电流互感器选择和应用原则

1,额定一次电压和电流

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，绝缘水平应满足有关标准。

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）及动稳定电流（Idyn）。

同时，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。

额定一次电流（Ipn）的标准值为：10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、75以及它们的十进位倍数或小数。

2额定二次电流和负荷

2.1 额定二次电流

电流互感器额定二次电流（Isn）有1A和5A两类。对于新建发电厂和变电所，各级电压的电流互感器额定二次电流宜统一选用1A，以减轻电流互感器二次负荷，二次电缆截面可减小，节约投资。如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。

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。但同一电压等级的电流互感器的额定二次电流一般采用相同电流值。

2.2 二次负荷

    电流互感器的二次负荷可用阻抗Zb (Ω)或容量Sb (VA)表示。二者之间的关系为

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。

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。

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（如采用倒立式结构）。

电流互感器的二次负荷额定值（Sbn，以VA表示）可根据需要选用2.5、5、7.5、10、15、20、30、40VA。在某些特殊情况，也可选用更大的额定值。

3  电流互感器技术性能简介

电流互感器作为测量仪表、计量装置和继电保护的电流源，按其基本功能分为测量级和保护级，它们在电网中的工作状态见下表3-1。 

图3-1 电网中电流互感器的工作状态

  表3-1 电流互感器的工作状态

4 保护用电流互感器

4.1 保护用电流互感器的分类

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类保护用电流互感器  protection current transformer class P

准确限值规定为稳态对称一次电流下的复合误差（εc）的电流互感器，对剩磁无限制。     

PR类保护用电流互感器  protection current transformer class PR

剩磁系数有规定限值的电流互感器。某些情况下，也可规定二次回路时间常数值和/或二次绕组电阻的限值。

PX类保护用电流互感器   protection current transformer class PX

一种低漏磁的电流互感器，当已知互感器二次励磁特性、二次绕组电阻、二次负荷电阻和匝数比时，就足以确定其与所接保护系统有关的性能。

1) 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。

2) 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4-1所列限值。

表4-1 P类及PR类电流互感器误差限值

3) PR类电流互感器剩磁系数应小于10％，有些情况下应规定二次时间常数Ts值以限制复合误差。

4) 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。

5) 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 、30、40。

（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  protection current transformer class TP  

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。

4.2  保护用电流互感器的类型选择

（1）330kV～1000kV系统保护、高压侧为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，所选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。

（2）220kV系统保护、高压侧为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，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影响适当留有裕度。一般选用P类、PR类和PX类电流互感器。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 应根据应用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。

（3）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。

（4）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。

（5）非直接接地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。

（6）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”。

南瑞继保公司景敏慧等在2007年第21期“电力自动化”杂志上发表“P类电流互感器饱和原因分析及对策”，针对2006年以来电网实际发生的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，为此建议将DL/T866-2004  6.2.2.3条规定改为“推荐使用PR类电流互感器”。

目前国内许多电流互感器制造厂家已有生产带气隙TPY电流互感器的经验，因此生产PR类电流互感器技术上是可行的，景敏慧等同志的上述建议是合理、可行的，有利于保证电网安全稳定运行，防止由于电流互感器剩磁产生饱和造成保护误动，提高保护正确动作率。为此，推荐在新建和扩建的发电厂、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  计量及测量用电流互感器的类型

根椐DL/T5202-2004电能量计量系统设计技术规程及DL/T5137-2001电测量及电能计量装置设计技术规程的规定。 计量及测量用电流互感器分别选用0.2s,0.5s,0.2,0.5,1级。

6  多变比电流互感器参数的选择

 多变比电流互感器：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（图6-1）

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。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6-1 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6-2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。

图6-2 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。表6-1和图6-3示例了用一台电流互感器获得多电流比的情况。

   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6-1。

表6-1 多电流比的电流互感器

图6-3一次绕组串并联和二次绕组抽头方式同时采用

（4） 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）。

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：

 例：在二分之一处抽头，则S1=，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）。

7  带S级的测量用电流互感器

    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。

    从“带S级与普通计量级的电流互感器的误差限值”(见表7-1和图7-1)中可见：