陳明輝　劉剛

摘 要：電流互感器是變電站設(shè)計中必備的部件，其主要用途是將一次側(cè)大電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的0～1A或0～5A電流，從而可以保證測量儀表或者用電裝置輸入端穩(wěn)定，即通過電流互感器使得測量儀表或則保護(hù)裝置輸入?yún)?shù)統(tǒng)一，能夠正常發(fā)揮作用而不被破壞。變電站設(shè)計中，必須要選擇合理的電流互感器的規(guī)格、精度等參數(shù)，否則將會導(dǎo)致電氣事故。本文基于對變電站中電流互感器基本分析，闡述內(nèi)部構(gòu)造和和常見誤差，然后再深入分析電流互感器選擇問題，逐一討論了電流互感器的二次側(cè)繞組、變比、測量精度以及準(zhǔn)確等級選擇等問題，以期為今后電氣人員在變電站設(shè)計中電流互感器選擇提供翔實的基礎(chǔ)指導(dǎo)信息。

關(guān)鍵詞：電流互感器;變電站;測量精度

1 引言

互感器是變電站中重要的設(shè)備，精度高的電流互感器其響應(yīng)性能也較好，則能夠發(fā)揮巨大的作用，電流互感器直接影響著繼電設(shè)備執(zhí)行動作。但是目前國內(nèi)多數(shù)電流互感器的測量線圈由于偏心問題嚴(yán)重，導(dǎo)致在實際測量中，其準(zhǔn)確性和精度并不高，導(dǎo)致設(shè)備實時響應(yīng)性能出問題。而變電站中又不可缺少這種設(shè)備，所以在設(shè)計中要合理選擇電流互感器，通過詳細(xì)了解設(shè)計需求和電流互感器基本構(gòu)造原理，進(jìn)一步優(yōu)化電流互感器設(shè)計和參數(shù)選擇，從而實現(xiàn)改變電流互感器的測量精度。本文將詳細(xì)討論常見電流互感器的內(nèi)部構(gòu)造問題，分析可能存在的誤差問題，然后重點討論了電流互感器的關(guān)鍵參數(shù)，以實現(xiàn)電流互感器的優(yōu)化選擇工作，提高電流互感器測量精度，改善當(dāng)前設(shè)備的實時響應(yīng)性能。

2 變電站中電流互感器基本分析

2.1 互感器基本構(gòu)造

電流互感器一般是由1～2匝繞組構(gòu)成，應(yīng)用在電氣設(shè)備中以一次設(shè)備進(jìn)出導(dǎo)線為主。但是隨著技術(shù)發(fā)展，目前開始采用二次繞組，其結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，匝數(shù)也較多，并且二次定額電流一般為5A或1A。比如，當(dāng)某個電流互感器的變比參數(shù)為1250/5時，那么為了達(dá)到同樣的效果，一次繞組為1匝時，對應(yīng)的二次繞組則為250匝。

2.2 誤差原因分析

電流互感器內(nèi)部的鐵芯在互感器工作時還存在勵磁電流，這種電流會導(dǎo)致鐵芯產(chǎn)生勵磁阻抗，這種阻抗是一種電抗，但是若進(jìn)行二次負(fù)載，那么工作中則產(chǎn)生的是阻抗。鑒于此，在二次電動勢的影響下，經(jīng)過不同電阻的電流幅值和相位均不同。通過研究電流互感器的角誤差和等值回路發(fā)現(xiàn)以下誤差：若電流互感器的二次負(fù)載為純電阻，則導(dǎo)致角誤差較大。若二次負(fù)載為純電感時，則不會產(chǎn)生角誤差。另外，勵磁阻抗一定時，會使二次阻抗變大，繼而導(dǎo)致電流互感器比誤差變大;而二次阻抗一定時，則勵磁阻抗變小，也會導(dǎo)致比誤差變大。整體來看，在實際應(yīng)用中，必須要保證電流互感器的角度誤差不超過7°，幅值誤差不超過10%。

3 電流互感器選擇有關(guān)問題分析

3.1 電流互感器二次側(cè)繞組選擇

通過前文分析可知，電流互感器有一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組類型。在選擇二次側(cè)方式時，要滿足一次側(cè)額定電流和電壓的要求，同時二次側(cè)必須滿足繼電保護(hù)和測量的需求。電流互感器的二次側(cè)具有三種繞組方式，對應(yīng)三種不同的功能，分別為測量、保護(hù)、計量等。若在實際過程中需要差動保護(hù)，則還要增加一組繞組來實現(xiàn)差動保護(hù)。安裝在計量貴重的電流互感器可以只選用計量繞組就可。低壓配電系統(tǒng)，如220V/380V，采用低壓熔斷器和斷路器保護(hù)，所以該電力系統(tǒng)中選擇二次側(cè)繞組可以只考慮測量繞組。而在高、中壓供配電系統(tǒng)中，需要采取繼電保護(hù)裝置實現(xiàn)電路保護(hù)，所以在這種電力系統(tǒng)中，二次側(cè)繞組除了采取測量繞組之外，還需要進(jìn)行保護(hù)、計量等多個繞組。因此，變電站在設(shè)計中需要根據(jù)實際情況來優(yōu)化選擇二次側(cè)繞組型式。對于二次側(cè)繞組選擇，還要在系統(tǒng)設(shè)備一覽表中明確注明電流互感器的規(guī)格和型號，標(biāo)記選用的電流互感器測量準(zhǔn)確度和精度，以確保技術(shù)人員可以準(zhǔn)確判斷選用的互感器是否能滿足繼電保護(hù)與測量的要求。

3.2 電流互感器變比選擇

電流互感器變比選擇需要分以不同情況分析，若變壓器只給一臺大型用電設(shè)備和一臺電動機(jī)進(jìn)行供電，形成電力回路，那么對于電流互感器一次側(cè)額定電流，可以根據(jù)用電設(shè)備的額定電流達(dá)到或接近互感器額定電流的三分之二時，對應(yīng)選擇互感器變比。而對于多種用電設(shè)備形成的供電回路，則直接按照一次側(cè)計算電流進(jìn)行選擇，當(dāng)其電流值達(dá)到電流互感器額定電流的三分之二時，選擇電流互感器變比。另外，為了特殊情況要求，則需要適當(dāng)增大電流互感器的一次側(cè)額定電流時，那么其值須要根據(jù)繞組的準(zhǔn)確限值進(jìn)行選擇。對于二次側(cè)額定電流，通常選擇5A，但若供電回路中存在電動機(jī)，并且就地遠(yuǎn)距離測量電流，那么可以選擇1A。因為選擇1A時，電流互感器二次側(cè)負(fù)載能力要高于5A的25倍之多。所以在不增加電纜截面的情況下，可以實現(xiàn)就地遠(yuǎn)距離測量電流。

3.3 電流互感器測量精度選擇

由前文可知，電流是互感器繞組可以分為保護(hù)、計量以及測量繞組等，其中計量和測量歸為一類。計量繞組的精度一般選用0.2級，也可以表達(dá)為0.2S，其中S是表示該電能計量是具有特殊用途的繞組，這種特殊情況是允許一次側(cè)電流在1～100%之間變化。不同的情況采取需要不同的測量精度，計量柜回路或者需要計費(fèi)的采用0.2級，而不需要內(nèi)部計量的繞組則可以選用1.0級或者0.5級。對于高壓變電站，其計量需要單獨(dú)設(shè)置計量柜，若無法設(shè)置計量柜，則可以將測量和計量整合使用，但兩者可以選用不同的精度繞組。

3.4 電流互感器準(zhǔn)確級選擇

電流互感器測量精確性一般是采用準(zhǔn)確級來體現(xiàn)。準(zhǔn)確級是在額定一種標(biāo)稱數(shù)值，即在額定準(zhǔn)確限值一定時，電流互感器的一次電流下所規(guī)定的最大允許復(fù)合誤差百分?jǐn)?shù)。通常有10P和5P兩個等級，其中10和5表示測量的精度，5P等級的測量復(fù)合誤差在5%，相位誤差為60°，測量電流誤差為1%，P即為保護(hù)繞組。同樣，10P等級的復(fù)合誤差為10%，電流測量誤差為3%，沒有相位測量誤差要求。所以設(shè)計中考慮電流保護(hù)時，可以選用10P，而在差動保護(hù)時，則需要選擇5P。

電流互感器在滿足復(fù)合誤差要求時，其最大一次側(cè)電流稱為額定準(zhǔn)確限值一次電流，并且該電流與電流互感器額定一次電流的比值定義為準(zhǔn)確限值系數(shù)。實際上，電流互感器保護(hù)繞組不僅可以用準(zhǔn)確級來表示，還可以用額定二次容量表示，并且在P后面標(biāo)識出來，比如10P10、5P15等。這表示額定二次測定容量為10或者15var。通過分析，當(dāng)二次側(cè)容量大時，額定的二次負(fù)荷時的二次電流備份就越大，通過互感器變比就可以計算得到允許一次側(cè)電流。

4 結(jié)論

經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對電力需求日益增大，我國電網(wǎng)規(guī)模也不斷擴(kuò)大，測量準(zhǔn)確度問題逐漸開始引起人們重視。由于測量裝置的更新?lián)Q代，類型越來越多，導(dǎo)致在測量中會出現(xiàn)各種各樣的新問題。所以，在大型變電站設(shè)計中，要科學(xué)分析測量精度問題，根據(jù)電流互感器的結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行研究，優(yōu)化選擇電流是互感器技術(shù)參數(shù)，保證電力測量的精確性和可靠性，同時加強(qiáng)電能質(zhì)量的監(jiān)測，提高測量管理，為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供基本用電保障。

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作者簡介：

陳明輝（1984- ），男，甘肅慶陽人，本科，中石化第五建設(shè)有限公司，工程師，研究方向：石油化工領(lǐng)域變電站內(nèi)電氣調(diào)試技術(shù)。

劉剛（1984- ），男，陜西綏德人，本科，中石化第五建設(shè)有限公司，工程師，研究方向：石油化工領(lǐng)域電氣安裝技術(shù)及變電所電氣設(shè)備一次、二次調(diào)試技術(shù)。