电流互感器绕组特性与配置论述

厉荣杰，李璨，乔凯

(国网山东省电力公司检修公司，山东　济南　250000)



电流互感器绕组特性与配置论述

厉荣杰，李璨，乔凯

(国网山东省电力公司检修公司，山东济南250000)

电力系统电流互感器起到变流和电气隔离的作用，是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器，正确的选择和配置电流互感器绕组是确保测量及计量装置准确度、保护装置正确动作的前提。基于此，介绍了测量及计量用电流互感器绕组、继电保护用电流互感器绕组、电流互感器绕组暂态特性以及通过一起实际案例分析了绕组选取的方法。

电流互感器;绕组;继电保护;暂态

1　引言

电力系统的一次电压比较高、电流比较大，而且运行的额定参数不同，对一次系统进行测量、控制的仪器仪表及保护装置无法直接接入一次系统，一次系统的大电流需要经过电流互感器进行隔离，使二次继电保护、自动装置和测量仪表能够安全准确地获取电气一次回路电流信息[1-5]。

正确的选择和配置电流互感器型号、参数、绕组，将继电保护、自动装置和测量仪表等接入合适的二次侧，严格按技术规程与保护原理连接电流互感器二次回路，对继电保护等设备正常运行、确保电网安全意义重大[6-9]。

基于此，本文重点介绍了测量及计量用电流互感器绕组、继电保护用电流互感器绕组、电流互感器绕组暂态特性以及通过一起实际案例分析了绕组选取的方法。

2　测量及计量用电流互感器绕组

在我国电力系统目前运行的电流互感器中，测量及计量用电流互感器的准确度等级分为0.1、0.2、0.5、1、3、5六个标准，这是一个相对误差标准，其中0.1～1的四个标准的二次负荷在额定负荷的25%～100%间，3、5两个标准其二次负荷在额定负荷的50%～100%间，否则准确度不能满足要求。如果应用在负荷变化范围大的系统中，且准确度要求较高，一般选取经补偿的0.2S和0.5S型电流互感器，该类型的互感器在1%～120%负荷范围内均能满足准确度要求。测量及计量用电流互感器除有准确度要求外，还有角差要求。

3　继电保护用电流互感器绕组

继电保护用电流互感器绕组的准确度要求一般没有测量及计量用的高，其侧重点不同，不仅要求在额定电流下误差不超过规定值，而且要求在故障电流时也要有较高的变流特性，所以在故障电流下，误差也不超过规定值。继电保护用电流互感器的准确性能要求可分为两类：

(1)要求在给定短路电流下的复合误差不超过规定值。P类及PR类电流互感器一般用εPM表示误差等级，如5P15，其含义是在15倍额定电流下的短路电流时，其误差满足5%的要求，式中ε是准确度等级，M是保证准确度的允许最大短路电流倍数。在国标中，规定了5P、10P两个准确度。

(2)要求对电流互感器的励磁特性做出规定。适用于PX类电流互感器。

4　电流互感器绕组暂态特性

电力系统发生故障时都伴随着电流迅速、大幅度的变化，故障电流中含有大量的直流分量与高次谐波分量，这种暂态过程在故障瞬间最为严重，并呈现衰减状态，这就要求电流互感器要有较好的暂态特性，否则就无法准确地进行电流变换，严重时会导致电流互感器饱和，引起保护拒动或误动。不同容量的系统有不同大小的暂态过程，暂态过程的大小与持续时间是由系统的时间常数决定的。系统容量越大，时间常数就会越大，直流分量与高次谐波分量衰减就会越慢，故障电流的暂态过程就会越长。因此，系统容量越大，短路电流就会越大，导致暂态过程越严重，不同容量的系统要选取不同暂态特性的电流互感器。

通常情况下，P类电流互感器绕组仅考虑在稳态故障电流下确保有规定的准确度，TP类电流互感器绕组则能满足暂态特性条件下规定的准确度，两类电流互感器绕组相比，TP类具有较好的抗饱和性能，一般在制造过程中通过增加铁芯截面积或在铁芯中加入非磁性间隙等方法来改变磁路特性。按照磁路改变程度，可分为TPS、TPX、TPY、TPZ四种等级的暂态型电流互感器绕组。

目前，500kV线路保护中，一般选用TPY级暂态电流互感器，此类电流互感器，在铁芯中设置一定的非磁性间隙，实际非磁性间隙长度与铁芯磁路长度比大于0.1%，剩磁通不超过饱和磁通的10%，由于限制了剩磁通，TPY级绕组适用于双循环和重合闸情况，适用于带重合闸的线路保护，但由于磁阻、储能、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。

5　绕组选取与实例分析

以一起实际案例来分析电流互感器绕组的选取方法：在某500kV变电站中，500kV设备采用二分之三接线方式，500kV母线、断路器、电流互感器绕组分布如图1所示，电流互感器绕组断路器侧为P1，从P1～P2依次为1S～8S，电流互感器绕组准确级如表1所示。

表1　电流互感器绕组准确级

图1　电流互感器绕组分布示例

如图1中所示的电流互感器绕组分布，计量装置对电流准确度要求最高，接0.2S的绕组，测量装置回路可接0.5S的绕组。保护装置对准确度要求不高，保护用绕组应根据继电保护原理、绕组特性与保护范围选择接入位置，确保保护装置不误动、拒动，保护范围没有死区，5P15绕组是在15倍额定电流下的短路电流时，其误差也不超过规定值，因此，断路器保护接入此类绕组。

TPY级绕组适用于双循环和重合闸情况，适用于带重合闸的线路保护，在该500kV变电站中，线路保护与母线保护接入TPY级绕组。为确保保护范围没有死区，线路保护与母线保护范围应有交叉、重叠，线路保护接入第四个绕组，母线保护接入第五个绕组，如图2所示，任意一点发生故障，都有保护可靠切除。

图2　保护范围有交叉示意图

在该500kV变电站中，某500kV电流互感器在制造过程中，内部二次绕组实际排序与产品铭牌不符，铭牌标注从P2～P1依次为8S～1S，如表1所示，但电流互感器内部实际布置为P2～P1依次为1S～8S。在继电保护装置二次回路接入时，按照设计，线路保护接入第四个绕组，母线保护接入第五个绕组，但由于电流互感器内部二次绕组排反，导致线路保护与母线保护范围没有形成交叉。如图3所示，在第四个绕组与第五个绕组之间发生故障时，既不在线路保护范围内，也不在母线保护范围内，故障只能靠远后备保护切除，扩大停电范围。

图3　保护范围无交叉示意图

6　总结

电力系统电流互感器起到电气隔离的作用，使二次设备能够安全准确地获取电气一次回路电流信息，正确的选择、配置电流互感器绕组能够确保测量及计量装置准确度、保护装置正确动作，有利于电网安全稳定运行。

[1]袁季修，盛和乐，吴聚业.保护用电流互感器应用指南[M].北京：中国电力出版社，2004.

[2]郭志忠.电子式电流互感器研究评述[J].继电器，2005，33(14)：11-14.

[3]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2002.

[4]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].2版.北京：中国电力出版社，2000.

[5]陈丽，李佳琦，贾清泉，等.一种电流互感器饱和误差补偿算法研究[J].电力系统保护与控制，2009，37(4):41-44.

[6]张庆伟，谭建成.基于导数法的电流互感器饱和新判据[J].继电器，2005，33(3)：21-25.

[7]尹其云.对当前继电保护运行方面几个问题的分析[J].电力系统自动化，1999，23( 3 )：1-3.

[8]黄鹂，何奔腾.电流互感器饱和对距离保护的影响[J].继电器，2004，32(12)：16-20.

[9]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：水利电力出版社，1985.

Characteristics and Configuration of Current Transformer Winding

LI Rong-jie，LI Can，QIAO Kai

(State Grid Shandong Electric Power Corporation Maintenance Company,Jinan 250000，China)

A current transformer of the electric power system plays a role of variable current and electrical isolation.It is the sensor of electric power system,such as measuring instrument,relay protection,etc.two times.Based on this,the paper introduces the measurement and measurement of the current transformer windings,relay protection with current transformer windings,current transformer winding transient characteristics,and through a practical accident case analysis of the winding selection method.

current transformer;winding;relay protection;transient

1004-289X(2016)01-0011-03

TM452

B

2015-11-25

厉荣杰(1978- )，本科，主要从事变电检修管理的工作；

李璨(1989-)，男，硕士，主要从事二次检修的工作；

乔凯(1986-)，男，本科，主要从事二次检修的工作。