石油化工变电站设计中电流互感器选择有关问题研究

陈明辉　刘刚

摘 要：电流互感器是变电站设计中必备的部件，其主要用途是将一次侧大电流进行转换，得到统一标准的0～1A或0～5A电流，从而可以保证测量仪表或者用电装置输入端稳定，即通过电流互感器使得测量仪表或则保护装置输入参数统一，能够正常发挥作用而不被破坏。变电站设计中，必须要选择合理的电流互感器的规格、精度等参数，否则将会导致电气事故。本文基于对变电站中电流互感器基本分析，阐述内部构造和和常见误差，然后再深入分析电流互感器选择问题，逐一讨论了电流互感器的二次侧绕组、变比、测量精度以及准确等级选择等问题，以期为今后电气人员在变电站设计中电流互感器选择提供翔实的基础指导信息。

关键词：电流互感器;变电站;测量精度

1 引言

互感器是变电站中重要的设备，精度高的电流互感器其响应性能也较好，则能够发挥巨大的作用，电流互感器直接影响着继电设备执行动作。但是目前国内多数电流互感器的测量线圈由于偏心问题严重，导致在实际测量中，其准确性和精度并不高，导致设备实时响应性能出问题。而变电站中又不可缺少这种设备，所以在设计中要合理选择电流互感器，通过详细了解设计需求和电流互感器基本构造原理，进一步优化电流互感器设计和参数选择，从而实现改变电流互感器的测量精度。本文将详细讨论常见电流互感器的内部构造问题，分析可能存在的误差问题，然后重点讨论了电流互感器的关键参数，以实现电流互感器的优化选择工作，提高电流互感器测量精度，改善当前设备的实时响应性能。

2 变电站中电流互感器基本分析

2.1 互感器基本构造

电流互感器一般是由1～2匝绕组构成，应用在电气设备中以一次设备进出导线为主。但是随着技术发展，目前开始采用二次绕组，其结构相对复杂，匝数也较多，并且二次定额电流一般为5A或1A。比如，当某个电流互感器的变比参数为1250/5时，那么为了达到同样的效果，一次绕组为1匝时，对应的二次绕组则为250匝。

2.2 误差原因分析

电流互感器内部的铁芯在互感器工作时还存在励磁电流，这种电流会导致铁芯产生励磁阻抗，这种阻抗是一种电抗，但是若进行二次负载，那么工作中则产生的是阻抗。鉴于此，在二次电动势的影响下，经过不同电阻的电流幅值和相位均不同。通过研究电流互感器的角误差和等值回路发现以下误差：若电流互感器的二次负载为纯电阻，则导致角误差较大。若二次负载为纯电感时，则不会产生角误差。另外，励磁阻抗一定时，会使二次阻抗变大，继而导致电流互感器比误差变大;而二次阻抗一定时，则励磁阻抗变小，也会导致比误差变大。整体来看，在实际应用中，必须要保证电流互感器的角度误差不超过7°，幅值误差不超过10%。

3 电流互感器选择有关问题分析

3.1 电流互感器二次侧绕组选择

通过前文分析可知，电流互感器有一次侧绕组和二次侧绕组类型。在选择二次侧方式时，要满足一次侧额定电流和电压的要求，同时二次侧必须满足继电保护和测量的需求。电流互感器的二次侧具有三种绕组方式，对应三种不同的功能，分别为测量、保护、计量等。若在实际过程中需要差动保护，则还要增加一组绕组来实现差动保护。安装在计量贵重的电流互感器可以只选用计量绕组就可。低压配电系统，如220V/380V，采用低压熔断器和断路器保护，所以该电力系统中选择二次侧绕组可以只考虑测量绕组。而在高、中压供配电系统中，需要采取继电保护装置实现电路保护，所以在这种电力系统中，二次侧绕组除了采取测量绕组之外，还需要进行保护、计量等多个绕组。因此，变电站在设计中需要根据实际情况来优化选择二次侧绕组型式。对于二次侧绕组选择，还要在系统设备一览表中明确注明电流互感器的规格和型号，标记选用的电流互感器测量准确度和精度，以确保技术人员可以准确判断选用的互感器是否能满足继电保护与测量的要求。

3.2 电流互感器变比选择

电流互感器变比选择需要分以不同情况分析，若变压器只给一台大型用电设备和一台电动机进行供电，形成电力回路，那么对于电流互感器一次侧额定电流，可以根据用电设备的额定电流达到或接近互感器额定电流的三分之二时，对应选择互感器变比。而对于多种用电设备形成的供电回路，则直接按照一次側计算电流进行选择，当其电流值达到电流互感器额定电流的三分之二时，选择电流互感器变比。另外，为了特殊情况要求，则需要适当增大电流互感器的一次侧额定电流时，那么其值须要根据绕组的准确限值进行选择。对于二次侧额定电流，通常选择5A，但若供电回路中存在电动机，并且就地远距离测量电流，那么可以选择1A。因为选择1A时，电流互感器二次侧负载能力要高于5A的25倍之多。所以在不增加电缆截面的情况下，可以实现就地远距离测量电流。

3.3 电流互感器测量精度选择

由前文可知，电流是互感器绕组可以分为保护、计量以及测量绕组等，其中计量和测量归为一类。计量绕组的精度一般选用0.2级，也可以表达为0.2S，其中S是表示该电能计量是具有特殊用途的绕组，这种特殊情况是允许一次侧电流在1～100%之间变化。不同的情况采取需要不同的测量精度，计量柜回路或者需要计费的采用0.2级，而不需要内部计量的绕组则可以选用1.0级或者0.5级。对于高压变电站，其计量需要单独设置计量柜，若无法设置计量柜，则可以将测量和计量整合使用，但两者可以选用不同的精度绕组。

3.4 电流互感器准确级选择

电流互感器测量精确性一般是采用准确级来体现。准确级是在额定一种标称数值，即在额定准确限值一定时，电流互感器的一次电流下所规定的最大允许复合误差百分数。通常有10P和5P两个等级，其中10和5表示测量的精度，5P等级的测量复合误差在5%，相位误差为60°，测量电流误差为1%，P即为保护绕组。同样，10P等级的复合误差为10%，电流测量误差为3%，没有相位测量误差要求。所以设计中考虑电流保护时，可以选用10P，而在差动保护时，则需要选择5P。

电流互感器在满足复合误差要求时，其最大一次侧电流称为额定准确限值一次电流，并且该电流与电流互感器额定一次电流的比值定义为准确限值系数。实际上，电流互感器保护绕组不仅可以用准确级来表示，还可以用额定二次容量表示，并且在P后面标识出来，比如10P10、5P15等。这表示额定二次测定容量为10或者15var。通过分析，当二次侧容量大时，额定的二次负荷时的二次电流备份就越大，通过互感器变比就可以计算得到允许一次侧电流。

4 结论

经济快速发展对电力需求日益增大，我国电网规模也不断扩大，测量准确度问题逐渐开始引起人们重视。由于测量装置的更新换代，类型越来越多，导致在测量中会出现各种各样的新问题。所以，在大型变电站设计中，要科学分析测量精度问题，根据电流互感器的结构特點进行研究，优化选择电流是互感器技术参数，保证电力测量的精确性和可靠性，同时加强电能质量的监测，提高测量管理，为国家经济发展提供基本用电保障。

参考文献：

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[6]胡伟，李卿，彭欣.关于电流互感器设计选择时应注意的问题[C]//2011年云南电力技术论坛论文集（入选部分），2011.

作者简介：

陈明辉（1984- ），男，甘肃庆阳人，本科，中石化第五建设有限公司，工程师，研究方向：石油化工领域变电站内电气调试技术。

刘刚（1984- ），男，陕西绥德人，本科，中石化第五建设有限公司，工程师，研究方向：石油化工领域电气安装技术及变电所电气设备一次、二次调试技术。