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 -/

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。

ˆ）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。

ˆ）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

ˆac）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。

-/

'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。

ˆ）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。

ˆ）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

ˆac）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

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（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-/

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

ˆdcaiˆacb2iˆaciˆdccib a c t ˆcTPX,TPY:iˆiˆ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-/

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

-/

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 -/

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

-/

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

-/

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）。

-/

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

-/

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

-/

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：

-/

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

-/

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。

-/

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。

-/

（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

-/

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 -/

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

-/

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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表2-18 建议的电流互感器参数表

容量（MW） 发电机端有无断路器 电流互感器变比 校验故障点 稳态短路电流倍数Kssc 一次时间常数Tp(ms) 工作 循环① 工作 循环② 二次时间常数Ts（s） 暂态面积系数Ktd① ② 暂态误差％ 暂态总倍数① 暂态总倍数0.58Kssc Ktd② 短时热电流Ith（kA） 二次额定负荷（VA） 二次绕组电阻Rct(Ω)

300 无 15000/5 F1 2.35 264 无 25000/5 F1 2.26 264 600 有 25000/5 F1 2.26 264 C-100ms-O F3 5.31 258 － >2 26.5 － <10 140.7 － 250 50 (10) C-100ms-O-800ms-C-100ms-O >2 26.5 42.7 <10 62.3 58.2 150 50 (10) >2 26.5 42.7 <10 59.9 56.0 250 50 (10) >2 26.5 42.7 <10 59.9 56.0 由制造厂确定 表 2-19 发电机参数

生产厂家 东方电机厂 上海电机厂 哈尔滨电机厂 北京重型电机厂 东方电机厂 上海电机厂 哈尔滨电机厂 额定 功率 MW 300 300 300 330 600 600 600 额定 容量 MVA 353 353 353 388.2 667 667 667 功率 因数 cos  0.85 0.85 0.85 0.85 0.9 0.9 0.9 额定电压 kV 20 20 20 20 22 20 20

额定 电流 A 次暂态时间常定子电阻 电 抗 数 Xd  0.00262 0.00228 0.00219 0.00178 0.00151 0.00149 ms 备 注 10190 15.58 0.0021 10189 16 10190 15.5 11200 15.5 17495 18.26 19245 20.5 19245 21.66 267.7 220.3 245.2 231.7 237.2 259.2 277.5 -/

表 2-20 变压器参数

变压器 容 量 MVA 沈阳变压器厂 保定变压器厂 西安变压器厂 常州东芝变压器厂 重庆ABB变压器厂 沈阳变压器厂 保定变压器厂 西安变压器厂 常州东芝变压器厂 重庆ABB变压器厂 沈阳变压器厂 保定变压器厂 西安变压器厂 常州东芝变压器厂 重庆ABB变压器厂 保定变压器厂 西安变压器厂 常州东芝变压器厂 重庆ABB变压器厂 3250 3250 3250 3250 3240 3240 3240 3240 3240 720 720 720 720 720 370 370 370 370 370 额定电压 kV 242/20 242/20 242/20 242/20 242/20 阻抗电压 Uk 14 14 14 14 14 3470 3415 3419 3519 3420 1440 1260 1282 1341 1250 3410 3400 3495 3382 负载 损耗 kW 640 670 670 730 700 一次时间常数 ms 257.6 246.1 246.1 225.9 235.5 227.6 257.7 255.3 206.1 254.6 222.8 254.6 250.3 239.3 256.7 262.0 268.6 217.0 281.2 生产厂家 备 注 525/3/20 14 525/3/20 14 525/3/20 14 525/3/20 14 525/3/20 14 525/20 525/20 525/20 525/20 525/20 14 14 14 14 14 550/3/22 13.5 550/3/22 13.5 550/3/22 13.5 550/3/22 13.5 8 1000MW发电机变压器组电流互感器型式和参数选择

由于电力系统的快速发展，1000MW级的发电机组已开始广泛使用。由于机组容量增大，所用电流互感器体积和重量也相应增大，但出线套管的容积并未相应增大。因此选择满足系统性能要求，并便于安装的1000MW保护用电流互感器，就成为当前的紧迫任务。

8.1 保护用电流互感器型式和参数选择 （1） 保护用电流互感器选型原则

考虑到1000MW机组的下述特点，主保护用电流互感器应采用具备暂态性能的TPY型。

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1）对电力系统运行具有极端重要性，保护用互感器应在各种运行工况下，包括暂态条件下正确传变短路电流至二次回路，以严格保证机组保护装置正确动作。

2）具有很大的非周期分量衰减时间常数，达300ms以上，严重影响互感器传变性能。

3）按《DL/T 866-2004 电流互感器和电压互感器选择及计算导则》的规定，300MW及以上发电机组差动保护用电流互感器宜采用具备暂态特性的TPY型。

确定TPY电流互感器的主要参数是的非周期分量衰减时间常数、工作电流循环方式、和对称短路电流倍数。

（2） 1000MW机组的非周期分量衰减时间常数

短路非周期分量衰减时间常数TaL/RL/RX/2fRX/314R。 根据对已设计投产的1000MW工程的主设备参数，计算出非周期分量衰减时间常数Ta从277～326ms。考察不同非周期分量衰减时间常数Ta对暂态面积系数Ktd的影响。

暂设Ts2s，TTa：

KtdTpTsTpTsetTpetTs1 以暂态工作循环①C-100ms-O正常故障切除和②C-280ms-O断路器失灵保护考虑三相拒动为例的计算结果如表2-21。

表2-21 暂态面积系数表

非周期分量衰减时间常数Ta（s） 暂态面积 系数Ktd ①C-100ms-O ②C-280ms-O 0.285 26.8 52.7 0.29 26.9 53.0 0.30 27.0 53.8 0.31 27.1 54.5 0.34 27.5 56.4 0.35 27.6 57.0 可以看出，Ta变化，在1000MW的实际非周期分量衰减时间常数范围内对Ktd影响不大（< 5%）。因此发电机及发变组非周期分量衰减时间常数均取较大的，能基本覆盖所有机组的参数，取Ta0.35s。

（3） 各种给定工作循环的暂态面积系数

对于外部故障，为防止保护误动，要求电流互感器在整个通电时间内都能保持规定的准确性，即保持准确性时间与通电时间相同。设TpTa0.35s，Ts2s。各种（可

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能的）给定工作循环的暂态面积系数如表2-22：

表2-22 给定工作循环的暂态面积系数表

工作循环名称 正常故障切除 近区故障切除 断路器失灵保护 正常三相重合闸（断电时间0.5s） 正常单相重合闸（断电时间0.8s） 断路器失灵保护只考虑一相拒动 单相重合闸，重合于三相故障 表达式 C-100ms-O C-80ms-O C-280ms-O C-100ms-O-500ms- C-100ms-O 暂态面积系数Ktd 27.6 23.0 57.0 48.1 [C-100ms-O-800ms-C-100ms-O] /3 C-100ms+[ 180ms-O] /3 [C-100ms-O-800ms] /3+ C-100ms-O 26.1 52.0 38.6 说明：

1）故障切除时间正常取100ms，近区故障取80ms。实际上在超高压系统，切除故障的继电保护动作时间和断路器动作时间之和还可能低不少，为考虑一定冗余度，暂取100ms。近区故障的时间也能覆盖在内。

2）发电机出口绝对禁止三相重合闸，单相重合闸原则上可以允许，但重合于三相故障，可能给轴系造成严重损害。作为正常的单相重合闸，初始的单相故障电流和可能重合于故障时的单相电流，通过Y/d变压器，d侧相电流为Y侧相电流的1/3，使KsscKtd降低至其1/3，故其KsscKtd一般不超过正常故障切除的相应值。

3）断路器失灵的概率虽然很低，但还是可能的。然而断路器失灵保护动作的Ktd较正常故障切除可能增加一倍以上。如果考虑这种概率很低的故障，会大大增加互感器的体积和费用，考虑到TPY互感器通常会有一定的裕度，例如TPY互感器考虑短路电流100％偏移，这种情况发生于电压过零时故障，而通常故障发生在电压达到峰值前40º以内，电流偏移可能降低到cos90400.65以内。

综上所述，电流互感器的故障工作循环建议仅考虑正常故障切除，即C-100ms-O，这可以基本覆盖除断路器失灵之外的各种工作循环。至于断路器失灵建议不考虑。 （4） 电流互感器额定一次电流

950～1000MW额定一次电流约为22581～23950A。电流互感器额定一次电流考

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虑满足发电机最大连续出力要求，取：

Ipn1.2Ip，Ipn1.2（22581～23950）＝27097～28740A。

电流互感器额定一次电流取Ipn30000A。 （5） 对称故障电流倍数Kssc的确定

发电机和变压器的保护配置及用于校验的外部故障如图2-38所示。

F3 F2 F1 保护3 保护2 保护1

图2-38 发电机和变压器保护配置及用于校验外部故障图

对于发电机和变压器之间有断路器情况，对保护1需要校验故障点F1保护不应误动，对保护2需要校验故障点F2保护不应误动，对保护3需要校验故障点F3保护不应误动。当发电机与变压器之间无断路器情况，仅须校验F1故障。

1）发电机变压器组外部故障F1

发电机阻抗XG＝0.17～0.214，变压器阻抗XT＝0.18～0.20，取较小值可得最大短路电流。以邹县为例：

IkIn/0.170.182.857In2.9In Kssc2.923949/300002.3。

2）发电机出口故障F2

发电机阻抗XG＝0.17~0.214，取较小值：

IkIn/0.175.88In5.9In Kssc5.923949/300004.7。

（6） 总的暂态倍数KsscKtd的确定

Ktd按正常故障切除，Ktd27.6；

发变组外部故障Kssc2.3，KsscKtd63.5；

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发电机出口故障Kssc4.7，KsscKtd130。

为了便于比较参考，现将其它工作循环下的总暂态倍数列于表2-23。表中还列入电流互感器一次电流为28000A的有关数据。此时，发变组外部故障的Kssc2.5，发电机出口故障的Kssc5.0。

表2-23 各种工作循环的总暂态面积系数表

故障类型及Kssc 暂态工作循环 正常故障切除 近区故障切除 断路器失灵保护考虑三相拒动 正常三相重合闸 正常单相重合闸 断路器失灵保护只考虑一相拒动 单相重合闸重合于三相故障 发变组外部故障F1 发电机出口故障F2 Kssc =2.3 63.5 52.9 131 111 60.0 120 88.8 Kssc =2.5 69.0 57.5 143 120 65.3 130 96.5 Kssc =4.7 130 108 268 245 Kssc =5.0 138 115 285 260 （7） 保护用电流互感器参数选择结果

1）电流互感器额定电流取30000A。

2）发电机、主变和发变组短路电流非周期分量衰减时间常数，在1000MW的参数范围内对结果影响不显著，取能基本覆盖所有机组的参数Tp0.35s。

3）工作循环取正常故障切除，C-100ms-O，Ktd27.6。不考虑断路器失灵故障。 4）对称故障电流倍数Kssc及电流互感器暂态总倍数KKsscKtd：

发变组外部故障Kssc2.3，KsscKtd63.5； 发电机出口故障Kssc4.7，KsscKtd130。

8.2 建议的电流互感器配置方案 8.2.1 方案1

发电机中性点侧和出线侧每相配置4组电流互感器，变比30000/5，其中两组为TPY，供给主保护。中性点侧另两组中一组为5P30，供给故障录波器及其它保护，一组为0.2级，供给测量仪表。出线侧另外两组分别为0.2级及0.2S级，0.2S级供给计量仪表，0.2级供给励磁调节器及测量仪表。详见图2-39。

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～ CT4 0.2S测量CT5 0.2S励磁 CT3 5P30故录 CT2 TPY保护 CT1 TPY保护 CT6 0.2S计量 CT7 TPY保护 CT8 TPY保护

图2-39 发电机中性点侧和出线侧每相配置4组电流互感器

8.2.2 方案2

若某些厂家发电机套管尺寸小，每相套管安装4个电流互感器有困难，可考虑每相套管安装3个电流互感器，另外在发电机出线侧封闭母线内再安装2~3组电流互感器。详见图2-40。

CT3 CT4 0.2S测量 0.2S 测量 CT2 CT2 CT5 TPY保护 TPY保护 TPY保护

CT6 CT1

TPY保护 TPY保护

图2-40 发电机套管中性点侧和出线侧每相配置3组电流互感器

～ 8.2.3 方案3

此方案是将方案1的每相两个TPY型电流互感器合并为一个两级变换的电流互感器，则每相套管只装设两个电流互感器，进一步缩短电流互感器组的总长度。两套主保护由一个电流互感器的两个二次绕组供给。由于每个一次电流互感器的25A回路很短，可靠性还是符合要求的。详见图2-41。

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～ CT2.2 0.2测量量 CT2.1 5P30故录 CT1.2 TPY保护 CT1.1 TPY保护 CT6.2 TPY保护 CT6.1 TPY保护 CT5.2 0.2励磁 CT5.1 0.2S计量

图2-41 发电机中性点侧和出线侧每相配置2组电流互感器

8.2.4 各方案发电机套管电流互感器的详细参数

各方案发电机套管电流互感器的详细参数见表2-24。

表2-24 电流互感器的详细参数表（建议值） 方案 总变比 CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT6 CT7 方案1 30000/5 30000/5 TPY,50VA —— —— 30000/5 TPY,50VA —— —— 30000/5 5P30,50VA —— —— 30000/5 0.2,50VA 30000/5 0.2,50VA —— —— 30000/5 0.2S,50VA —— —— 30000/5 TPY,50VA —— 方案2 30000/5 30000/5 TPY,50VA —— —— 30000/5 TPY,50VA —— —— 30000/5 0.2S 50VA —— —— 30000/5 0.2S 50VA 30000/5 TPY,50VA —— —— 30000/5 TPY,50VA —— —— 方案4 30000/1 30000/25 TPY,50VA 25/1,TPY,10VA 25/1,TPY,10VA 30000/25 50VA 25/1,5P30,10VA 25/1,0.2,10VA —— 30000/25 50VA 25/1,0.2S,10VA 25/1,0.2,10VA 30000/25 TPY,50VA 25/1,TPY,10VA 25/1,TPY,10VA —— —— CT1.1 CT1.2 CT2.1 CT2.2 CT3.1 CT3.2 CT5.1 CT5.2 CT6.1 CT6.2 CT7.1 -/

方案 CT8 CT7.2 方案1 —— 30000/5 TPY,50VA 方案2 25/5,0.2,50VA —— 方案4 —— ——

9 大型发电机组高压厂用电源保护用电流互感器的选择

300MW～1000MW机组一般装设1～2台分裂绕组高厂变，或1台分裂绕组变压器，1台双卷变压器。高厂变高压侧电压为18kV～27kV；低压侧电压有10kV或6kV一级电压，也有10kV、3kV；10kV、6kV二级电压（如1000MW机组的厂用电或直接空冷600MW机组厂用电）多种组合方案。高厂变阻抗根据高压厂用电允许起动电压和断路器断流容量选择，其参数也有所不同。高压起动/备用变压器（简称高备变）高压侧电压一般为220kV或500kV，其接线为双母线接线，一台半断路器接线，单母线接线等。低压部分与高厂变相同。根据机组容量的大小配置1台或2台起动/备用变压器。 9.1 部分制造厂家在工程中的高压厂用变压器和高压起动/备用变压器参数

（1） 保定天威变压器厂生产300MW～1000MW机组高压厂用工作变压器参数见表2-25。

（2） 保定天威变压器厂生产300MW～1000MW机组高压厂用备用变压器参数见表2-26。

（3） 济南西门子、衡阳特变生产300MW～1000MW机组高压厂用工作及备用变压器参数见表2-27。

（4） 下面参数表中绕组总电阻均用变压器额定分接负载损耗计算得出。 （5） 分裂绕组或三卷变压器参数均以各自低压绕组容量为基准计算得出各项参数。

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表 2-25 保定天威变压器厂生产300MW～1000MW机组高压厂用工作变压器参数 工程名称 产品型号 额定容量(MVA) 电压比(kV) 联结组别 额定分接短路阻抗% 空载损耗(kW) 四川广安 SFF-63000/20 63/35-35 22±2×2.5%/6.3-6.3 D,yn1-yn1 11.7(半穿越，基于35MVA) 35.4 新乡豫新 SFF-50000/20 50/31.5-31.5 20±2×2.5%/6.3-6.3 D,yn1-yn1 11.3(半穿越，基于31.5MVA) 32 邢台国泰 SFF-40000/20 40/25-25 20±2×2.5%/6.3-6.3 D,yn1-yn1 10.3(半穿越，基于25MVA) 24 大同二电厂 SFS-45000/20 45/36/9 20±2×2.5%/10.5/3.15 D,yn1-yn1 9(高-中)，29(高-低) 19(高-低) 基于45MVA 28.7 120.8(高-中)基于36MVA 额定分接负载损耗(kW) 207(基于半穿越) 165(基于半穿越) 147(基于半穿越) 34.7(高-低)基于9MVA 33.6(中-低)基于9MVA 绕组总电阻(Ω/ph) 绕组衰减时间常数Tat(ms) 0.0059 63.15 0.0059 63.15 0.005238 68.7 0.005238 68.7 0.00588 55.78 0.00588 55.78 0.00336 68.2 0.00386 47.8 -/

表 2-26 保定天威变压器厂生产300MW～1000MW机组高压厂用备用变压器参数 工程名称 产品型号 额定容量(MVA) 电压比(kV) 联结组别 额定分接短路阻抗% 空载损耗(kW) 武乡 SFFZ-68000/500 68/40-40/22.7 500±8×1.25%/ 10.5-10.5/10.5 ㄚN，yn0-yn0+d 10.6 四川泸州 SFFZ-63000/220 63/35-35/21 242±6 10%×1.25%/ 6.3-6.3/10.5 ㄚN，yn0-yn0+d 12.8 新乡豫新 SFFZ-50000/220 50/31.5-31.5/16.7 230±8×1.25%/ 6.3-6.3/16.1 ㄚN，yn0-yn0+d 12 邢台国泰 SFFZ-40000/220 40/25-25/13.5 230±8×1.25%/ 6.3-6.3/10.5 ㄚN，yn0-yn0+d 11.25 (半穿越,基于25MVA) 39 大同二电厂 SFSZ-45000/220 45/36/9/15 220±8×1.25%/ 10.5/3.15/10.5 ㄚN，yn0-yn0+d 9(高-中)，29(高-低) 17(中-低) 基于45MVA 42.5 120.8(高-中)36MVA 额定分接负载损耗(kW) 174(基于半穿越) 213(基于半穿越) 159(基于半穿越) 137(基于半穿越) 34.7(高-低)9MVA 33.6(中-低)9MVA 绕组总电阻(Ω/ph) 绕组衰减时间常数Tat(ms) 0.00435 77.6 0.00435 77.6 0.006 67.94 0.006 67.94 0.00504 75.8 0.00504 75.8 0.00548 65.38 0.00548 65.38 0.00336 68.2 0.00386 47.8 (半穿越，基于40MVA) (半穿越，基于35MVA) (半穿越,基于31.5MVA) 69.2 48.3 45.3 -/

表 2-27 济南西门子、衡阳特变生产300MW～1000MW机组高压厂用工作及备用变压器参数 工程名称 产品型号 额定容量(MVA) 电压比(kV) 联结组别 额定分接短路阻抗% 空载损耗(kW) 额定分接负载损耗(kW) 绕组总电阻(Ω/ph) 绕组衰减时间常数Tat(ms) 托克托四期 63/35-35 22/6.3-6.3 D,yn1-yn1 11.5(半穿越，基于35MVA) 26 149(基于半穿越) 0.00426 85.97 托克托四期 63/35-35 220/6.3-6.3 ㄚN,yn0-yn0+d11 11.5(半穿越，基于35MVA) 40 135(基于半穿越) 0.00386 岱海一期 63/35-35 20/6.3-6.3 D,yn1-yn1 9.5(半穿越，基于35MVA) 28 138(基于半穿越) 0.00394 岱海一期 63/35-35 220/6.3-6.3 ㄚN,yn0-yn0+d11 10.5(半穿越，基于35MVA) 45 123(基于半穿越) 0.00351 85.97 94.88 94.88 76.78 76.78 95.26 95.26

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9.2 电流互感器选择原则

（1） 根据《DL/T 866-2004电流互感器和电压互感器选择及计算导则》6.2.2.2条规定，300MW级及以上发电机变压器组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。由于高厂变高压侧不设断路器，高厂变视同为发电机组的一部分，因此高厂变高压侧作为主变压器差动保护的一个支路，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10%。宜选用TP类互感器。

（2） 从高厂变和起备变实际参数计算结果可以看出，厂用变压器时间常数均小于100ms，远远小于机组的一次时间常数（250ms），其电流互感器暂态饱和较轻，因此，高厂变和起备变两侧保护用电流互感器的选择可以按在区外故障时，电流互感器误差不大于10%，给定暂态系数不低于2考虑。高厂变和起备变各侧电流互感器均选用P级（包括从500kV引接的起备变在内）。

（3） 变压器差动回路电流互感器额定一次电流的选择，应尽量使两侧互感器的二次电流进入差动继电器时基本平衡。尽量避免在二次电流回路中为了调平衡增加辅助电流互感器，以及使差流调整范围在微机保护装置允许的调整范围内，避免由于电流互感器变比过大，造成二次电流过小，以致电流互感器二次断线检测困难等。

（4） 因继电保护按双主双后备配置原则，厂用变压器各侧保护用电流互感器应按配置二个保护级绕组考虑。高厂变保护与主变差动保护不宜公用电流互感器。 9.3 高压厂用工作变压器电流互感器配置方案

20kV3000/5A 5P20 30~50VA3000/5A 5P20 30~50VA3000/5A 0.5S 30~50VA5000/1A TPY 10VA5000/1A TPY 10VA63/35-35MVA20+2x2.5%/6.3-6.3kVD,yn1-yn1厂变保护I 故录厂变保护II测量主变差动I , 厂变速断I主变差动II , 厂变速断II1500/5A 5P20 30~50VA1500/5A 5P20 30~50VA1500/5A 0.5S 30~50VA5000/1A TPY 10VA5000/1A TPY 10VA31.5MVA20+2X2.5%/6.3kVD,yn1厂变保护I 故录厂变保护II测量主变差动I , 厂变速断I主变差动II , 厂变速断II电阻柜100/5A 5P10 20VA100/5A 5P10 20VA100/5A 5P10 20VA5000/5A 0.5 50VA5000/5A 5P20 50VA5000/5A 5P20 50VA5000/5A 5P20 50VA接地保护I接地保护II故录测量故录厂变保护I厂变保护II6.3kV6.3kV接地保护I接地保护II故录同左4000/5A 0.5 50VA4000/5A 5P20 50VA4000/5A 5P20 50VA4000/5A 5P20 50VA6.3kV测量故录厂变保护I厂变保护II100/5A 5P10 20VA100/5A 5P10 20VA100/5A 5P10 20VA

图2-42 高压厂用工作变压器电流互感器配置方案图

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（1） 高厂变高压侧套管内装设5组电流互感器，其中2组5P级电流互感器高厂变保护用，2组TPY级电流互感器主变差动用，1组0.5级电流互感器测量用，当套管安装困难时，其中厂变保护2组5P级电流互感器可安装在厂用分支封闭母线内。

（2） 由于高厂变高压侧5P级电流互感器变比按高厂变容量选择，为防止高厂变高压侧短路造成该5P级电流互感器过饱和，可利用TPY级大变比电流互感器兼作高厂变电流速断，按躲开低压侧短路整定，使高厂变保护更加完善。

（3） 为了减少电流互感器尺寸，高厂变分支主变差动用电流互感器应与机组套管电流互感器采用同样变比，二次侧电流为1A。

（4） 高厂变低压侧安装2组5P级电流互感器供保护用。 9.4 高压起动/备用变压器电流互感器配置方案（双母线接线）

220kV300/5A 5P20 30-50VA300/5A 5P20 30-50VA300/5A 5P20 30-50VA2X1250/5A 5P20 30-50VA2X1250/5A 5P20 30-50VA300/5A 0.5S 30-50VA0.55P5P变压器保护I变压器保护II故录母差I母差II计量备用备用备用起动/备用变压器63/35-35MVA220/6.3-6.3kV5P5P间隙零序I间隙零序II5P5P5P5P5P5P接地保护I接地保护II故录接地保护I接地保护II故录测量故录变压器保护I变压器保护II5000/5A 0.5 50VA5000/5A 5P20 50VA5000/5A 5P20 50VA5000/5A 5P20 50VA测量故录变压器保护I变压器保护II5000/5A 0.5 50VA5000/5A 5P20 50VA5000/5A 5P20 50VA5000/5A 5P20 50VA6.3kV6.3kV

图2-43 高压起动/备用变压器电流互感器配置方案（双母线接线）图

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（1） 起备变高压侧接自220kV电压等级，双母线接线方式。

（2） 为了满足各种保护的要求，电流互感器变比可采用多变比，母线保护电流互感器变比按系统容量配置，起备变保护用电流互感器变比按变压器容量选择，暂态系数按2倍考虑（低压侧短路时）。

（3） 除特殊情况外（如变压器距离配电装置1km以上需要单独装设引线保护），尽量不用变压器套管电流互感器作保护用，仅作为测量和通风起动用。

（4） 起备变低压侧安装2组5P级电流互感器供保护用。 9.5 高压起动/备用变压器电流互感器配置方案（一台半断路器接线）

500kV母线500kV升压站TPYTPYTPY0.2S0.2S5P20TPY5P205P205P205P20GS201GS101GS202GS2035P200.2S0.2S0.2SGS102GS204-TA01-TA07-TA06-TA05-TA06-TA07-TA05-TA02-TA03-TA04短引线差动短引线差动-TA08-TA04-TA030.5200/1A 5P20 10VA200/1A 5P20 10VA 5P20 10VA 5P20 10VA变压器差动,后备变压器差动,后备短引线差动短引线差动起动/备用变压器68/40-40MVA500/10.5-10.5kV5P5P间隙零序I间隙零序II5P5P5P接地保护I接地保护II故录测量故录变压器保护I变压器保护II3000/5A 0.5 50VA3000/5A 5P20 50VA3000/5A 5P20 50VA3000/5A 5P20 50VA测量故录变压器保护I变压器保护II3000/5A 0.5 50VA3000/5A 5P20 50VA3000/5A 5P20 50VA3000/5A 5P20 50VA10.5kV10.5kV短引线差动短引线差动-TA02-TA01GS301GS302GS303GS304图2-44 高压起动/备用变压器电流互感器配置方案（一台半断路器接线）

（1） 500kV采用一台半断路器接线方案，起备变接入的串内有穿越电流，电流互感器变比不应按变压器容量选择，而要按系统容量选择。当高压起动/备用变压器容量较小时，采用大变比电流互感器会导致起备变差动保护两侧电流相差倍数过大，无法调节平衡，正常运行时保护装置采集电流过小还会引起误差电流增大和保护定值提高。

5P5P5P接地保护I接地保护II故录 -/

（2） 为解决保护两侧变比不匹配的问题，起备变保护可分为两个部分，变压器差动保护范围从变压器高压套管电流互感器到变压器低压侧电流互感器，电流互感器采用5P级，变比按变压器容量选择，暂态系数为2。

（3） 单独装设短引线差动保护，与变压器保护实现交叉，保护范围从变压器高压侧套管电流互感器至一台半断路器串内电流互感器。变压器套管电流互感器变比与串内电流互感器相同，特性一致。 9.6 厂用系统电流互感器推荐参数 9.6.1 高压厂用变压器

表2-28 高压厂用工作变压器电流互感器参数

额定容量(MVA) 电压比(kV) 额定分接 短路阻抗% 63/35-35 20/6.3-6.3 9.5(半穿越，基于35MVA) 50/31.5-31.5 20/6.3-6.3 11.3(半穿越，基于31.5MVA) 31.5 20/6.3 45/36/9 20±/10.5/3.15 9(高-中)， 29(中-低) 19(高-低) 基于45MVA 10.5 低压侧短路10.64（20kV侧） 时的各侧短33.76（6kV侧） 路电流（kA） 8.05（20kV侧） 22.55（6kV侧） 14.43（20kV侧） 8.66（20kV侧） 27.5（10.5kV侧） 27.49（6kV侧） 43.4（3.15kV侧） 2000/5（20kV侧） 3000/5（20kV侧） 2000/5（20kV侧） 1500/5（20kV侧） 3000/5（10.5kV侧） 5000/5（6kV侧） 4000/5（6kV侧） 4000/5（6kV侧） 3000/5（3.15kV侧） 电流互感器 变比 2000/1（20kV侧） 3000/1（20kV侧） 2000/1（20kV侧） 1500/1（20kV侧） 3000/1（10.5kV侧） 5000/1（6kV侧） 4000/1（6kV侧） 4000/1（6kV侧） 3000/1（3.15kV侧） 计算Kssc 3.55（20kV侧） 6.75（6kV侧） 7.1（20kV侧） 13.5（6kV侧） 5P20 50VA 5P20 10VA 满足暂态系数不小于2的要求 4（20kV侧） 5.64（6kV侧） 8（20kV侧） 11.28（6kV侧） 5P20 50VA 5P20 10VA 满足暂态系数不小于2的要求 5.77（20kV侧） 6.87（6kV侧） 11.54（20kV侧） 13.74（6kV侧） 5P20 50VA 5P20 10VA 满足暂态系数不小于2的要求 7.2（20kV侧） 9（10.5kV侧） 14.47（3.15kV侧） 14.4（20kV侧） 18（10.5kV侧） 28.94（3.15kV侧） 5P20 50VA 5P20 10VA 满足暂态系数不小于2的要求 需要Kalf 电流互感器准确等级 结 论

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9.6.2 高压起动/备用变压器

表2-29 高压起动/备用变压器电流互感器参数

额定容量(MVA) 电压比(kV) 68/40-40 500/10.5-10.5 10.6 (半穿越，基于40MVA) 63/35-35 220/6.3-6.3 11.5 (半穿越，基于35MVA) 50/31.5-31.5 230/6.3-6.3 12 (半穿越,基于31.5MVA) 45/36/9 220/10.5/3.15 9(高-中)， 29(高-低) 17(中-低) 基于45MVA 额定分接短路阻抗% 1.3（220kV侧） 低压侧短路0.436（500kV侧） 0.799（220kV侧） 0.659（230kV侧） 27.5（10.5kV侧） 时各侧短路20.75（10.5kV侧） 27.89（6kV侧） 24.06（6kV侧） 电流（kA） 28.44（3.15kV侧） 200/1（500kV侧） 300/5（220kV侧） 300/5（220kV侧） 3000/5（10.5kV侧） 5000/5（6kV侧） 4000/5（6kV侧） 电流互感器 变比 200/1（500kV侧） 300/1（220kV侧） 300/1（220kV侧） 3000/1（10.5kV侧） 5000/1（6kV侧） 4000/1（6kV侧） 2000/5（20kV侧） 3000/5（10.5kV侧） 3000/5（3.15kV侧） 2000/1（20kV侧） 3000/1（10.5kV侧） 3000/1（3.15kV侧） 7.2（20kV侧） 9（10.5kV侧） 14.47（3.15kV侧） 14.4（20kV侧） 18（10.5kV侧） 28.94（3.15kV侧） 5P20 50VA 计算Kssc 2.2（500kV侧） 6.92（10.5kV侧） 2.7（220kV侧） 2.2（220kV侧） 5.58（6kV侧） 6（6kV侧） 需要Kalf 4.4（20kV侧） 5.4（20kV侧） 4.4（220kV侧） 12（6kV侧） 13.8（10.5kV侧） 11.16（6kV侧） 5P20 10 VA(500kV) 5P20 50VA (10kV) 5P20 10 VA(500kV) 5P20 10VA (10kV) 满足暂态系数不小于2的要求 电流 互感器 准确等级 5P20 50VA 5P20 50VA 5P20 10VA 满足暂态系数不小于2的要求 5P20 10VA 5P20 10VA 结 论 满足暂态系数不满足暂态系数不小小于2的要求 于2的要求 -/

9.6.3 高压厂用系统馈线

表2-30 高压厂用系统馈线电流互感器参数

负荷类型 及容量 3000kVA变压器或相当的其他负荷 电压等级 互感器变比 250/5A （250/1A） 500/5A （500/1A） 200/5A （200/1A） 400/5A （400/1A） 200/5A （200/1A） 400/5A （400/1A） 150/5A （150/1A） 300/5A （300/1A） 150/5A （150/1A） 300/5A （300/1A） 100/5A （100/1A） 200/5A （200/1A） 100/5A （100/1A） 200/5A （200/1A） 50/5A （50/1A） 100/5A （100/1A） 50/5A （50/1A） 100/5A （100/1A） 互感器 准确等级 0.5 10P20 0.5 10P20 0.5 10P20 0.5 10P20 0.5 10P20 0.5 10P20 0.5 10P20 0.5 10P20 0.5 10P20 建议二次负荷(VA) 15 （5） 15 （5） 15 （5） 15 （5） 15 （5） 15 （5） 15 （5） 15 （5） 15 （5） 15 （5） 15 （5） 15 （5） 15 （5） 15 （5） 15 （5） 15 （5） 15 （5） 15 （5） 10kV 10kV 2500～2000kVA变压器或相当的其他负荷 6kV 10kV 1600~1250 kVA变压器或相当的其他负荷 6kV 10kV 800~500kVA 变压器或相当的其他负荷 6kV 10kV 315 kVA变压器或相当的其他负荷 6kV 说明：

（1） 高压厂用电系统采用真空断路器作为操作电器时，对小容量的低压厂用变压器高压

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侧电流互感器参数，若按变压器额定电流选择，常规电流互感器动热稳定常常难以满足要求，如不满足制造厂提供的动热稳定倍数要求，可考虑适当放大电流互感器变比或选择具有高动热稳定倍数的电流互感器。

（2） 对于F-C 回路，由于高压熔断器在短路故障时具有限流功能，电流互感器的动热稳定倍数容易满足要求。

9.6.4 低压厂用变压器

表2-31 低压厂用变压器电流互感器参数 负荷类型及容量 互感器变比 5000/5A （5000/1A） 5000/5A （5000/1A） 4000/5A （4000/1A） 4000/5A （4000/1A） 3000/5A （3000/1A） 2000/5A （2000/1A） 2000/5A （2000/1A） 1500/5A （1500/1A） 1000/5A （1000/1A） 1000/5A （1000/1A） 600/5A （600/1A） 1500/5A （1500/1A） 1500/5A （1500/1A） 1000/5A （1000/1A） 750/5A （750/1A） 750/5A （750/1A） 500/5A （500/1A） 互感器 二次负荷准确等级 (VA) 0.5 10P20 0.5 10P20 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 10P15 10P15 10P15 10P15 10P15 10P15 20（5） 备注 用于智能测控单元 2500kVA变压器低压侧进线 30（10） 用于变压器差动 20（5） 用于智能测控单元 2000kVA变压器低压侧进线 30（10） 用于变压器差动 20（5） 20（5） 20（5） 20（5） 20（5） 20（5） 20（5） 20（5） 20（5） 20（5） 20（5） 20（5） 20（5） 用于智能测控单元 用于智能测控单元 用于智能测控单元 用于智能测控单元 用于智能测控单元 用于智能测控单元 用于智能测控单元 用于直接接地系统 用于直接接地系统 用于直接接地系统 用于直接接地系统 用于直接接地系统 用于直接接地系统 1600kVA变压器低压侧进线 1250kVA变压器低压侧进线 1000kVA变压器低压侧进线 800kVA变压器低压侧进线 630kVA变压器低压侧进线 500kVA变压器低压侧进线 315kVA变压器低压侧进线 2500kVA变压器低压中性点 2000kVA变压器低压中性点 1600kVA变压器低压中性点 1250kVA变压器低压中性点 1000kVA变压器低压中性点 800kVA变压器低压中性点 -/

负荷类型及容量 630kVA变压器低压中性点 500kVA变压器低压中性点 315kVA变压器低压中性点

互感器变比 500/5A （500/1A） 300/5A （300/1A） 200/5A （200/1A） 互感器 二次负荷准确等级 (VA) 10P15 10P15 10P15 20（5） 20（5） 20（5） 备注 用于直接接地系统 用于直接接地系统 用于直接接地系统 10 测量用电流互感器

10.1 类型选择

测量用电流互感器有一般用途和特殊用途（S类）两类。

工程应用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的类型。要求在工作电流变化范围较大情况下作准确计量时可选用S类电流互感器。为保证二次电流在合适的范围内，可采用复变比或二次绕组带抽头的电流互感器。

电能计量用仪表与一般测量仪表在满足准确级条件下，可共用一个二次绕组。 10.2 额定参数选择

测量用电流互感器的额定参数选择应考虑以下情况：

（1） 测量用电流互感器的二次负荷不应超出规定的保证准确级的负荷范围。 （2） 测量用的电流互感器的额定一次电流应接近但不低于一次回路正常最大负荷电流。对于某些指示仪表，为使仪表在正常运行时指示在刻度标尺的四分之三左右，并且过负荷运行时能有适当指示，可选用Ipn1.25Ib，其中Ib为一次设备的额定电流或线路最大负荷电流。对于直接起动电动机的测量仪表用的电流互感器可选用Ipn15Ib。

（3） 测量用电流互感器必要时可选用二次绕组带抽头的电流互感器或复合变比互感器，以适应系统的发展变化或测量仪表与继电保护的不同要求。

（4） 为在故障时一次回路短时通过大短路电流不致损坏测量仪表，测量用电流互感器可选用具有仪表保安限值的互感器，仪表保安系数（FS）宜选择10，必要时也可选择5。对于电子式仪表，可不考虑保安系数的要求。

（5） 必要时可采用具有电流扩大值特性的电流互感器，其连续热电流可选用额定一次电流的120％，特殊情况可选用150％或200％。

注：对于0.1～1级电流互感器，可以规定电流的扩大值。此时要求：

1） 额定连续热电流应是额定扩大一次电流值（表示为额定一次电流的百分数），

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2） 额定扩大一次电流下的电流误差和相位差应不超过120％额定一次电流下所规定的限

值。

10.3 准确级选择

（1） 测量用电流互感器的准确级，以该准确级在额定电流下所规定的最大允许电流误差的百分数来标称。标准的准确级为0.1、0.2、0.5、1、3和5级；供特殊用途的为0.2S及0.5S级。

（2） 对于0.1、0.2、0.5级和1级测量用电流互感器，在二次负荷欧姆值为额定负荷值的25％～100％之间的任一值时，其额定频率下的电流误差和相位误差不超过表2-32所列限值。

表2-32 测量用电流互感器误差限值（一）

准 确 级 5 电流误差（±％） 在下列额定电流（％）时 20 100 120 5 相位差，在下列额定电流时（％） ±min 20 100 120 5 ±crad 20 100 120 0.1 0.4 0.2 0.1 0.2 0.75 0.35 0.2 0.5 1.5 0.75 0.5 1 3.0 1.5 1.0 0.1 0.2 0.5 1.0 15 30 90 180 8 15 45 90 5 10 30 60 5 10 30 60 0.45 0.9 2.7 5.4 0.24 0.45 1.35 2.7 0.15 0.3 0.9 1.8 0.15 0.3 0.9 1.8 （3） 对于0.2S和0.5S级测量用电流互感器，在二次负荷欧姆值为额定负荷值的25％～100％之间任一值时，其额定频率下的电流误差和相位误差不应超过表2-33所列限值。

表2-33 特殊用途电流互感器的误差限值（二）

准确级 电流误差（±％） 在下列额定电流（％）时 1 5 20 100 120 1 5 相位差，在下列额定电流时（％） ±min 20 100 120 1 5 ±crad 20 100 120 0.2S 0.75 0.35 0.2 0.2 0.2 30 15 10 0.5S 1.5 0.75 0.5 0.5 0.5 90 45 30 10 30 10 30 0.9 0.45 0.3 0.3 2.7 1.35 0.9 0.9 0.3 0.9 （4） 对于3级和5级，在二次负荷欧姆值为额定负荷值的50％～100％之间任一值时，其额定频率下的电流误差和相位误差不应超过表2-34所列限值。

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表2-34 测量用电流互感器误差限值（三）

准确级 3 5 注：3级和5级的相位差不予规定 电流误差（±％）,在下列额定电流（％）时 50 3 5 120 3 5 10.4 与测量仪表配套的电流互感器准确级选择

测量用电流互感器在实际二次负荷下的准确等级应与配套使用的测量仪表的准确等级相适应。测量仪表包括：指示仪表，如电流、功率等电气量测量仪表；积分仪表，如电能计量仪表（含计费用计量仪表）；其他类似电器。不同用途测量仪表要求的准确等级不同，对配套的互感器的准确级也要求不同。表2-35为直接接于互感器的测量仪表要求的电流互感器准确等级。

电能计量用的电流互感器，工作电流宜在其额定电流的三分之二以上。对于工作电流变化范围较大的计费用电能计量仪表应采用S类电流互感器。

当一个电流互感器的回路接有几种不同型式的仪表时，应按准确级最高的仪表进行选择。

表2-35 仪表与配套的电流互感器准确等级

指示仪表 仪表 准确级 0.5 1.0 1.5 2.5 互感器 准确级 0.5 0.5 1.0 1.0

辅助互感器 准确级 0.2 0.2 0.2 0.5 有功电能表 0.2 0.5 1.0 2.0 流互感器 计量仪表 仪表准确等级 无功电能表* 1.0 2.0 2.0 3.0 互感器准确等级 0.1 0.2或0.2S 0.5或0.5S 0.5或0.5S *无功电能表一般与同回路的有功电能表采用同一等级的电10.5 小变比套管式电流互感器的准确级选择

SF6绝缘电器（GIS）、落地罐式断路器及变压器套管式电流互感器由于结构上的特点（一次绕组只有一匝），当额定电流在300A以下时，不易满足较高准确级（如0.2, 0.5, 0.2S, 0.5S ）的要求，选择准确级时可与制造厂协商确定。 10.6 二次负荷选择

（1） 为保证测量用电流互感器的准确级，其实际连接二次负荷值（Zb或Sb）不应超出表2-36规定的范围。

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（2） 测量用电流互感器二次负荷不宜过小，以便一次短路电流超过Ipal时，使二次感应电动势计算值等于或超过额定二次极限电动势，能导致电流互感器饱和，以保证仪表安全。

表2-36 测量用电流互感器二次负荷范围

仪表准确等级 0.1、0.2、0.5、1 0.2S、0.5S 3、5 二次负荷范围 25%~100%额定负荷 25%~100%额定负荷 50%~100%额定负荷 10.7 二次负荷计算方法

（1） 一般工程验算可忽略负荷阻抗之间的相位差，二次负荷Zb可按下式计算：

ZbKmcZmKlcRc

式中： Zm－仪表电流线圈的阻抗（Ω）；

Zl－连接导线单程的阻抗（Ω），一般可忽略电抗，仅计及电阻； Rc－接触电阻（Ω），一般为0.05Ω～0.1Ω； Kmc－仪表接线的阻抗换算系数； Klc－连接线的阻抗换算系数。

（2） 测量用电流互感器各种接线方式的阻抗换算系数见表2-37。

表2-37 测量用电流互感器各种接线方式的阻抗换算系数

阻抗换算系数 电流互感器接线方式 Klc 单 相 三 相 星 形 Zm0＝Zm 两相星形 Zm0＝0 两 相 差 接 三 角 形 2 1 Kmc 1 1 Zm0为零线回路中的负荷电阻 备注 3 3 23 3 3 1 3 3 -/

（3） 测量及计量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2-38列出一些典型仪表的功耗供使用参考。

表2-38 常用测量仪表电流回路功耗参考值

负 荷 值仪 表 类 型 （VA） 电 流 表 有 功 功 率 表 功 率 表 无 功 功 率 表 机电式仪表 电 能 表 无 功 电 能 表 经 互 感 器 接 通 式 电 子 式 仪 表 2.5 0.2～1 有 功 电 能 表 0.5 级 1.0 级 2.0 级 直 通 式 0.5～1 6 4 2.5 5 ～0.7 0.5～1

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第二章 电压互感器

1 电压互感器概述

电压互感器（Voltage transformer）是将一次回路的高电压成正比的变换为二次低电压以供给测量仪表、继电保护及其它类似电器。

电压互感器的用途是实现被测电压值的变换，与普通变压器不同的是其输出容量很小。一般不超过数十伏安或数百伏安，供给电子仪器或数字保护的互感器，输出功率可能低到毫瓦级。一组电压互感器通常有多个二次绕组，供给不同用途。如保护、测量、计量等，绕组数量需要根据不同用途和规范要求选择。

电压互感器的一次绕组通常并联于被测量的一次电路中，二次绕组通过导线或电缆并接仪表及继电保护等二次设备。电压互感器二次电压在正常运行及规定的故障条件下，应与一次电压成正比，其比值和相位误差不超过规定值。电压互感器的额定一次电压和额定二次电压是作为互感器性能基准的一次电压和二次电压。

电压互感器按其用途和性能特点可分为两大类：一类是测量用互感器，主要在电力系统正常运行时，将相应电路的电压变换供给测量仪表、积分仪表和其它类似电器，用于运行状态监视、记录和电能计量等用途。另一类是保护用互感器，主要在电力系统非正常运行和故障状态下，将相应电路的电压变换供给继电保护装置和其它类似电器，以便起动有关设备清除故障，也可实现故障监视和故障记录等。

测量用和保护用两类电压互感器的工作范围和性能不同，宜分别接入电压互感器不同的二次绕组。若测量和保护需共用电压互感器一个二次绕组时，该绕组应同时满足测量和保护的性能要求。

电压互感器的一次绕组直接并接于高电压回路，属于高压电器，其绝缘性能和结构是互感器设计和应用需要考虑的重要问题。

2 电压互感器的类型

电压互感器按构成原理可分为电磁式和电容式两类。 2.1 电磁式电压互感器

电磁式电压互感器的原理与一般变压器类似，其等值电路参见图3-1。

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IpX1R1IsX2R2UpUp/KnEpZcEsUsZbN1N2电压互感器外接负荷

2.2 电容式电压互感器

图3-1 电磁式电压互感器等值电路图

电容式电压互感器由C1和C2构成的电容分压器及电磁单元组成。电磁单元由中压变压器和电抗器组成。其接地回路通常还接有电力线载波耦合装置，对于工频载波装置阻抗很小，但对于载波则呈现较高的阻抗。电容式电压互感器接线见图3-2，其等值电路参见图3-3。

C1LTC2至载波耦合设备

图3-2 电容式电压互感器接线图 C1+C2LZ1Z2C1U'=UpC1+C2ZeU2Zb

图3-3 电容式电压互感器的等值电路图

3 高压电压互感器

“高压”电压互感器指额定电压为60、110、220、330、500、750、1000kV的产品。

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3.1 电磁式电压互感器

电磁式电压互感器原理：一次、二次线圈经铁芯电磁感应，将高电压变换成标准低电压（100；100/3；100/3V），供计量及保护用。

电磁式电压互感器的准确度不受外界因素（环境及运行温度、电源频率、环境污染）的影响；一次与二次变换是瞬间发生的，无暂态响应问题（因电磁式电压互感器是电抗元件，不是储能元件）；但存在铁磁谐振问题（电压互感器的入端阻抗可能会因电网过电压使其与电网容抗相等）问题。

在电网的所有元件中，入端阻抗为容抗（XC）的有：输电线对地；耦合电容；少油断路器断口的并联电容及电容式电压互感器。入端阻抗为电抗（感抗XL）的有：电磁式电压互感器、变压器及电抗器。当电网正常操作（断路器投切）出现的操作过电压或大气过电压时，电网会因容抗与感抗相等会在某些元件中产生铁磁谐振而烧毁。分析电网中呈现感抗的元件可见：变压器和电抗器在工作电压及过电压时其产品处于铁芯饱和状态，产品的入端阻抗值在出现过电压过程中是基本不变的，因此它不可能与电网中的容抗相等。而电磁式电压互感器的工作磁密在拐点以下，当电网出现过电压过程中，电磁式电压互感器的入端阻抗随之变化，可能会与电网的容抗值相等发生铁磁谐振烧毁电磁式电压互感器。因此电磁式电压互感器必须解决或避免铁磁谐振问题，才能安全运行。 3.2 电容式电压互感器

高压电容式电压互感器按电容分压器与电磁单元组合方式，分为分装式和叠装式。 电容式电压互感器是由电容分压器和电磁单元（中间变压器、电抗器、阻尼器等）构成。由一节或多节耦合电容器组成的电容分压器的高电压中抽取一个中间电压（通常为10～20kV）送入电磁单元，经电磁变换将中间电压降到多个标准低电压，供计量和继电保护用。

设计基本原理：电容分压器的电抗与电磁单元的电抗处于（或接近）串联谐振的状态。其目的是：

（1）互感器的内阻最小，补偿了电容分压器的容性阻抗，互感器的误差（即二次输出电压）随负载的变化也小，得到更高的准确度。

（2）可借助于补偿电抗器绕组和中间变压器一次绕组上的若干调节抽头，方便地调整电压误差和相位差，以达到规定的准确度。

（3）二次输出的容量最大。

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产品元件的功能：电容分压器承受高压并从电网抽取一个较低电压；中间变压器经电磁变换成多个标准低电压；补偿电抗器是补偿电容分压器的容性阻抗，以尽量减小二次电压随负载的变化；阻尼器对电磁单元一次回路的铁磁谐振 起阻尼作用。 3.3 电磁式电压互感器和电容式电压互感器的比较

表3-1 电磁式电压互感器和电容式电压互感器的比较

性 能 SF6绝缘 电磁式电压 互感器 (呈容性) 电 压 互 感 器 的 型 式 SF6绝缘 电磁式电压 互感器 (呈感性) 油浸绝缘 电磁式电压 互感器 (呈感性) 油、纸 良好 有；可能回升 无 有 无 无 瞬时反应 无“滞留电荷”问题 油浸绝缘 电容式电压互感器 (呈容性) 油、纸、膜 良好 有；可能回升 有 无 有 有 不能瞬时反应 “滞留电荷”影响误差 有 呈感性 可能 不符合 呈容性 不可能 不符合 难,对叠装式CVT难对各部件进行单独绝缘试验 运行中需定期 绝缘监测及维护 运行中需定期 绝缘监测及维护 主绝缘介质 绝缘性能稳定性 产品的tgδ 产品本身有高频谐振的可能性 具有在线监测功能 环境及运行温度对误差的影响 电网频率对误差的影响 一次、二次电压变换的瞬时响应 故障后“滞留电荷”影响误差 环境污秽状态对误差的影响 产品呈容性或感性 与电网发生铁磁谐振的可能性 不变电所要求无油化产品 现场监测产品绝缘性能试验 的难易程度 运行安全、可靠及运行维护 SF6气体 优良 无 无 呈容性 不可能 符合 呈感性 可能 符合 易 运行安全可靠、少运行维护 4 电压互感器参数选择

4.1 一次电压选择

（1） 额定一次电压（Upn）

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电压互感器的额定一次电压应由所在系统的标称电压确定。 （2） 额定电压因数（Ku）

电压互感器的额定电压因数Ku应根据系统最高运行电压决定，而后者又与系统及电压互感器一次绕组的接地条件有关。表3-2列出与各种接地条件相对应的额定电压标准值及在最高运行电压下的允许持续时间（即额定时间）。

表3-2 额定电压因数标准值

额定电压因数 1.2 1.2 1.5 1.2 1.9 1.2 1.9 额定时间 连续 连续 中性点有效接地系统中的相与地之间 30s 连续 30s 连续 8h 带有自动切除对地故障装置的中性点非有效接地系统中的相与地之间 无自动切除对地故障装置的中性点绝缘系统或无自动切除对地故障装置的共振接地系统中的相与地之间 一次绕组连接方式和系统接地方式 任一电网的相间 任一电网中的变压器中性点与地之间 注：按制造厂与用户协议，表中所列的额定时间允许缩短。 4.2 额定二次电压

额定二次电压是按互感器使用场合来选定的。

（1） 供三相系统线间连接的单相互感器，其额定二次电压为100V。

（2） 供三相系统相与地之间用的单相互感器，当其额定一次电压为某一数值除以

3时，额定二次电压应为100/3。

（3） 电压互感器剩余电压绕组的额定二次电压：当系统中性点有效接地时应为100V；当系统中性点为非有效接地时应为100/3V。

5 电压互感器二次绕组选择

5.1 二次绕组数量选择

电压互感器二次绕组数量按所供给仪表和继电器的要求确定。

（1） 对于超高压输电线路和大型主设备，要求装设两套独立的主保护，因而要求电压互感器具有两个独立二次绕组分别对两套保护供电。此外，对计费用测量仪表，为

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提高可靠性和精确度，要求从二次绕组单独引出二次电缆回路供电或采用有测量和保护分开二次绕组的电压互感器。

（2） 保护用电压互感器一般设有剩余电压绕组，供接地故障产生剩余电压用。对于微机保护，推荐由三相电压自动形成剩余（零序）电压，此时可不设剩余电压绕组。 5.2 型式和接线选择

根据测量表计、变送器和继电器等负荷要求，结合电压互感器型式和接线进行选择： （1） 两个单相电压互感器接成V-V型接线方式：用于表计和继电器接入两相间电压的情况。电压互感器一次绕组不能接地。这种接线方式用于中性点不接地系统或中性点绝缘谐振接地系统的电网中。

（2） 三个单相电压互感器接成星形-星形接线方式，电压互感器一次绕组中性点不接地。用于表计和继电器接入线电压和相电压的情况，这种接线不能用来供电给绝缘检查电压表；

（3） 三个单相电压互感器接成星形-星形接线方式，电压互感器一次绕组和二次绕组的中性点直接接地。用于供电给要求线电压的表计和继电器以及供电给绝缘检查电压表，如高压侧系统中性点直接接地，可接入相电压测量表计。如高压侧系统中性点不接地或经阻抗接地，则不允许接入测量相电压的表计。

（4） 三相三柱式电压互感器星形接线方式，用来接入线电压和相对电网中性点的相电压。这种电压互感器一般用于中性点不接地系统或经消弧线圈接地的电网。需要注意的是：一次绕组中性点不允许接地。

（5） 三相五柱式电压互感器星形接线方式。三相五柱式电压互感器是磁系统具有五个磁柱的三相三绕组的电压互感器。一次绕组和主二次绕组接成中性点直接接地的星形，辅助二次绕组接成有零序电压回路的接线方式。用于将测量表计和继电器接入线电压和相电压；接成零序的辅助二次绕组接入接地保护装置或继电器。 5.3 准确级选择

电压互感器除剩余电压绕组外，应给出相应的测量准确级和保护准确级。 （1） 测量用电压互感器的准确级，是以该准确级规定的电压和负荷范围内的最大允许电压误差百分数来标称。标准准确级为0.1、0.2、0.5、1.0、3.0。

（2） 保护用电压互感器的准确级，是以该准确级在5 ％额定电压到额定电压因数（参见表3-2）相对应的电压范围内最大允许电压误差的百分数标称，其后标以字母“P”。标准准确级为3P和6P。

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（3） 保护用电压互感器剩余电压绕组的准确级为6P。 （4） 电压误差和相位差的限值。

各种准确等级的测量用电压互感器和保护用电压互感器，其电压误差和相位差不应超过表3-3所列限值。

表3-3 电压误差和相位差限值

准 确 用 途 等 级 0.1 0.2 0.5 1.0 3.0 3P 6P 6P 误 差 限 值 电压误差±％ 0.1 0.2 0.5 1.0 3.0 3.0 6.0 6.0 相 位 差 ±min 5 10 20 40 未规定 120 240 240 ±crad 0.15 0.3 0.6 1.2 未规定 3.5 7.0 7.0 电 压 ％ 适 用 运 行 条 件 频率范围％ 负 荷 ％ 负荷功率因数 测 量 80～120 99～101 25～100 0.8 （滞后） 保 护 剩 余 绕 组 5～150 或 (5～190) 96～102 注：1) 括号内数值适用于中性点非有效接地系统用电压互感器 2) 当二次绕组同时用于测量和保护时，应对该绕组标出其测量和保护等级及额定输出

（5） 测量用互感器准确等级选择

测量用电压互感器的准确等级应与测量仪表的准确等级相适应，参见表3-4。

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表3-4 仪表与配套的电压互感器准确等级

指示仪表 仪表准确级 （级） 0.5 1.0 1.5 2.5 互感器准确级 （级） 0.5 0.5 1.0 1.0 有功电能表 0.5 1.0 2.0 计量仪表 仪表准确级（级） 无功电能表* 2.0 2.0 3.0 互感器准确级 （级） 0.2 0.5 0.5 *无功电能表一般与同回路有功电度表共用同一等级的互感器

5.4 二次绕组额定输出

选择二次绕组额定输出时，应保证二次实接负荷在额定输出的25％～100％范围内，以保证互感器的准确度。

在功率因数为0.8（滞后）时，额定输出标准值为10、15、25、30、50、75、100VA。 其中下标线者为优先值，大于100VA的额定输出值可与制造方协商确定。对三相电压互感器而言，其额定输出值是指每相的额定输出。 5.5 热极限输出

在电压互感器可能作为电源使用时，可规定其额定热极限输出。在这种情况下，误差限值可能超过，但温升不能超过规定限值。对于多个二次绕组的互感器，应分别规定各二次绕组的热极限输出，但使用时，只能有一个达到极限值。

剩余绕组接成开口三角，仅在故障情况下承受负荷。额定热极限输出以持续时间8h为基准。

额定热极限输出以VA表示，在额定二次电压及功率因数为1.0时，数值应为15、25、50、75、100VA及其十进位倍数。 5.6 二次负荷计算

电压互感器的二次负荷不应超过其准确级所允许的负荷范围，一般按负荷最重的一相进行验算。必要时可按表3-5和表3-6列出的接线方式和计算公式进行每相负荷的计算。

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表3-5 电压互感器接成星形时每相负荷的计算公式

UUWuuWWUWUVWVWVUUUWUUUV Pu=UvWVUUUUVUWUVWUVWVWWVWw负荷接线方式及相量图 UwWVUWwWvvWVUv PU=UWUVWUV 有PU=Wucosφ 功 U 电压互有感功 器V 每无相功 的负有荷 功 W 无功 无QU=Wusinφ 功 131313131313Wuvcos(φuv-30˚) 131313131313Wuvcos(φuv-30˚) + Wwucos(φwu+30˚) QU=Wuvsin (φuv-30˚) Qu=Wuvsin (φuv-30˚) + Wwusin (φwu+30˚) PV=Wuvcos(φuv+30˚) PV=PV=Wvcosφ Wuvcos(φuv+30˚) + Wvwcos(φvw-30˚) QV=Wvsinφ Qv=Wuvsin (φuv+30˚) QV=+ Wvwcos(φvw-30˚) Wuvsin (φuv+30˚) + Wvwsin (φvw-30˚) PW=Wwcosφ PW=Wvwcos(φvw+30˚) PW=+ Wvwsin (φvw-30˚) Wvwcos(φvw+30˚) + Wwucos(φwu-30˚) QW=Wwsinφ QW=Wvwsin (φvw+30˚) QW=Wvwsin (φvw+30˚) + Wwusin (φwu-30˚) 注：W——表计的负荷（VA）；φ——相角差； PU、PV、PW——电压互感器每相的有功负荷（W）； QU、QV、QW——电压互感器每相的无功负荷（var）； 电压互感器的全负荷（VA）；W U=P2UQ2U。

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表3-6 电压互感器接成不完全星形时每相负荷的计算公式

电压互感器负荷电压互感器电压互感器负荷负荷WWWW=W=W=WUUWWWW负荷接线方式及相量图 UUWUUU U 电压互感器每相的负荷 有功 UV 无功 有功 VW 无功 QVW=Wvwsinφvw QVW=13Wsin (φ-30˚) QUV=Wuvsinφuv PVW=Wvwcosφvvw QUV=3Wsin (φ+30˚) Pv=3Wcos(φ-30˚) PUV=Wuvcosφuv PUV=3Wcos(φ+30˚) PUV=Wuvcosφuv + Wwucos(φwu +60˚) QUV=Wuvsin φuv + Wwucos(φwu +60˚) PVW=Wvwcosφvw + Wwucos(φwu-60˚) Q VW =Wvwsin φvw + Wwusin (φwu-60˚) 注：W——表计的负荷（VA）；φ——相角差； PUV、PVW——电压互感器每相的有功负荷（W）； QUV、QVW——电压互感器每相无的功负荷（var）； 电压互感器的全负荷（VA）：W UV=P2UVQ2UV；W VW=P2VWQ2VW。 5.7 二次回路电压降

测量用电压互感器二次回路允许电压降不应超过以下值： （1） 测量仪表：不大于额定电压的1～3％。

（2） 用户计费用0.5级电能表：不大于额定电压的0.25％。 （3） 电力系统内部的0.5级电能表：不大于额定电压的0.5％。

附录1 高压电动机差动保护用电流互感器选择

大型火力发电机组的锅炉、汽轮机、水工系统用的水泵、风机等设备大多数均采用6-10kV高压电动机，对于电动机容量在2000kW及以上的电动机应装设纵联差动保护（见DL/T5153-2002火力发电厂厂用电设计技术规定9.6条）。通常电动机定子绕组

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两端配置的电流互感器一端安装在高压开关柜内，另一端安装在电动机的中性点侧，而纵联差动保护装置则安装在高压开关柜内，由于微机保护的电流负荷仅为0.5-1VA，因此电流互感器的二次负荷主要决定于二次电缆的电阻值，由于电动机到开关柜的电缆长短不一，有的甚至大于1km，而开关柜内电流互感器到保护装置导线很短，因此形成差动电流回路的两臂阻值相差很大，加之有的电动机两端电流互感器型号和参数不一致，以致在电动机起动时或在厂用电系统电压下降电动机恢复自起动时，形成两臂电流互感器饱和程度不一致，造成差流大于保护装置整定值，以致差动保护误动作跳开断路器，为避免差动保护误动作，电动机两端的电流互感器应选择二次侧为1A同型号和参数的设备，确保电流互感器在不同运行工况时两端电流误差不大于5%，保证纵差保护不误动。

附表2-1

设备名称 循环水泵电动机 引风机 电动机 功率 工程600MW机组实际选择参数

两端电流互感器 型号和参数 LZZBJ9-12/1756/4-400/1 5P20/5P20 20VA/20VA LZZBJ9-12/1756/4-800/1 5P20/5P20 20VA/20VA 额定 起动电电动机至6kV 电缆芯数 电流 流倍数 开关柜电缆长度 及截面 6 1080m 4×4 2100kW 280A 3700kW 419A 6 344m 4×4 循环水泵电动机验算：

循环水泵电动机电流互感器实际准确限值系数为：

'Kalf28064.2 <<20 （电流互感器准确限值系数） 400循环水泵电动机二次电缆负荷：

R10804.74 Ω <<20Ω （电流互感器允许负荷） 574电流互感器额定二次极限电动势为：

EslKalfRctRbnIN205201500 V

而电动机起动时中性点侧电流互感器实际二次极限电动势为：

'RctRbIN4.254.74140.91 V EslKalf裕度系数为：

50012.22， 40.91因此电动机起动时实际差流误差小于6IN5％0.3IN，而电动机纵差保护最小起

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动电流值为0.3IN，因此差动保护不会误动。

引风机电动机验算：

引风机电动机电流互感器实际准确限值系数为：

'Kalf41963.14 <<20 （电流互感器准确限值系数） 8003441.51 Ω <<20Ω （电流互感器允许负荷） 574引风机电动机二次电缆负荷：

R电流互感器额定二次极限电动势为：

EslKalfRctRbnIN205201500 V

而电动机起动时中性点侧电流互感器实际二次极限电动势为：

'RctRbIN3.1451.51120.44 V EslKalf裕度系数为：

50024.46。 20.44结论：电动机起动时，电流互感器实际差流误差小于6IN5％0.3IN，而电动机纵差保护最小起动电流值为0.3IN，因此差动保护不会误动。

（1） 电动机两端的电流互感器选择二次侧为5A同型号和参数的设备，要求确保电流互感器在不同运行工况时两端电流误差不大于5%，保证纵差保护不误动。

当仍为上述电动机状况，仅将电流互感器认为二次侧为5A时，电流互感器允许负荷为20/52=0.8Ω，额定二次极限电动势为：EsKalfRctRbnIN200.360.85

116V, 而从电动机中性点起动时，循环水泵实际二次极限电动势为：

'RctRbIN4.20.364.745107.1V，满足小于额定二次极限电动势要EsKalf求，而不满足裕度系数2的要求。引风机实际二次极限电动势为：

Es3.140.361.51529.36V，裕度系数为107.1/29.36=3.65，满足小于额定二次

极限电动势，亦满足裕度系数为2的要求，为了安全起见，对于5A的电流互感器，凡裕度系数小于2或者将全部电动机回路建议采取如下措施：在高压开关柜的电流互感器二次出口处每相匹配一个电阻，其阻值与电动机中性点到开关柜的电阻值相同并固定连接于回路上，该电阻亦满足热稳定要求。如附图2-3所示：

采用上述措施后做到电动机两侧电流互感器二次负荷相同，起动时不会误动。

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ABCABC1R2R3R差动保护电流回路开关柜侧电动机侧

附图2-3 差动保护电流回路示意图

（2） 电动机采用磁平衡式纵差保护

磁平衡式纵差保护三相接线示意如附图2-4所示，电动机每相绕组的始端和终端引线分别入、出磁（自）平衡式电流互感器的环形铁芯窗口一次。在电动机正常运行或起动过程中，各相始端和终端电流一进一出，互感器一次安匝为零，二次无输出机磁平衡式纵差保护磁平衡，保护不动作。仅当电动机绕组发生相间短路时电流互感器产生不平衡安匝，电流保护才会动作。

这种纵差式保护装置仍然安装在高压开关柜内，除纵差保护外开关柜内仍然需要配置一组电流互感器，设置电流速断，过电流等保护以保护高压电缆和作为电动机其他保护。

电流保护电流保护电流保护电动机

附图2-4 磁平衡式纵差保护三相接线图

附录2 暂态性能及计算

1. 暂态特性解析计算的基本假设

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本节讨论电流互感器未饱和时的暂态特性解析计算方法。计算时一般作以下假设： （1） 在电流互感器未饱和时，电路中有关元件的参数是不变的，可认为基本是线性电路。

（2） 未考虑二次漏抗或负荷电抗。这些电抗远小于励磁电抗Le，故对暂态磁通最大值影响甚小。

（3） 未计及铁心损耗。该损耗的影响是降低二次时间常数，但其等效电阻值是按正弦项或指数项而变化的。因此，它不能采用线性处理，而要精确处理是很复杂的。

（4） 该理论是基于线性励磁特性。它仅在励磁特性的拐点前是近似准确的，在拐点以后是不正确的。对非线性特性精确求解是不实际的。 2. 一次短路电流计算

如附图3-4所示系统发生短路故障，短路点为F，短路一次电流瞬时值如（附3-6）式：

ip2U2RpLp2RptLpsintesin ……… （附3-6） 

Lp Rp CT F ip ～ √2Usin(ωt-θ) 附图3-4 短路系统图

式中： Lp和Rp分别为系统等值电抗和电阻； 令：

IpscURLp2p2tan1LP/RP；

为短路初始时电流与电压的夹角，cos为短路电流的偏移度。

…………………………… （附3-7）

TpLpRp ………………………………………… （附3-8）

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式中： Tpsc为短路电流稳态值的有效值。

Tp为系统的一次时间常数，考虑/2，则（附3-6）式可表示为（附3-9）式：

Ttpipt2Ipscecoscost

Ttp2Ipscecoscostcossintsin ……（附3-9）

（附3-9）式中一次电流瞬时值ipt包括交流分量和按Tp衰减的非周期分量（或称为直流分量）两部分，当0时，两部分幅值相等，即短路电流100％偏移。则如附图3-5所示：

附图3-5 100%偏移电流波形

3. 短路电流及其非周期分量

短路电流中通常含有周期分量（对称分量）和非周期分量（直流分量）两部分。对互感器特性有严重影响的是其中的非周期分量。非周期分量的大小取决于故障发生瞬间的相位角。当短路初始角0，即cos1时，非周期分量最大，此时短路电流为全偏移情况。在IEC标准及国家标准中，暂态特性计算一般取短路电流全偏移情况。

实际上短路电流出现全偏移的概率是很低的，按全偏移计算结果偏于严重。运行经验表明，短路故障容易发生在电压的峰值附近。根据大量的故障录波图统计，有95％的短路故障是在电压峰值之前40°之内发生，而在100kV以上的电网中，线路短路故障则都是发生在电压峰值之前40°之内。一般情况下，coscos90400.64。考

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虑偏移系数cos不等于1时的暂态系数计算式如下：

Ktf以sinetTsTpTsTpTsetTpetTstcossineTssint ……（附3-10） sint1 代入上式，可得暂态面积系数： KtdTpTsTpTsetTpetTscos1 ………………（附3-11） 4. 一次时间常数（Tp）

4.1 短路电流非周期分量衰减时间常数对电流互感器暂态过程有重要影响。该时间常数由该短路支路的电感与电阻之比确定，即TpLp/Rp。电力系统中发电机和大型变压器的时间常数较大，高压系统的时间常数也相对较大，中低压系统时间常数相对较小。

国家标准[21]规定一次时间常数的的标准值为40ms、60ms、80ms、100ms和120ms。大型发电机组应采用更高的数值。

4.2 多个支路串联时，可将其电感和电阻分别相加求出其总的时间常数Tp。

多个不同时间常数的支路并联时，因为电流的衰减与阻抗的关联是非线性的，不能简单的将其电感和电阻分别并联求时间常数。可假定各支路分别供给独立的不同衰减时间常数的短路电流，分别求出其对电流互感器的影响，为了简化，假设各正弦电流相位相同。粗略计算时，也可将各支路的Tp值按各支路短路电流加权平均，作为等效Tpeq用于计算。

4.3 各种电力回路的实际时间常数参见附表3-1：

附表3-1 电力回路时间常数表

电 路 名 称 电力系统： 500kV系统 220kV系统 110kV系统 大中型发电机组： 国产300MW～600MW汽轮发电机组 国产200MW～210MW汽轮发电机组 国产100MW～125MW汽轮发电机组 与发电机配套的升压变压器： 360MVA～750MVA 时 间 常 数 约100ms 约40ms～60ms 约40ms～60ms 约150ms～300ms 约260ms 约180ms 约140ms 约210ms～280ms 备 注 包括电源阻抗和线路阻抗 国产个别100MW机组时间常数达400ms -/

电 路 名 称 120MVA～260MVA 降压变压器： 500/220/35kV降压变： 高压－中压 高压－低压 中压－低压 220 kV降压变 110 kV降压变 输电线路： 500kV线路X/R=10~16 220kV线路X/R=3.2~8.3

时 间 常 数 约100ms～170ms 约180ms～220ms 约120ms～200ms 约80ms～120ms 约80ms～120ms 约60ms～90ms 约30ms～50ms 约10ms～26ms 备 注 4.4 实际上系统不同点短路时，一次时间常数是变化的，通常离电源点愈近，时间常数愈大。例如装机三台600MW的发电厂通过两条4×300mm2的500kV线路送出，在离开发电厂不同距离处的变电站短路时的一次时间常数可由发电机、变压器、线路的电感及电阻分别相加求出如下：

短路点至发电厂距离： 0km，

50km， 100km， 200km， 300km；

相应的一次时间常数： 266ms， 138ms， 101ms， 73ms， 61ms。 又如装机两台300MW的发电厂通过三条2×240mm2的220kV线路送出，在离开发电厂不同距离处的变电站短路时的一次时间常数如下：

短路点至发电厂距离： 0km，

20km， 50km，

100km， 150km； 40ms， 33ms。

相应的一次时间常数： 263ms， 103ms， 60ms，

5. 规定工作循环

为确定电流互感器的暂态特性需要规定电流互感器在故障时的工作历程及有关时间。工作循环通常分为单次通电（Ct'O）和双次通电（Ct'OtfrCt\"O）两类。前者对应于一般故障过程，后者对应于有重合闸的过程。两次通电时考虑较严重的情况，设磁通极性相同。

在工作循环中设短路电流为互感器的额定一次短路电流（Ipsc），并具有规定的衰减时间常数（Tp）。各通电期间中设一次电流为“全偏移”，若电流为部分偏移，则所需的暂态系数便降低，降低值约正比于偏移量的减小值。因此建议一般计算采用全偏移参数，必要时可按适当的部分偏移进行修正。

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单次通电工作循环电流通过时间t'按保护装置的要求确定。考查保护装置区内故障的可信赖性时，一般取保护装置的动作时间。考查区外故障保护装置的安全性时，还应加上断路器的跳闸时间。在超高压系统，t'一般取40ms（保护动作时间）或100ms（保护加断路器动作时间）。必要时，也可采用保护装置和断路器的实际动作时间。个别系统要求考虑断路器失灵情况，t'可选为250ms~300ms。但这样将严重加大暂态系数。对这种概率很低的故障，计算互感器暂态系数一般可不考虑

双次通电工作循环第一次电流通过时间t'按保护加断路器动作时间确定，第二次电流通过时间t\"与单次通电工作循环确定t'类似，按保护装置的要求确定。tfr为自动重合闸时无电流时间, 即在断路器自动重合闸工作循环中，一次短路电流从切断起到其重复出现时的时间间隔。采用三相快速重合闸时，tfr可取400ms。国内生产的暂态小气隙TPY互感器的典型参数中，tfr即选用400ms。实际国内超高压系统中广泛使用采用单相重合闸，在这种情况下，为考虑潜供电流的影响，需要较长的电弧熄灭时间，tfr 一般可取800ms及以上。

6. 二次回路时间常数（Ts）

电流互感器二次回路时间常数除个别类型（如TPZ）有明确规定外，一般是根据互感器特性要求由制造厂优化确定，其值约在以下范围：

6.1 TPS级及TPX级为几秒以上，无气隙的P类电流互感器一般没有提出二次时间常数的要求，但当其未饱和时，实际值一般在几秒以上。

6.2 TPY级的二次时间常数受暂态误差限制，一般在数百毫秒至一两秒。

6.3 TPZ级为线性互感器，可推导出角误差1/Ts，由于其允许的δ=180min±18min ，故二次时间常数为60ms±6ms。

二次回路时间常数（Ts）与回路总电阻成反比，当实际二次负荷（Rb）不同于额定二次负荷（Rbn）时，应将额定二次时间常数（Tsn）相应修正为（Ts）。

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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

（本附录由华北电力设计院工程有限公司和北京四方继保自动化股份有限公司合著）

1 引言

随着接入电力系统的大机组的增多和电网建设的加强，电力系统的短路容量不断增加。在电力系统中，单台主设备容量远远小于系统短路容量的情况越来越多，特别是高压启动/备用变压器（简称起备变下同）、高压厂用变压器和高压并联电抗器等。在这些主设备出口短路时，短路位置如附图4-1（a,b,c,d,e）中的K1点所示，此时一般有多个电源提供短路电流，为避免电流互感器（简称CT下同）饱和，附图4-1（a,b,c,d,e）中的CT1如按照故障时通过互感器的最大短路电流不超过其准确限值电流来选择[18]

[26]

，这将导致实际二次电流过小，保护整定困难；而互感器的体积过大，安装困难且成

本高。若按照主设备额定容量来选择CT，由于区内出口故障时短路电流可能到达CT的额定电流的100倍以上，将会造成CT严重饱和，此时能否确保继电保护正确动作，成为继电保护工作者关心的问题。

CT2CT3K1CT2CT1机端母线CT1CT2K1主变保护厂变保护CT2CT3CT1K1K2线路CT2CT3CT1K1K2CT1K1K2a) 3/2接线的起备变K2b) 双母线接线的起备变K2c) 高压厂用变压器d) 线路电抗器e) 母线电抗器附图4-1 CT安装位置以及短路位置示意图

文献[24]对中压系统保护用电流互感器参数选择方法进行了深入研究，指出当通过互感器电流达到准确限值电流后继续增大时，二次电流虽然不能与一次电流成比例变化，但其值（含有效值、平均值及由傅氏算法求出的基波值）却还是呈上升趋势。过电流保护的整定值如小于电流互感器准确限值电流时能可靠动作，当一次电流继续增大，保护仍能可靠动作[24]。当一次电流足够大时，CT二次电流已经超出了保护装置的测量范围，此时对保护装置的动作行为已经不进行规定和校验，但实际上保护装置是可以动作的，

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可以看出现有保护装置还有很大的潜力可以挖掘。充分研究和挖掘保护装置的潜力，对降低工程总体造价，解决继电保护实践中的难题，提高保护可靠性，补充继电保护技术条件和校验规程都具有重要意义。

这些对高压系统也有一定借鉴作用，本文将文献[24]的研究范围从中压系统延伸到高压系统和发变组保护中，研究对象从过流保护改为差动保护，分析附图4-1（a,b,c,d,e）中CT1深度饱和时的差动保护性能。由于高压系统和大型发电机组时间常数大，差动保护动作速度快，保护动作时系统仍然处于暂态过程中，必须考虑暂态过程对保护的影响。为此，对现有电流互感器和微机保护装置进行不同互感器参数和不同短路电流下的系列试验，通过录波等方式，探求电流互感器在饱和时的输出和复合误差特性，以及与保护动作行为之间的关系，找出适当的规律，针对存在问题摸索解决问题的途径，最终获得正确的选择电流互感器参数和保护装置定值的方法。确定合理可行工程设计，以确保电力系统安全稳定运行。

经统计国内300MW~1000MW机组的高压厂用变压器和起备变时间常数小于100ms，选用P级互感器就能满足暂态和稳态工况的要求[25]。高压并联电抗器采用P级CT也可以满足要求，因此本文主要针对P级互感器进行分析。受篇幅限制，本文仅讨论微机保护，且以最常见的保护最大电流测量范围为20Isn为例进行分析（Isn为CT二次额定电流1A或5A下同），保护最大测量范围与此不相同时可以按比例折算。

2 试验概况

试验采用实时数字仿真系统RTDS模拟一次系统的暂态过程和互感器传变特性，通过功率放大器输出到实际的保护装置，考核保护装置的动作特性。其中RTDS中的一次系统和互感器参数可根据实际设置，也可以根据研究需要进行灵活调整。

试验采用某发电厂高压厂用变压器的实际参数，其接线图如附图4-1 c）所示，具体参数如下：变压器额定容量63/35-35MVA，额定电压为20/6.3-6.3kV，CT1变比为3000/1，可以计算出变压器二次额定电流Ie0.606A。差动保护取CT1，定值为

0.4Ie0.242A；差动速断保护定值为7Ie4.24A。保护装置最大测量范围为20A。系

统短路容量、短路时刻、CT特性以及二次负担可以根据需要进行调整。

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2.1 试验内容1

一次CT正确传变，远大于测量范围的电流流入保护装置，主要考察大电流对保护装置的影响。

当一次CT正确传变且一次电流无非周期分量时，二次电流波形接近标准正弦波，实验波形如附图4-2所示。

当一次CT正确传变且一次电流有非周期分量时，二次电流波形为正弦波叠加非周期分量，实验波形如附图4-3所示。

附图4-2 一次CT正确传变且无非周期分量的采样 附图4-3 一次CT正确传变且有非周期分量的采样

图中：a) 为二次电流波形； 图中：a) 为二次电流波形；

b) 为保护采样电流波形。 b) 为保护采样电流波形。

2.2 试验内容2

一次CT饱和，电流波形畸变，考察大电流对一次CT和保护装置的综合影响。 当一次CT饱和且一次电流无非周期分量时，实验波形如附图4-4所示。 当一次CT饱和且一次电流有非周期分量时，实验波形如附图4-5所示。

附图4-4 一次CT饱和且无非周期分量的采样 附图4-5 一次CT饱和且有非周期分量的采样

图中：a) 为一次电流折算到二次侧波形； 图中：a) 为一次电流折算到二次侧波形；

b) 为二次电流波形； b) 为二次电流波形； c) 为保护采样电流波形。 c) 为保护采样电流波形。

2.3 试验内容3

人为增加CT的二次负担，一次CT严重饱和，电流波形畸变，考察CT负担对保护装置动作情况的影响。

试验发现：CT二次负担接近于零时随着一次电流增大CT饱和现象不明显。在相

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同的一次电流下，随着CT二次负担的增加，CT饱和越来越严重，保护感受到的电流越来越小。

总之，在CT负担小于额定负担条件下，调整故障形式和设备参数，作了数百次区内故障实验，发现差动保护全部可以正确动作。

3 大电流下影响保护的因素分析

当被保护元件区内故障，而且短路电流远远大于CT的准确限值电流时，继电保护是否能正确动作？回答这一问题时需要涉及到一次系统、CT特性、CT二次负担、保护装置原理以及保护定值整定等诸多因素，现将这些因素逐一进行分析总结，并对实验现象进行解释。

3.1 CT特性以及过饱和系数的影响

考虑CT带纯电阻性负担，不同过饱和系数Ksa时的二次电流波形如附图4-6所示

[24]

。其中KsaIsc/KalfIpn，Isc为一次短路电流，Kalf为互感器的准确限值系数，Ipn为

互感器的一次额定电流。从附图4-6中可以看出，提高互感器的准确限值系数有利于增大互感器的起始饱和角。另外Kalf恒定时，随着一次电流的增加，Ksa增加，起始饱和角下降但电流的峰值增大，二次电流与横轴包围的面积不变。说明饱和后二次电流不会为零，而是一个相当大的值。

另外，从互感器VA特性试验也可以说明CT饱和后二次电流不会为零。试验可以发现电流互感器彻底饱和时，二次绕组输出的电动势并不是0，而是维持在某一个数值，该数值一般为拐点电压的1.5倍。二次的负担小于额定负担时，这个二次电动势产生的电流不会为零，而是大于准确限值电流的某一个值。

附图4-6 电阻负荷二次电流波形

3.2 衰减非周期分量的影响

故障电流中存在按一次系统衰减时间常数衰减的非周期分量，很大一部分衰减非周期分量会流入互感器的励磁回路，这是造成电流互感器饱和的主要原因之一。另外，互感器二次同样会产生衰减非周期分量，对保护装置内的小电流变换器产生影响。

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为使区外故障的暂态过程中不饱和，选择互感器时必须考虑暂态系数Ktf，这与一次时间常数和二次时间常数有关，互感器在C-O循环中的暂态系数可按（附4-1）式或附图4-7进行分析计算[18] [26]：

KtfTpTsTpTsetTpetTssint ………… （附4-1） 式中： Tp为一次时间常数；

Ts为二次时间常数。

附图4-7 暂态系数Ktf与一次时间常数Tp的关系

Ts10s

按照主设备容量选择的互感器，在区内CT附近故障时必然饱和，按照（附4-1）式考虑很大的暂态系数，并没有意义，也不太现实。为确保区内故障的暂态过程中差动保护能够动作，让微机保护装置采集到足够的有效数据，建议用户规定的暂态系数Ks按2考虑。

3.3 CT二次回路负担的影响

微机保护交流回路功耗小于1VA/相，一般可以忽略，互感器的主要二次负担为电缆的电阻分量，可以等效为纯电阻负担。

通过本次试验可以看出，CT二次负担的大小对最终保护是否动作有决定性影响。当CT二次负担接近于零，在很大的一次电流下CT都没有饱和，保护可靠动作；当CT二次负担在合理的范围内时，即使CT存在饱和，差动速断可以可靠动作；当CT二次负担远大于额定值时，CT饱和后流入保护装置的电流明显减小，出现了故障时保护无

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法动作的情况。

5P级电流互感器漏磁小，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定[25]。即：

'RctRbIsnKalfRctRbn IsnKalf由此得出：

K'alfKalfRctRbnRctRb

式中： Isn －互感器额定二次电流；

'－在实际二次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

，这对保可以看出降低互感器的二次负担相当于提高了折算后的准确限值系数Kalf护的动作情况具有决定性影响。注意微机保护交流功耗很小，计算时必须考虑互感器二次绕组电阻Rct。

3.4 保护装置采样率的影响

文献[24]发现保护装置采样率对计算结果有一定影响，每周期采样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。目前常见的微机保护采样率一般为24点，可以满足要求。 3.5 保护装置内部小CT的影响

从试验结果可以看出，当互感器二次电流远大于保护装置的测量范围时，巨大的非周期分量流过保护装置内部的小电流变换器（简称小CT）时，会造成小CT的饱和，如附图4-3所示。

试验中发现当非周期分量较小时，即使交流分量超过小CT测量范围的5倍以上，仍然可以正确传变；当非周期分量很大时，小CT发生饱和，二次波形发生畸变，但小CT二次信号是足够大的，部分点已经超过了A/D采集的范围，出现了削顶现象。小CT

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饱和后保护仍然可以正确动作，这一点与一次CT的饱和类似。 3.6 模数转换（A/D）范围的影响

模数转换（A/D）的作用是将-5V~+5V的模拟信号按照一定的间隔采样，转换为CPU能够识别的数字信号。当输入信号大于+5V时按+5V转换；当输入信号小于-5V时按-5V转换。

附图4-6中过饱和系数较大时，互感器二次的电流峰值很大，但到了A/D转换环节会被截止到+/-5V，这就是所谓的削顶现象。附图4-2、附图4-3、附图4-4、附图4-5中都可以看出保护采样波形出现明显的削顶。这会造成互感器饱和后保护装置感受到的基波分量低于保护装置的最大测量范围，并且可能低于CT的准确限值电流。考虑最严重的情况，CT饱和的第一个周波内电流波形完全偏向时间轴一侧，本侧波形发生了削顶现象而另外一侧波形接近于零，此时保护计算出的电流可近似按最大测量范围的一半考虑。由于保护计算出的电流明显减小，此时CT变比选择以及保护定值整定时需要留下足够裕度。

3.7 保护计算采用的数据窗的影响

微机保护算法都需要一定长度的数据，例如半周付氏算法一般需要10ms的采样数据，全周付氏算法一般需要20ms的采样数据。数据窗中的采样数据与给定的付氏系数进行卷积运算可以求出交流量的矢量值。当互感器严重饱和，一次电流过零点附近存在一定的线性传变区，此时的采样值我们称之为有效数据，CT严重饱和后二次电流将降到零附近，我们称之为无效数据。保护时时刻刻都在进行了付氏运算：当数据窗中的有效数据恰好与较小的付氏系数相乘时，会造成保护计算出的矢量值偏小；当数据窗中的有效数据恰好与较大的付氏系数相乘时，会造成保护计算出的矢量值较大。这就是造成饱和后保护测量值具有一定随机性浮动的原因。

由于数据窗在不断推移，而且差动保护动作非常快，当数据窗移到测量值较大时保护就可以动作。因此，这只会使保护动作增加毫秒级的延时，不会造成保护拒动。 3.8 保护原理的影响

变压器差动保护由不带任何闭锁的差动速断保护和带比率制动特性、谐波闭锁涌流判据以及CT饱和闭锁判据的比率差动保护共同组成，两者经或门出口。

实验发现，CT严重饱和后波形严重畸变，存在大量谐波，可能会造成具有谐波闭锁功能的变压器比率差动保护不动作。但变压器差动速断保护没有闭锁条件，可以可靠动作，切除故障变压器。

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3.9 变压器接线方式的影响

变压器各侧电流相位需要由保护校正。对于Y侧中性点接地系统，校正电流时需减去零序电流。例如对于YN/d-11的接线，采用在Y侧进行相位校正，公式如下：

'II/3 IAAB'II'/3 IBBC'II/3 ICCA式中： IA、IB、IC为Y侧CT二次电流；

'''IA、IB、IC为Y侧校正后的各相电流。

起备变高压侧一般为Y接线且中性点接地，需要减零序处理。可以看出单相故障时，Y侧校正后的电流会缩小3倍。对于最大测量范围为20Isn的保护来说，单相接地故障时折算后的最大差流只能到11.5Isn。此时，差动速断定值必须小于11.5Isn，并考虑到暂态过程和波形畸变还应留有一定裕度。

高压厂用变压器高压侧一般为D接线，不需要减零序处理，不存在缩小3倍的问题。

3.10 保护定值及CT变比的影响

300MW~1000MW机组的高压厂用变压器和启动/备用变压器容量一般在6300～120000kVA范围内，按照《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》[21]，差动速断定值一般整定为：3~7Ie（其中Ie为变压器二次额定电流，下同）。比率差动最小动作电流，一般整定为0.3~0.5Ie [21]。本文以常见的保护测量范围为0.08~20Isn为例，分析保护对CT变比选择的要求。

为确保变压器内部轻微匝间故障时比率差动保护的灵敏度，根据保护测量精度要求，CT变比选择不宜过大。比率差动最小动作电流定值应大于装置电流测量范围的下限。推荐选择CT变比时将变压器二次额定电流控制在0.15Isn以上。

变压器内部严重故障时，当保护计算出的差流基波值大于差动速断定值时才能可靠动作。变压器内部故障并且CT严重饱和时，受暂态过程中非周期分量和铁芯剩磁以及保护装置测量范围的影响，保护计算出的差流基波值会偏低，此时如果CT变比选择偏

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小，变压器二次额定电流会偏高，进而会造成差动速断定值二次值偏高，定值高出一定范围时则有可能造成保护拒动。因此，为确保保护动作，CT变比的选择也不能过小。

按照最严酷的差动速断定值整定为7Ie考虑。对于起备变，由于高压侧为YN接线，单相接地故障时按保护测量范围折算后的最大差流只能到11.5Isn。另外，按照2.6的分析，暂态过程中保护实测的差流可能降到测量范围的一半为5.75Isn。建议将变压器二次额定电流Ie控制在0.5Isn以下，这样差动速断定值小于3.5Isn，至少留有1.64倍可靠裕度。对于高压厂用变压器，由于高压侧为D接线，折算后的保护测量范围仍然为20Isn，建议将变压器二次额定电流Ie控制在Isn以下。若差动速断定值整定7Isn，按暂态过程中保护感受到的差流为10Isn计算，至少留有1.42倍可靠裕度。

总之在CT可能严重饱和的情况下，高压厂用变压器高压侧差动保护用CT变比宜满足将变压器二次额定电流Ie控制在0.15~1Isn范围内的要求；起备变高压侧差动保护用CT变比宜满足将变压器二次额定电流Ie控制在0.15~0.5Isn范围内的要求。

4 主要结论

4.1 主要结论

针对小容量主设备接入大容量系统时的CT与继电保护配合问题，根据上述的实验数据和理论分析可以得出如下结论：

（1） 当故障电流远大于CT准确限值电流时，CT饱和后二次电流基波值不会为零而是会大于CT二次的准确限值电流。

（2） 保护装置电流测量有一定的范围，当流入保护装置的电流瞬时值大于A/D转换范围时将出现削顶现象，此时的采样值会截止到A/D转换的正最大或负最大值。

（3） 受暂态过程中非周期分量和铁芯剩磁以及保护装置测量范围的影响，大电流下保护感受的基波电流可能低于CT的准确限值电流。

（4） CT严重饱和后变压器带谐波制动的比率差动保护可能被闭锁，但无任何闭锁条件的差动速断保护只要到达定值就可以可靠动作。 4.2 对CT的要求

为确保差动保护可靠动作，保护装置对CT有如下要求：

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（1） CT 变比选择应适当，使变压器高压侧二次额定电流在规定的范围内，确保变压器比率差动和差动速断正确动作。

（2） 综合考虑CT的二次负担、准确限值系数、额定容量等因素，使CT饱和后仍能提供足够的二次电动势。建议考虑2倍的暂态系数Ks，并优先采用二次额定电流为1A的电流互感器。

（3） 电流在低于差动速断定值时其波形在暂态过程中不应发生畸变。不应存在比率差动和差动速断配合上的死区。

5 可行的解决方案

针对小容量主设备接入大容量系统时的CT与继电保护配合问题，通过以上分析可知，只要CT 变比、CT的二次负担、准确限值系数以及额定容量选择合适，5P级CT是能够满足继电保护要求的。

具体解决方案如下： 5.1 3/2接线的起备变保护

CT配置如附图4-1 a）所示。由于CT2、CT3变比是按系统容量选择，变比较大。因此起备变差动保护宜取CT1，即起备变高压侧5P级套管CT，变比应按起备变额定容量选择，暂态系数按2倍考虑（低压侧短路时）。另外，宜加装由CT2、CT3和电流构成的不完全差动保护，作为短引线故障的主保护和以及K1点故障的后备保护。由于起备变容量小，短路阻抗较大，定值整定相对容易，可按照躲过区外故障时的最大不平衡电流、变压器最大涌流以及K2点三相故障电流整定，并按K1点故障具有灵敏度校验。

5.2 双母线接线的起备变保护

CT配置如附图4-1 b）所示。一般情况下，起备变差动应取CT2，应按起备变的额定容量选择5P级的CT。CT变比选择时，应使起备变二次额定电流在0.15~0.5Isn范围内。尽量采用1A的CT，最大短路电流宜控制在100Isn以内。特殊情况下，当CT2到保护柜距离较远，CT二次负担较大时，建议更改保护配置方案：起备变差动取套管CT1，按照变压器容量选取； CT2按照系统容量选取，配置过电流速断保护，对短引线和K1点故障具有保护作用。 5.3 高压厂用变压器保护

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CT配置如附图4-1 c）所示。CT1按照高压厂用变压器容量选取5P级CT ，CT变比选择时，应使变压器二次额定电流在0.15~1Isn范围内，二次额定电流选用1A。若按规定选择CT1，则接入CT1的高压厂用变压器差动速断保护在K1点短路时能够正确动作。如在特殊情况下，CT1无法满足要求时，可考虑利用主变差动用大变比的TPY级CT2兼做高厂变电流速断保护，按躲开低压侧短路整定。 5.4 线路高压并联电抗器

CT配置如附图4-1 d）所示。CT1应按电抗器的额定容量选择5P级的CT。K1点故障线路保护可以起到保护作用，不存在拒动问题。 5.5 母线高压并联电抗器

CT配置如附图4-1 e）所示。CT1应按电抗器的额定容量选择5P级的CT。宜装设由CT2与CT3的和电流构成的速断过流保护，作为短引线故障的主保护和以及K1点故障的后备保护，电抗器支路的电流相对较小可以忽略。

6 电流互感器选择条件

6.1 起备变CT1选择计算条件

起备变CT1选择计算条件

（1） 电流互感器额定一次电流Ipn：

宜将起备变高压侧二次额定电流控制在0.15~0.5Isn范围内； （2） 电流互感器额定二次电流Isn：宜选择1A； （3） 额定二次负荷Rbn应大于实际负荷Rb；

（4） 准确级：选用5P级，考虑互感器暂态饱和影响，暂态系数Ks为2； （5） 保护校验故障电流Ipcf按K2点三相短路流过CT1的故障电流； （6） 选择准确限值系数Kalf；

KalfKsKpcfRctRbnRctRb

（7） 校验KalfIpn20Ip，满足暂态系数不小于2，变压器空载投入不大于10倍额定工作电流条件。

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6.2 高压厂用变压器CT1选择计算条件

（1） 电流互感器额定一次电流Ipn：

宜将高压厂用变压器高压侧二次额定电流控制在0.15~1Isn范围内； （2） 电流互感器额定二次电流Isn：宜选择1A； （3） 额定二次负荷Rbn应大于实际负荷Rb；

（4） 准确级：选用5P级，考虑互感器暂态饱和影响，暂态系数Ks为2； （5） 保护校验故障电流Ipcf按K2点三相短路流过CT1的故障电流； （6）选择准确限值系数Kalf；

KalfKsKpcfRctRbnRctRb

（7） 校验KalfIpn20Ip，满足暂态系数不小于2，变压器空载投入不大于10倍额定工作电流条件。

6.3 高压厂用变压器CT2选择计算条件

（1） 按发电机额定电流选择，与发电机套管CT 选择相同变比和参数。 （2） 当采用大变比CT变压器套管安装困难时，可将一次电流减小5倍，二次电流采用1A。

（3） 按K2点短路，三相短路电流通过CT2，暂态面积系数按C-O循环考虑。

7 结束语

针对主设备的容量远远小于系统短路容量的情况，本文详细地分析了区内故障时电流互感器深度饱和时的继电保护性能。根据实验结果和对影响保护动作的各种因素的分析，提出了实际可行的解决方案。