厲榮杰，李璨，喬凱

(國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東　濟南　250000)

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電流互感器繞組特性與配置論述

厲榮杰，李璨，喬凱

(國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東濟南250000)

電力系統(tǒng)電流互感器起到變流和電氣隔離的作用，是電力系統(tǒng)中測量儀表、繼電保護等二次設(shè)備獲取電氣一次回路電流信息的傳感器，正確的選擇和配置電流互感器繞組是確保測量及計量裝置準(zhǔn)確度、保護裝置正確動作的前提?；诖?，介紹了測量及計量用電流互感器繞組、繼電保護用電流互感器繞組、電流互感器繞組暫態(tài)特性以及通過一起實際案例分析了繞組選取的方法。

電流互感器;繞組;繼電保護;暫態(tài)

1　引言

電力系統(tǒng)的一次電壓比較高、電流比較大，而且運行的額定參數(shù)不同，對一次系統(tǒng)進(jìn)行測量、控制的儀器儀表及保護裝置無法直接接入一次系統(tǒng)，一次系統(tǒng)的大電流需要經(jīng)過電流互感器進(jìn)行隔離，使二次繼電保護、自動裝置和測量儀表能夠安全準(zhǔn)確地獲取電氣一次回路電流信息[1-5]。

正確的選擇和配置電流互感器型號、參數(shù)、繞組，將繼電保護、自動裝置和測量儀表等接入合適的二次側(cè)，嚴(yán)格按技術(shù)規(guī)程與保護原理連接電流互感器二次回路，對繼電保護等設(shè)備正常運行、確保電網(wǎng)安全意義重大[6-9]。

基于此，本文重點介紹了測量及計量用電流互感器繞組、繼電保護用電流互感器繞組、電流互感器繞組暫態(tài)特性以及通過一起實際案例分析了繞組選取的方法。

2　測量及計量用電流互感器繞組

在我國電力系統(tǒng)目前運行的電流互感器中，測量及計量用電流互感器的準(zhǔn)確度等級分為0.1、0.2、0.5、1、3、5六個標(biāo)準(zhǔn)，這是一個相對誤差標(biāo)準(zhǔn)，其中0.1～1的四個標(biāo)準(zhǔn)的二次負(fù)荷在額定負(fù)荷的25%～100%間，3、5兩個標(biāo)準(zhǔn)其二次負(fù)荷在額定負(fù)荷的50%～100%間，否則準(zhǔn)確度不能滿足要求。如果應(yīng)用在負(fù)荷變化范圍大的系統(tǒng)中，且準(zhǔn)確度要求較高，一般選取經(jīng)補償?shù)?.2S和0.5S型電流互感器，該類型的互感器在1%～120%負(fù)荷范圍內(nèi)均能滿足準(zhǔn)確度要求。測量及計量用電流互感器除有準(zhǔn)確度要求外，還有角差要求。

3　繼電保護用電流互感器繞組

繼電保護用電流互感器繞組的準(zhǔn)確度要求一般沒有測量及計量用的高，其側(cè)重點不同，不僅要求在額定電流下誤差不超過規(guī)定值，而且要求在故障電流時也要有較高的變流特性，所以在故障電流下，誤差也不超過規(guī)定值。繼電保護用電流互感器的準(zhǔn)確性能要求可分為兩類：

(1)要求在給定短路電流下的復(fù)合誤差不超過規(guī)定值。P類及PR類電流互感器一般用εPM表示誤差等級，如5P15，其含義是在15倍額定電流下的短路電流時，其誤差滿足5%的要求，式中ε是準(zhǔn)確度等級，M是保證準(zhǔn)確度的允許最大短路電流倍數(shù)。在國標(biāo)中，規(guī)定了5P、10P兩個準(zhǔn)確度。

(2)要求對電流互感器的勵磁特性做出規(guī)定。適用于PX類電流互感器。

4　電流互感器繞組暫態(tài)特性

電力系統(tǒng)發(fā)生故障時都伴隨著電流迅速、大幅度的變化，故障電流中含有大量的直流分量與高次諧波分量，這種暫態(tài)過程在故障瞬間最為嚴(yán)重，并呈現(xiàn)衰減狀態(tài)，這就要求電流互感器要有較好的暫態(tài)特性，否則就無法準(zhǔn)確地進(jìn)行電流變換，嚴(yán)重時會導(dǎo)致電流互感器飽和，引起保護拒動或誤動。不同容量的系統(tǒng)有不同大小的暫態(tài)過程，暫態(tài)過程的大小與持續(xù)時間是由系統(tǒng)的時間常數(shù)決定的。系統(tǒng)容量越大，時間常數(shù)就會越大，直流分量與高次諧波分量衰減就會越慢，故障電流的暫態(tài)過程就會越長。因此，系統(tǒng)容量越大，短路電流就會越大，導(dǎo)致暫態(tài)過程越嚴(yán)重，不同容量的系統(tǒng)要選取不同暫態(tài)特性的電流互感器。

通常情況下，P類電流互感器繞組僅考慮在穩(wěn)態(tài)故障電流下確保有規(guī)定的準(zhǔn)確度，TP類電流互感器繞組則能滿足暫態(tài)特性條件下規(guī)定的準(zhǔn)確度，兩類電流互感器繞組相比，TP類具有較好的抗飽和性能，一般在制造過程中通過增加鐵芯截面積或在鐵芯中加入非磁性間隙等方法來改變磁路特性。按照磁路改變程度，可分為TPS、TPX、TPY、TPZ四種等級的暫態(tài)型電流互感器繞組。

目前，500kV線路保護中，一般選用TPY級暫態(tài)電流互感器，此類電流互感器，在鐵芯中設(shè)置一定的非磁性間隙，實際非磁性間隙長度與鐵芯磁路長度比大于0.1%，剩磁通不超過飽和磁通的10%，由于限制了剩磁通，TPY級繞組適用于雙循環(huán)和重合閘情況，適用于帶重合閘的線路保護，但由于磁阻、儲能、磁通變化量的不同，因而二次回路的電流值較高且持續(xù)時間較長，不宜用于斷路器失靈保護。

5　繞組選取與實例分析

以一起實際案例來分析電流互感器繞組的選取方法：在某500kV變電站中，500kV設(shè)備采用二分之三接線方式，500kV母線、斷路器、電流互感器繞組分布如圖1所示，電流互感器繞組斷路器側(cè)為P1，從P1～P2依次為1S～8S，電流互感器繞組準(zhǔn)確級如表1所示。

表1　電流互感器繞組準(zhǔn)確級

圖1　電流互感器繞組分布示例

如圖1中所示的電流互感器繞組分布，計量裝置對電流準(zhǔn)確度要求最高，接0.2S的繞組，測量裝置回路可接0.5S的繞組。保護裝置對準(zhǔn)確度要求不高，保護用繞組應(yīng)根據(jù)繼電保護原理、繞組特性與保護范圍選擇接入位置，確保保護裝置不誤動、拒動，保護范圍沒有死區(qū)，5P15繞組是在15倍額定電流下的短路電流時，其誤差也不超過規(guī)定值，因此，斷路器保護接入此類繞組。

TPY級繞組適用于雙循環(huán)和重合閘情況，適用于帶重合閘的線路保護，在該500kV變電站中，線路保護與母線保護接入TPY級繞組。為確保保護范圍沒有死區(qū)，線路保護與母線保護范圍應(yīng)有交叉、重疊，線路保護接入第四個繞組，母線保護接入第五個繞組，如圖2所示，任意一點發(fā)生故障，都有保護可靠切除。

圖2　保護范圍有交叉示意圖

在該500kV變電站中，某500kV電流互感器在制造過程中，內(nèi)部二次繞組實際排序與產(chǎn)品銘牌不符，銘牌標(biāo)注從P2～P1依次為8S～1S，如表1所示，但電流互感器內(nèi)部實際布置為P2～P1依次為1S～8S。在繼電保護裝置二次回路接入時，按照設(shè)計，線路保護接入第四個繞組，母線保護接入第五個繞組，但由于電流互感器內(nèi)部二次繞組排反，導(dǎo)致線路保護與母線保護范圍沒有形成交叉。如圖3所示，在第四個繞組與第五個繞組之間發(fā)生故障時，既不在線路保護范圍內(nèi)，也不在母線保護范圍內(nèi)，故障只能靠遠(yuǎn)后備保護切除，擴大停電范圍。

圖3　保護范圍無交叉示意圖

6　總結(jié)

電力系統(tǒng)電流互感器起到電氣隔離的作用，使二次設(shè)備能夠安全準(zhǔn)確地獲取電氣一次回路電流信息，正確的選擇、配置電流互感器繞組能夠確保測量及計量裝置準(zhǔn)確度、保護裝置正確動作，有利于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

[1]袁季修，盛和樂，吳聚業(yè).保護用電流互感器應(yīng)用指南[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2]郭志忠.電子式電流互感器研究評述[J].繼電器，2005，33(14)：11-14.

[3]王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護原理與應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2002.

[4]國家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護實用技術(shù)問答[M].2版.北京：中國電力出版社，2000.

[5]陳麗，李佳琦，賈清泉，等.一種電流互感器飽和誤差補償算法研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37(4):41-44.

[6]張慶偉，譚建成.基于導(dǎo)數(shù)法的電流互感器飽和新判據(jù)[J].繼電器，2005，33(3)：21-25.

[7]尹其云.對當(dāng)前繼電保護運行方面幾個問題的分析[J].電力系統(tǒng)自動化，1999，23( 3 )：1-3.

[8]黃鸝，何奔騰.電流互感器飽和對距離保護的影響[J].繼電器，2004，32(12)：16-20.

[9]賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護原理[M].北京：水利電力出版社，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

厲榮杰(1978- )，本科，主要從事變電檢修管理的工作；

李璨(1989-)，男，碩士，主要從事二次檢修的工作；

喬凱(1986-)，男，本科，主要從事二次檢修的工作。