天津市市政工程设计研究院 天津 300392
摘要：依据相关规范，总结归纳了电流互感器的选择方法，并对电流互感器的性能计算示例进行了分析。
关键字：电流互感器；选型；性能计算
Selection of Current Transformers
Yu Tao
(Tianjin Municipal Engineering Design & Research Institute)
Abstract: Based on related codes, the method of selecting current transformers is summarized, and the illustrations for performance calculation of the current transformer are analyzed.
Keywords: Current Transformer, Type selection, Performance Calculation
引言
电流互感器是电力系统中的重要电气设备，是联系一次设备和二次设备的桥梁。其作用是将交流大电流转换成1A或5A的小电流，提供给保护或测量装置。电流互感器根据其用途不同，可分为测量用电流互感器和继电保护用电流互感器。本文以规范为依据，总结归纳了不同类型电流互感器的参数选择方法。
1 测量用电流互感器
（1）准确级的选择。
理想的电流互感器模型，其一次电流与二次电流之间是线性关系，其比值为一次绕组和二次绕组的匝数比。但实际上，由于电流互感器本身损耗及磁饱和等不可避免的因素，一次电流和二次电流不会严格呈线性关系，电流互感器存在比值差和相位差。比值差是指归算至一次侧的二次电流测量值与一次电流的差值对一次电流的百分数；相位差是二次电流相量旋转180°后与一次电流相量之间的夹角[1]。
标准准确级有0.1级、0.2级、0.5级、1级、3级、5级、0.2S级和0.5S级。规程DL/T866-2015对不同准确级的误差限制做了详细规定。测量用电流互感器的准确级应在标准准确级中选择，对工作电流变化范围较大的回路，应选用S级电流互感器[2]。
（2）额定参数的选择[3]
测量用电流互感器额定一次电流应接近单不低于一次回路最大负荷电流，对于直接起动电动机的测量仪表用电流互感器额定一次电流，可按1.5倍电动机额定电流选择。电能计量用电流互感器工作电流宜大于其额定值的60%，且不应小于30%，对S级则不应小于20%。二次电流可选用5A或1A。
为避免当系统故障电流过大时，二次仪表受到大电流冲击而损坏，测量用电流互感器宜具有仪表保安限值，仪表保安系数宜选择10，也可选择5。
测量用电流互感器二次负荷计算应包括仪表电流线圈的阻抗、连接导线阻抗及接触电阻。计算中应考虑仪表接线及连接线的阻抗换算系数。
2 保护用电流互感器[2] [4]
（1）类型选择
保护用电流互感器可根据是否具有暂态特性分为P级和TP级。220kV及以下系统保护用电流互感器宜采用P级，对剩磁有要求时可采用PR级。当电流互感器需满足暂态误差要求时，应选用TP级电流互感器，例如300MW级~1000MW级发电机变压器组差动保护用电流互感器、330kV~1000kV系统线路保护用电流互感器、高压侧为330kV~1000kV的主变差动保护用电流互感器、500kV~1000kV母线保护用电流互感器宜采用YPY级。
（2）参数选择
主变高压侧为直接接地系统时，中性点零序电流互感器额定一次电流应满足继电保护整定值要求；变压器中性点放电间隙零序电流互感器额定一次电流宜取100A；自耦变零序差动保护用电流互感器，各侧变比应一致，可按中压侧额定电流选择；3kV~35kV变压器回路电流互感器额定一次电流可取1.5倍变压器额定电流。二次电流宜选用1A，300MW级以上发电机回路电流互感器额定二次电流宜选用5A，目的是为避免二次线圈匝数过多，电阻过大，从而造成严重发热。
P级和PR级电流互感器准确限值系数Kalf应大于KKpcf，电流互感器额定二次负荷应大于实际二次负荷。当准确限值系数和二次负荷不满足要求时，可按二次极限电势验算。K为给定暂态系数，220kV系统不宜小于2,110kV系统不宜小于1.5。Kpcf为保护校验系数，其值等于保护校验电流Ipcf和额定一次电流Ipr之比。保护校验电流Ipcf根据情况选取短路电流或保护整定值。
TP电流互感器额定等效二次极限电势应大于保护要求的等效二次极限感应电势。计算二次极限电势用到的参数概念如下：额定对称短路电流倍数Kssc是额定一次短路电流Ipcs和额定一次电流Ipr之比。暂态系数Ktf是在工作循环中，规定时间点的二次匝链磁通（包含直流分量）与其交流分量峰值之比。暂态面积系数Ktd是指对一次短路电流直流分量引起二次匝链磁通增加所应考虑的尺寸设计系数。Ktf定义为时间函数，Ktd则是确定的设计参数。
规程DL/T866-2015在条文说明的算例中，给出了选择K及Ipcf的几种不同情况：
1、发电机差动保护用电流互感器计算示例中，暂态系数分别选用暂态面积系数Ktd和给定暂态系数K，计算结果发现选用Ktd计算时，选择的电流互感器体积和重量过大；选用K计算选择的电流互感器在一定时间即开始饱和，此时应要求保护装置具有必要的制动特性。保护校验电流选择的是高压侧短路电流，该示例中将保护校验系数Kpcf写成了额定对称短路电流倍数Kssc，可能是认为保护校验电流Ipcf选用短路电流时，可以将Ipcf等同于额定一次短路电流Ipcs，从而Kpcf可以等同于Kssc，也有可能只是误将Kpcf写成了Kssc，因为规程DL/T866-2015第10.3.3条提到Kssc可由制造部门提供的规范或铭牌中查出，GB16847给出了额定对称短路电流倍数的标准值，且推荐10、15、20为优先值，可见算例中计算出来的2.82应该是Kpcf，而不应该是Kssc。
2、220kV线路保护用电流互感器计算示例中，保护校验电流选择距离保护第一段末端短路电流和出口短路电流。按末端电流校验时，应保证额定二次极限电势大于实际二次极限电势，计算实际二次极限电势时，应考虑暂态饱和影响，即乘以系数K。按出口短路电流校验时，计算实际二次感应电势并没有乘以暂态系数K，因为出口短路电流大，若考虑暂态磁饱和影响，则计算出的二次感应电势过大，从而选择准确限值系数Kalf过大，当不考虑暂态系数K时，实际测量的二次电流会因为磁饱和而减小，测量的故障点比实际故障点远，但只要测量值在第一段范围内，保护即可正确动作，所以当保护校验故障电流选在保护安装点近处时，应允许互感器误差超出规定值，但应保证保护装置动作的可靠性和快速性。
3、母线保护电流互感器计算示例中，保护校验电流选用的是通过电流互感器的最大短路电流。暂态系数选择条件是要求故障8ms前，电流互感器保持不饱和，即保持线性。
4、低压变压器电流互感器计算示例中，保护校验电流选用的是保护整定值，算例中忽略了暂态影响，并未出现暂态系数。
由以上算例可以看出，稳态性能和暂态性能的计算参数并没有严格的区分。P级和PR级电流互感器稳态性能计算时，给定暂态系数K的作用是考虑暂态磁饱和的影响，TP级电流互感器暂态性能计算时，暂态面积系数Ktd是考虑直流分量引起磁通增加时，为了使铁芯不饱和而增大尺寸的设计系数。Ktd是根据消除暂态影响的实际需要，计算出来的设计系数，可能会比较大，K是用户给定的值，比较小，用K校验选择互感器的准确限值系数Kalf，互感器会在一定时间内饱和，需要根据要求饱和出现的时间来校验选定的暂态系数是否合适，这就是算例3的思路。
参考文献：
[1]姚春球.发电厂电气部分[M].北京：中国电力出版社，2013
[2]电流互感器及电压互感器选择及计算规程（DL/T866-2015)[S].北京：中国计划出版社，2015
[3]电力装置电测量仪表装置技术规范（DL/T50063-2017)[S].北京：中国计划出版社，2017
[4]互感器第2部分：电流互感器的补充技术要求（GB20840.2-2014)[S].北京：中国标准出版社，2014