中压配电系统设计中保护用电流互感器的选用

秦飞飞，王栩颜

（洛阳瑞泽石化工程有限公司，河南 洛阳 471000）

0 引 言

电流互感器是把电力系统中一次侧较大的电流转化为小电流，进而进行继电保护、测量、计量的电气一次元件。电力系统保护用电流互感器是变配电所、中压电机等供配电系统中不可或缺的一种电流变换设备。保护用电流互感器在线路、用电设备发生故障时，向继电保护装置提供电流，以发出报警信号或切断故障线路防止故障进一步扩大，因而保护用电流互感器的选用对继电保护能否正确动作起到重要的作用。

在工程设计中，保护用电流互感器的参数选用没有系统的参考依据。针对这些问题，本文系统介绍工程设计中配电系统保护用电流互感器参数的选择和校验，以供设计人员参考。

1 保护用电流互感器的类型

保护用电流互感器分为P 类（包含P、PR、PX 类）和TP 类，其中P 类电流互感器为电力系统发生故障时稳态一次短路电流在互感器额定准确限值一次电流范围内时互感器的复合误差不超过规定值，而TP 类则是考虑一次短路电流中具有非周期分量[1]。220 kV 以下的电力系统由于电流互感器暂态过程较短，一般可不考虑暂态影响，选用P 类电流互感器。

2 保护用电流互感器的参数的选择

中压配电系统中保护用电流互感器需要选择并校验下列参数：额定一次电压、额定一次电流、额定二次负荷、额定二次电流、准确级及准确限值系数、动稳定性、热稳定性等。

2.1 额定一次电压

电流互感器的额定一次电压Upr应大于电流互感器所在回路的额定一次电压Un，满足Upr＞Un。

2.2 额定一次电流

一般配电回路中，保护用电流互感器额定一次电流Ipr应根据一次设备最大工作电流Imax选择，即满足Ipr＞Imax；对于变压器回路，由于考虑到变压器具有一定的过载能力，变压器保护用电流互感器额定一次电流Ipr一般应按照大于1.5 倍变压器额定一次电流Itn选择，即满足Ipr＞1.5Itn。

2.3 额定二次负荷和额定二次回路电流

保护用电流互感器额定二次电流Isn有1 A 和5 A两种。电流互感器额定二次电流的选择与电流互感器的容量和带负载能力有关，电流互感器的额定二次负载电流互感器二次侧所接负荷Zb=KrcZr+KlcRl+Rc，电流互感器额定二次负荷应满足Zbn＞Zb，其中Sbn为互感器的二次额定容量，Zr保护装置电流线圈阻抗，Rl连接导线电阻，Rc接触电阻，Krc继电器阻抗换算系数，Klc连接导线阻抗换算系数。互感器采用三相星形接线时，Krc=1，Klc=1。

2.4 准确级及准确限值系数

2.4.1 互感器准确级的确定

保护用电流互感器准确级的要求是保证电力系统在稳态短路电流下电流互感器的复合误差不超过规定限值，从而保证继电保护动作的准确性。配电变压器主回路宜采用复合误差较小的5P 级电流互感器，其他配电回路可采用10P 级电流互感器。

2.4.2 互感器准确限值系数的选择

准确限值系数Kalf的选择应满足电流互感器的额定准确限值一次电流Ipal大于保护校验一次故障电流Ipcf，即满足Ipal＞Ipcf。

过去工程设计时，中压系统用电流互感器选用要求在区内故障电流最大时互感器不饱和，以保证在区内故障电流最大时，互感器的测量误差在规定的范围内。现在电力系统的短路容量越来越大，中压配电系统的短路容量较单个负荷的容量大得多。这样在选择电流互感器时，要使Ipal＞Ipcf，保证互感器在保护区内最大故障电流下不饱和，则需要与互感器厂家协商定制较大的Kalf。但是，这样增加了投资成本，通常是不可采取的。

这种情况下需要分析电流互感器的饱和性能，随着短路电流增大饱和系数的增大，电流互感器二次电流发生严重畸变，但其有效值是增大的，可以要求当保护区内故障时互感器在通过保护最大整定电流（如速断整定电流Iset）时满足Ipal＞K×Iset，并留有适当的裕度。互感器复合最大误差系数不超过误差限值，即在互感器饱和前能保证继电保护可靠动作。在区内靠近电源故障时互感器将出现饱和，复合误差将超过限值，但能保证继电保护装置的可靠动作。这样既可以实现继电保护的正确动作，又可以避免选用准确限值系数过大的电流互感器。其中，K为用户规定的暂态系数，取2；Iset为最大整定电流；Kalf为准确限值系数；Ipcf为流过互感器最大短路电流；Kpcf为保护校验故障电流与电流互感器额定一次电流之比，即Kpcf=Ipcf/Ipr，Ipal=Kalf×IPN。

2.5 动稳定性

由于保护用电流互感器需要在电力系统发生短路故障时及时地将故障电流传递至继电保护器件而自身不发生损坏，因此保护用电流互感器必须能够承受电力系统最大故障电流产生的电磁力作用，动稳定校验以电流形式表示为ip（三相短路冲击电流）＜Idyn（厂家给定的互感器能承受的额定动稳定电流）。

2.6 热稳定性

热稳定性是验算互感器承受短路电流发热的能力。保护用电流互感器必须能承受最大短路电流存续期间的等效发热量而不至于损坏，因此必须满足的要求，其中Qt为短路电流的热效应，为互感器厂家给定的热稳定限值。

3 工程设计中保护用电流互感器的选择

以某厂内10 kV 变电所1 为例，说明变电所10 kV侧保护用电流互感器选用时的参数选择和校验。该变电所基本情况：总计算负荷为Sjs=3 874 kVA，计算电流为Ijs=223.7 A，10 kV 侧最大短路容量为SKmax=164 MVA，10 kV 母线侧最大短路电流为Ik=9 018 A，现举例说明10 kV 进线和1 600 kVA 10 kV/0.4 kV 变压器保护用电流互感器参数选择。

3.1 进线保护用电流互感器的参数选择和校验

互感器额定一次电流：保护用电流互感器需满足Ipr＞Ijs，即Ipr＞223.7 A，考虑适当的裕量，选Ipr=500 A。

额定一次电压：互感器额定一次电压应与系统额定一次电压一致。

准确限值系数：对于进线Kpcf=Ipcf/Ipr=9 018/500=18，Kalf可以选取20，即选10P20 级电流互感器。

动稳定校验：ip=2.55×9.018 kA=23 kA，Idyn＞ip=23 kA。

热稳定校验：由于进线装有短延时速断保护，动作时间为0.4 s，热稳定校验需小于厂家给定的热稳定限值。

3.2 变压器保护用电流互感器的准确限值系数的选择

由于变压器容量相较于10 kV侧短路容量小得多，对于10/0.4 kV 变压器保护用电流互感器准确限值系数的选择与10 kV 进线电流互感器的准确限值系数选择存在不同。

变压器额定一次电流I1T=92.3 A，电流速断整定值为Iset=1 725 A。变压器保护用电流互感器额定一次电流可选Ipr=150 A。由于校验用一次故障电流Ipcf=9 018 A，若满足Ipal＞Ipcf，即Kalf＞Ipcf/Ipr=9 018/150=60，满足条件互感器的制作较为困难，这时可以按照互感器最大限值电流Ipal大于保护最大动作电流值的2 倍选择，即Ipal＞ 2Iset=2×1 725=3 450 A。Kalf＞Ipal/Ipr=3 450/150=23，可以选取5P30 级的保护用电流互感器，这时即可满足在保护区内故障时继电保护正确动作的要求。

4 结 论

本文从实际工程设计中保护用电流互感器选用参数选择存在的问题入手，举例说明如何选择合适的电流互感器额定参数，以满足工程设计的要求。