下保护动作要求，并留有足够裕度。如保护进一步采取措施，使其直接反应或近似反应二次电流有效值，则可不受采样频率的限制。 6.5 中压电流互感器选择计算

6.5.1 中压电流互感器准确限值系数选择原则

（1） 按保证保护装置正确动作确定要求的互感器准确限值系数

对于中压系统的线路、变压器（如6.3kV，10MVA以下）和电动机（如6kV，2000kW以下）电流保护（包括电流速断及过电流保护），若要求在通过该回路区内故障最大短路电流时，互感器不出现饱和，在短路电流很大情况下（例如40kA～50kA），互感器参数很难满足要求。

试验结果表明，只要互感器准确限值电流（Kalf?In）大于保护最大整定电流（例如电流速断整定值），可保证保护正确动作，当短路电流进一步增大，即互感器出现饱和后，二次电流仍保持增大趋势，能保证保护装置可靠动作。因此，按保护最大定值确定互感器的准确限值系数，则一般电流互感器（Kalf?15～20）即可满足要求。 （2） 根据实际负荷修正确定互感器准确限值系数

对于中压互感器一般情况下额定一次安匝较小，结构也较简单，其一次返回导体影响可以不计，则互感器准确限值系数与负荷的关系可以用二次极限感应电动势相等来确

38

定。即：

'Esl?Esln 或 IsnKalf?Rct?Rb??IsnKalf?Rct?Rbn?

由此得出： Kalf??Kalf?Rct?Rbn?Rct?Rb ………………（2-30）

式中：Isn — 互感器额定二次电流；

?— 在实际负荷下的准确限值系数； KalfKalf — 互感器的额定准确限值系数；

Rct — 互感器二次绕组电阻（75℃）； Rb — 实际负荷，Ω；

Rbn — 互感器标定的额定负荷，Ω。

?可取为额定值Kalf的两倍。 工程中按实际负荷修正的准确限值系数Kalf6.5.2 中压电流互感器选用参数建议

试验分析表明，互感器的准确限值系数如按保护最大定值选定，常规互感器的参数即可满足要求，从根本上解决了发电厂中压系统短路电流很大、互感器参数不能适应的问题。

按此原则选定的互感器，完全满足一般反应有效值和平均值的继电保护在过饱和时可靠动作的需要。对于微机保护考虑到采样频率对采样计算结果有一定影响，建议每周波采样12点的保护，过饱和系数不超过6.5；每周波采样18点的保护，过饱和系数不超过13。如采样频率更高，则过饱和系数基本不受限制。

6kV出口短路电流设为50kA或31.5kA。两者保护整定值接近，按保护整定值确定的Kalf相同，但过饱和系数不同。

表2-16 厂用负荷工程中互感器选用参数建议表 最大额定电流(A) 互感器 变比 300/5 183.3 300/1 200/5 73.3 200/1 负荷类型 及容量 保护最大定值(A) 按保护定值需要的 Kalf 互感器选用的Kalf 裕度系数 最大过饱和 系数 Ks ① ② 5.3 (2.7) 7.9 (4.0) 建议二次负荷(VA) 15 5 15 5 1000～2000kVA变压器或相当的其他负荷 315～800kVA变压器或相当的其他负荷 4000 4000/300 =13.4 2200/200 =11 20 8.4 1.5 (4.2) 12.5 1.8 (6.3) 2200 20 39

注：1）裕度系数为电流互感器选用的Kalf 与按保护定值需要的Kalf之比。 2）表中以①表示短路电流为50kA有关数据，以②表示31.5kA有关数据。 3）Ks栏内带括号的数据为考虑实际负荷修正系数为2时的数值。 注：上表为电流互感器参数选择的基本要求，在实际工程中，可根据具体情况对互感器参数进行微调。

7 300MW?600MW火力发电机组电流互感器型式和参数选择

7.1 大型发电机组参数和结构特点

适用于大机组的保护用电流互感器，需要根据机组的有关参数和结构特点等因数进行研制，对电流互感器选择的不利因素是：

（1） 大机组一次时间常数很大，为保证暂态不饱和，互感器的铁心面积和重量将大大增加，即Ktd很大，可达20～50。

（2） 大机组的电流互感器变比很大，二次线圈匝数高达15000～30000匝，线圈电阻较大，可达100Ω以上，发热较严重。

（3） 大机组中性点及机端出线空间有限，出线套管的长度和直径有限，因此互感器的体积和重量不能过大。

（4） 机组电流大，各相导体相距不远，相邻相电流可能严重影响互感器的准确性。必须采取措施消除邻相电流影响。

但机组参数对电流互感器选择也存在有利因素，即由于机组阻抗较大，外部故障穿越机组的短路电流较小，仅约为发电机额定电流的3～7倍，较高值对应于发电机端部故障，较低值对应于发变组外部故障。由于所选电流互感器额定一次电流一般为发电机额定电流的1.25~1.4倍，故穿越电流一般仅为电流互感器额定一次电流的2～5.5倍。即电流互感器要求能够保持准确性的稳态短路倍数Kssc不高。即使暂态面积系数Ktd要求较高，但暂态总倍数KsscKtd不是很高，即电流互感器达到饱和前的磁通不是要求很高。 7.2 大型发电机组电流互感器基本要求

（1） 对用于电能计量的电流互感器宜采用在较大范围能保持规定准确性的电流互感器，即采用S级测量用电流互感器。

（2） 对保护用电流互感器，关键问题为是否要求保证互感器暂态不饱和。当前发电机组的保护装置一般没有抗饱和功能，部分产品标明具有抗饱和能力，但未提出对电流互感器性能指标能够降低到什么程度。因此目前还需要适当选取电流互感器参数来解

40

决饱和问题。300MW～600MW机组一般高压侧直接接于500kV系统。当前500kV系统一般采用具有暂态特性的TP类电流互感器。考虑大机组的一次时间常数很大，引起互感器的暂态问题很严重，以及为了和高压侧的TPY电流互感器特性协调配合，发电机低压侧的电流互感器宜采用满足暂态要求且有剩磁限值的TPY电流互感器或类似特性的互感器。要求在整个工作循环中互感器暂态误差不超过给定值。即在外部故障时，机组差动保护不致因互感器暂态饱和而引起误动，在内部故障时不致因暂态饱和而拒动。实际上除差动保护外其它保护的动作电流值较低，有些保护还带一定时延，因而不容易受互感器饱和影响。所以，选择保护用电流互感器时主要校验机组差动保护的安全性（不误动）。

7.3 推荐的电流互感器配置 （1） 300MW发电机变压器组

300MW发变组主回路电流互感器配置如图2-34及图2-35。图2-34高压侧为220kV，双母线接线。图2-35高压侧为500kV，母线为一个半断路器接线。由两套相同的发电机保护加变压器保护实现双重化，保护没有死区，并做到配置规范化，发电机保护和变压器保护共用发电机出口的电流互感器。500kV侧保护用电流互感器选用TPY电流互感器，按一般规定选择有关参数。发电机中性点及机端的保护用电流互感器和变压器220kV侧的保护用电流互感器均选择TPY电流互感器。按外部F1点故障，以机组差动保护的安全性作为校验条件。

（2） 600MW发电机变压器组（发电机无断路器）

600MW发变组（发电机无断路器）主回路电流互感器配置如图2-36。如高压侧为双母线接线时，电流互感器配置可参见图2-34。继电保护配置由两组相同的发电机保护加变压器保护实现双重化，发电机保护和变压器保护共用发电机出口的电流互感器。高压侧保护用电流互感器选用TPY电流互感器。发电机中性点及机端的保护用电流互感器选择TPY电流互感器。按外部F1点故障，以机组差动保护的安全性作为校验条件。 （3） 600MW发电机变压器组（发电机有断路器）

600MW发变组（发电机有断路器）主回路电流互感器配置如图2-37。发电机和变压器分别配置保护并实现双重化。发电机差动保护接于变压器低压侧电流互感器，而变压器差动保护接于发电机出口电流互感器。高压侧保护用电流互感器选用TPY电流互感器。发电机中性点及机端的保护用电流互感器选择TPY电流互感器。发电机中性点及变压器低压侧的保护用电流互感器按发电机外部F2点故障，以发电机差动保护的安

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全性作为校验条件。发电机机端互感器按F3点故障，以变压器差动保护的安全性作为校验条件。在发电机机端和变压器低压侧通常选用相同的电流互感器，应按F2、F3点较严重的条件选择。考虑到发电机次暂态电抗通常大于配套的变压器短路电抗，F3点故障通过互感器的故障电流大于F2点故障的通过电流，故低压侧互感器应按F3点进行校验。

图2-34 300MW发电机变压器组(升压220kV)电流互感器配置图

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图2-35 300MW发电机变压器组(升压500kV)电流互感器配置图

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图2-36 600MW发电机变压器组（发电机无断路器）电流互感器配置图

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图2-37 600MW发电机变压器组（发电机有断路器）电流互感器配置图

7.4 电流互感器参数计算

对于300MW及以上发电机组，其电流互感器的性能应不受短路非周期分量和剩磁引起的暂态饱和影响，为此，应采用TPY电流互感器。在实际工程中需要对电流互感器技术规范提出以下要求：

互感器一次额定电流（额定一次电流）Ipn； 互感器二次额定电流（额定二次电流）Isn；

互感器稳态短路电流倍数（额定对称短路电流倍数（暂态））Kssc； 互感器一次时间常数（规定的一次时间常数）Tp； 规定的工作循环；

互感器误差限值（一般可按标准值，此处宜根据发电机保护要求提出）； 二次负荷（电阻）Rb。

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另外，还有几个与电流互感器暂态特性密切相关的参数：

二次时间常数Ts；

暂态面积系数Ktd； 互感器二次绕组电阻值Rct。

原则上这几个参数是由制造部门根据用户提出的要求进行优化确定，并提供用户作为验算电流互感器性能之用。

计算是根据300MW～600MW的实际参数和与电力系统的连接方式及有关参数，求出互感器的有关参数。除了发电机电压侧电流互感器外，对于300MW机组还计算高压侧220kV、500kV电流互感器的有关参数。

为了提供对互感器性能验算方法，并进行初步验算，对于原则上应由制造部门优化确定的有关参数，本计算也提出了供参考的数值。 （1） 原始参数

国产300MW、600MW发电机参数见表2-19。

与300MW、600MW机组配套国产变压器参数见表2-20。

系统短路容量：取发电厂高压母线短路电流为50kA。换算到：以667MVA为基准的短路容量标么值为：3×525×50/667＝68.16。

短路工作循环：在短路工作循环过程中，要求电流互感器暂态误差及 均不大于10 一般工作循环取三相短路，故障清除时间取100ms或80ms，即取C-100ms-O或C-80ms-O。

作为特殊校验条件取以下两种故障情况： 断路器失灵，工作循环为C-280ms-O；

单相重合闸，工作循环为C-100ms-O-800ms-C-100ms-O。

对于发电机-变压器组升压到220kV、500kV及以上电压等级，要考虑线路单相重合闸过程中发电机变压器组保护不误动作，因此线路断路器应该考虑单相重合闸情况。

需要指出的是断路器通常只考虑单相失灵。不论是高压侧单相重合闸或断路器单相失灵，高压侧的单相短路电流经过升压变的Y/d变换后，低压侧两个相电流仅为高压侧电流的58％，即校验电流互感器时，稳态短路倍数Kssc可降低。

电流互感器二次回路时间常数Ts原则上应由互感器制造部门根据稳态短路电流、一次时间常数、规定工作循环和允许暂态误差等因素优化确定。此处设定Ts的初步值为2s进行计算。

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（2） 稳态短路计算

对于发电机出口无断路器的300MW及600MW机组，可按F1点短路时通过机组的短路电流校验电流互感器的特性。F1点稳态短路电流标么值（以发电机容量为基准）

\为Isc?p.u??1/Xd其中XT为升压变短路阻抗标么值（以变压器容量为基准），?KG/TXT，

??KG/T为发电机容量与变压器容量之比。

对于发电机出口有断路器的600MW机组，应按F2或F3点短路时通过电流互感器一次的电流校验其特性。F2点短路时通过机端电流互感器的稳态短路电流标么值（以

\发电机容量为基准）为Isc?p.u??1/Xd；F3点短路通过机端电流互感器的稳态短路电流\标么值（以发电机容量为基准）为Isc?p.u??1/Xs?KG/TXT。其中Xs为系统阻抗，包括

??本厂其它机组。系统总短路容量标么值为68.16。除去本机组供给的短路容量外，其余

\\?KG/TXT?, 则Xs?1/68.16?1/?Xd?KG/TKT?。 容量为68.16?1/?Xd??求出的短路电流还要乘以Ktd归算到以电流互感器一次电流为基准的标么值。Ktd为发电机额定电流与电流互感器一次电流之比。 （3） 暂态特性计算

已知一次回路时间常数Tp和二次回路时间常数Ts，可按下式求出暂态面积系数： 对于C-t-O工作循环为：

Ktd?Tp?Ts???TpTs???etTp?e?tTs???1 …………………（2-31） ??对于C?t'?O?tfr?C?t\?O工作循环为：

??TTpsKtd???Tp?Ts?t'??t??eTp?eTs???'??tfr?t\?TT?ps??sin?t'??eTs???Tp?Ts???t\??t??eTp?eTs???\???1 …（2-32） ???（4） 暂态误差计算

对于TPY电流互感器还需要验算其暂态误差（100Ktd/2?fTs）％不超过规定值。考虑到发电机和变压器保护的复杂性和电流畸变的敏感性，对于一般工作循环C-80ms/100ms-O要求误差不超过5％，对于特殊情况，如C-280ms-O和C?t'?O?tfr

?C?t\?O循环，要求误差不超过10％。

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（5） 计算结果

按上述原始参数及计算方法，计算的结果见表2-17。

表2-17 电流互感器参数选择计算结果表 容量 以发电机Ipn为基准的短路电流倍数 稳态电流 计算 F1 F2 F3 F1 F2 F3 (s) (s) 300MW 3.45 2.35(2.04) 0.264 2 26.5 22.2 51.0 42.7 4.22 3.38 8.12 6.80 62.3(54.1) 52.2(45.3) 69.5(60.3) 58.2(50.5) 600MW 2.94 4.76 6.90 0.77 2.26 3.67 5.31 0.264 2 26.5 说明 Kct（发电机Ipn /电流互感器Ipn） 0.68(0.59) 以电流互感器Ipn为基准的短路电流倍数Kssc Tp Ts C-100ms-O C-80ms-O C-280ms-O C-100ms-O-800ms-C-100ms-0 C-100ms-O C-80ms-O C-280ms-O C-100ms-O-800ms-C-100ms-0 C-100ms-O C-80ms-O C-100ms-O C-80ms-O C-100ms-O C-80ms-O C-280ms-O C-100ms-O-800ms-C-100ms-0 － 300MW机组机端一般无断路器，故不计算F2和F3点故障 －括号内为220kV侧互感器相应数值 暂态面积 系数Ktd 计算 暂态误 差计算 % F1 － 此处为F1点故障的计算结果。对于F251.0 和F3点，Tp虽有差42.7 异，但误差很小，故4.22 计算结果也能适用。 22.2 3.38 8.12 6.80 59.9 50.2 97.3 81.3 140.7 117.9 66.9 56.0 Kssc Ktd F2 F3 o.58×Kssc Ktd F1 － 括号内数值为220kV侧互感器相应值 － 在开关失灵和重合闸时应按单相考虑，低压的Kssc仅为高压的0.58 7.5 建议的电流互感器参数

根据上述计算结果，F1故障考虑两种工作循环：C-100ms-O及 C-100ms-O- 800ms-C-100ms-O。F3故障仅考虑C-100ms-O循环。要求暂态误差小于10％。两种工作循环下的Kssc取不同值。实际上双循环决定了Ktd值，单循环决定了KsscKtd值。但断路器失灵是极少发生的故障，可以不作为选择电流互感器参数的条件。据此，推荐的电流互感器参数见表2-18。表中Ktd及Ts为参考值，该值应由制造部门设计优化确定。

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