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1、/目目 录录第一章第一章 电流互感器电流互感器.11 电流互感器概述电流互感器概述.12 电流互感器的额定值电流互感器的额定值.13 电流互感器基本特性电流互感器基本特性.24 电流互感器参数选择原则电流互感器参数选择原则.65 高压系统保护用电流互感器参数选择高压系统保护用电流互感器参数选择.156 中压系统保护用电流互感器参数选择中压系统保护用电流互感器参数选择.317 300MW 600MW 火力发电机组电流互感器型式和参数选择火力发电机组电流互感器型式和参数选择 .408 1000MW 发电机变压器组电流互感器型式和参数选择发电机变压器组电流互感器型式和参数选择.509 大型发电机组高
2、压厂用电源保护用电流互感器的选择大型发电机组高压厂用电源保护用电流互感器的选择.5710 测量用电流互感器测量用电流互感器.68第二章第二章 电压互感器电压互感器.731 电压互感器概述电压互感器概述.732 电压互感器的类型电压互感器的类型.733 高压电压互感器高压电压互感器.744 电压互感器参数选择电压互感器参数选择.765 电压互感器二次绕组选择电压互感器二次绕组选择.77附录附录 1 高压电动机差动保护用电流互感器选择高压电动机差动保护用电流互感器选择.82附录附录 2 暂态性能及计算暂态性能及计算.851. 暂态特性解析计算的基本假设暂态特性解析计算的基本假设.852. 一次短路
3、电流计算一次短路电流计算.863.短路电流及其非周期分量短路电流及其非周期分量.874.一次时间常数（一次时间常数（pT）.885.规定工作循环规定工作循环.896.二次回路时间常数（二次回路时间常数（sT）.90附录附录 3 电流互感器深度饱和时的继电保护性能研究及电流互感器选择电流互感器深度饱和时的继电保护性能研究及电流互感器选择.911 引言引言.912 试验概况试验概况.922.1 试验内容试验内容 1.922.2 试验内容试验内容 2.932.3 试验内容试验内容 3.933 大电流下影响保护的因素分析大电流下影响保护的因素分析.94/3.1 CT 特性以及过饱和系数的影响特性以及过
4、饱和系数的影响.943.2 衰减非周期分量的影响衰减非周期分量的影响.943.3 CT 二次回路负担的影响二次回路负担的影响.953.4 保护装置采样率的影响保护装置采样率的影响.963.5 保护装置内部小保护装置内部小 CT 的影响的影响.963.6 模数转换（模数转换（A/D）范围的影响）范围的影响.963.7 保护计算采用的数据窗的影响保护计算采用的数据窗的影响.973.8 保护原理的影响保护原理的影响.973.9 变压器接线方式的影响变压器接线方式的影响.973.10 保护定值及保护定值及 CT 变比的影响变比的影响.984 主要结论主要结论.995 5 可行的解决方案可行的解决方案.
5、1006 电流互感器选择条件电流互感器选择条件.1017 7 结束语结束语.102/第一章第一章 电流互感器电流互感器1 电流互感器概述电流互感器概述电流互感器（current transformer）是将一次回路的大电流成正比的变换为二次小电流以供给测量仪表、继电保护及其它类似电器。电流互感器在电网中的工作状态见下图。电网中电流互感器的工作状态 2 电流互感器的额定值电流互感器的额定值2.1 额定一次电流标准值单电流变比互感器额定一次电流标准值为：10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、75A 以及它们十进位倍数或小数，有下标线的是优先值。多电流变比互感器额定一次电流最小值
6、采用标准值。2.2 额定二次电流标准值额定二次电流标准值为 1A、5A2.3 额定连续热电流/额定连续热电流的标准值为额定一次电流。当规定连续热电流大于额定一次电流时，其优先值为额定一次电流的 120%、150%和200%。2.4 额定输出容量标准值额定输出标准值为：2.5、5、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100VA对一台互感器来说，只有一个额定输出是标准值，并满足标准准确级。其余额定输出时，可允许是非标准值，但要符合另一个标准准确级。2.5 温升限值当电流互感器一次电流等于额定连续热电流，且带有对应于额定输出负荷，其功率因数为 1 时，电流互感器温升应不超过规定限值
7、。当周围温度高于规定数值时，应将允许温升减去超过的气温值。当互感器工作地点在海拔 1000m 以上地区工作时，温升限值按每高出 100m 减去0.4（油浸式）或 0.5（干式） 。2.6 短时电流额定值凡带有固定一次绕组或导体的电流互感器应符合以下要求：（1） 额定短时热电流：在二次绕组短路情况下，电流互感器在一秒钟内承受thI住且无损伤的一次电流方均根值，以 kA 表示如下：6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100。（2） 额定动稳定电流：通常为额定短时热电流的 2.5 倍。dynI套管式电流互感器的短时热电流一般不作规定。但当变压器额定一次电流
8、小，系统短路电流很大时，应作规定。2.7 绝缘要求额定工频耐受电压、额定操作冲击耐受电压、额定雷电冲击全波电压、截断雷电冲击耐受电压、多次截断雷电冲击、局部放电量、电容量和介质损耗因数、一次绕组地屏对地绝缘性能、一次段间绝缘性能、二次绕组工频耐受电压及匝间工频耐受电压、产品外绝缘性能、无线电干扰电压性能、传递过电压、主绝缘介质等。以上绝缘要求执行 GB 1208-2006 电流互感器中的规定。3 电流互感器基本特性电流互感器基本特性3.1 电流互感器型式/按下列分类方式，可归纳为：（1） 按用途：测量用电流互感器；保护用电流互感器（2） 按电压等级：对应不同的电网电压(0.38 kV、0.6
9、kV、1 kV、3 kV、6 kV、10 kV、20 kV、35 kV、66 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV、750 kV、1000kV）下使用的电流互感器；（3） 按主绝缘介质：油纸绝缘电流互感器；树脂（户内或户外）绝缘电流互感器；气体（SF6）绝缘电流互感器；有机绝缘电流互感器；（4） 按电流变换原理：电磁式电流互感器；电子式电流互感器；（5） 按安装方式：穿心式电流互感器；支柱式电流互感器；套管式电流互感器；母线式电流互感器；（6） 按一次绕组匝数：单匝式电流互感器；多匝式电流互感器；（7） 按电流变比：单电流比电流互感器；多电流比电流互感器；多铁芯多电流比
10、电流互感器（同一台互感器具有不同变比的电流互感器） ；（8） 按二次绕组所在位置：正立式电流互感器；倒置式电流互感器；（9） 按使用条件：户内式电流互感器；户外式电流互感器；综上所述，电流互感器的型式有各种各样，但是，每一种型式互感器必须符合国家标准GB1208-2006 电流互感器要求。3.2 保护用电流互感器的类型保护用电流互感器分为两大类：（1） P 类（P 意为保护）电流互感器。包括 PR 和 PX 类。该类电流互感器的准确限值是由一次电流为稳态对称电流时的复合误差或励磁特性拐点来确定的。P 类及 PR 类电流互感器的准确级以在额定准确限值一次电流下的最大允许复合误差的百分数标称，标准
11、准确级为：5P、10P、5PR 和 10PR。P 类及 PR 类电流互感器在额定频率及额定负荷下，电流误差、相位误差和复合误差应不超过表 2-1 所列限值。表 2-1 P 类及 PR 类电流互感器误差限值额定一次电流下的相位差 准确级额定一次电流下 的电流误差mincrad额定准确限值一次电 流下的复合误差/5P，5PR10P，10PR13601.8510PR 类电流互感器剩磁系数应小于 10，有些情况下应规定值以限制复合误差。sT发电机和变压器主回路、220kV 及以上电压线路宜采用复合误差较小（波形畸变较小）的 5P 或 5PR 级电流互感器。其他回路可采用 10P 或 10PR 级电流互
12、感器。P 类及 PR 类保护用电流互感器能满足复合误差要求的准确限值系数一般可取alfK5、10、15、20 和 30。必要时，可与制造部门协商，采用更大的值。alfK（2） TP 类（TP 意为暂态保护）电流互感器。该类电流互感器的准确限值是考虑一次电流中同时具有周期分量和非周期分量，并按某种规定的暂态工作循环时的峰值误差来确定的。该类电流互感器适用于考虑短路电流中非周期分量暂态影响的情况。TP 类保护用电流互感器能满足短路电流具有非周期分量的暂态过程性能要求的保护用电流互感器。TP 类电流互感器分为以下级别并定义如下：TPS 级：低漏磁电流互感器，其性能由二次励磁特性和匝数比误差限值规定。
13、对剩磁无限制。TPX 级：准确限值规定为在指定的暂态工作循环中的峰值瞬时误差（） 。对剩磁无限制。TPY 级：准确限值规定为在指定的暂态工作循环中的峰值瞬时误差（） 。剩磁不超过饱和磁通的 10。TPZ 级：准确限值规定为在指定的二次回路时间常数下，具有最大直流偏移的单次通电时的峰值瞬时交流分量误差（） 。无直流分量误差限值要求。剩磁实际上可ac以忽略。3.3 测量用电流互感器的类型测量用电流互感器有一般用途和特殊用途（S 类）两类。测量用电流互感器的额定一次电流为保证二次电流在合适的范围内，可采用复式变比或二次带抽头的电流互感器。/工程中应根据电力系统测量和计量系统的实际需要合理选择互感器类
14、型。详细要求见 11 章节。3.4 多变比电流互感器多变比电流互感器是指在一台电流互感器上，采用一次绕组各段的串联或并联连接，或/和采用二次绕组抽头的方法，获得多种电流比的电流互感器。当电流互感器有多个二次绕组，且各二次绕组的额定电流比不同时，也称复合变比电流互感器。测量级和保护级的电流比可以不相同。（1） 一次绕组串并联方式采用一次绕组串联或并联方式，可获得两个成倍数的电流比（见图 2-18） 。例：2x600/5A ：一次绕组串联时为 600/5A；一次绕组并联时为 1200/5A。一般在 66kV及以上电压等级的电流互感器上采用。对于 35kV 及以下电压等级由于产品结构布置困难，较少采
15、用。图 2-18 一次绕组串并联方式（2） 二次绕组抽头方式二次绕组抽头理论上可以在起未端之间的任意部位，一般常用是中间抽头。图 2-19 表示在 1/3 处抽头的情况。一般二次绕组抽头方式仅用在测量用电流互感器。保护级采用抽头获得的电流比会降低保护性能，因此，保护级一般不会采用二次抽头方式获得更小的电流比。/图 2-19 二次绕组抽头方式（3） 一次绕组串并联和二次绕组抽头方式同时采用同时采用一次绕组串并联和二次绕组抽头方式可获得更多的电流比。图 2-20 一次绕组串并联和二次绕组抽头方式同时采用示例：2x600/5A：一次串并联方式；二次在 1/3 处抽头方式，获得的电流比见表2-5。表2
16、-5 多电流比的电流互感器二次绕组连接方式（在 1/3 处抽头） 一次绕组连接方式 二次绕组标志：S1-S2二次绕组标志：S2-S3二次绕组标志：S1-S3一次绕组串联200/5A400/5A600/5A一次绕组并联400/5A800/5A1200/5A4 电流互感器参数选择原则电流互感器参数选择原则/4.1 一般规定（1） 额定一次电压和电流1） 电流互感器的额定一次电压应等于或大于回路的额定一次电压。2）电流互感器的额定一次电流（）应根据其所属一次设备的额定电流或最大pnI工作电流选择，并应能承受该回路的额定连续热电流（） 、额定短时热电流（）cthIthI及动稳定电流（） 。dynI3）
17、额定一次电流的选择，应使得在额定变流比条件下的二次电流在正常运行和短路情况下，满足该回路保护装置的整定值选择性和准确性要求或满足计量及测量准确性要求。4）套管式电流互感器的额定一次电流应根据安装的电力变压器容量确定。通常取变压器容量计算出电流值的 1.01.2 倍。若要考虑到线路保护可以适当增大，并将额定一次电流修正到“GB1208 电流互感器”标准值。（2） 动稳定校验对带有一次回路导体的电流互感器需进行动稳定效验；对于一次回路导体从窗口穿过且无固定板的电流互感器可不用进行动稳定效验。电流互感器的动稳定性能通常以额定动稳定电流或动稳定倍数表示。它们dynIdK之间的关系是：（2-1）3102
18、pndyn dIIK式中： 动稳定倍数， （由制造部门提供） ；dK 额定动稳定电流（峰值） （kA） ；dynI 电流互感器额定一次电流（A） 。pnI电流互感器动稳定的校验按下式计算：（2-2）chdyniI或/ （2-3）3102pnch dIiK式中： 短路冲击电流瞬时值（kA） 。chi（3） 短时热电流校验短时热电流校验是验算互感器承受短路电流发热的能力。制造部门在产品样本中一般给出的是 1s 或 5s 热稳定电流倍数， 可按下式进行校验：thK（2-4）pnd thItQK/式中： 电流互感器热稳定电流倍数，由制造部门提供。thK 短路电流引起的热效应（） ，宜按后备保护动作时的
19、全分闸时间dQsA2确定；t 制造部门提供的短时热电流计算时间，t1s 或 5s。校验时也可按的大小对产品的热稳定进行比较，特别是不同产品 t 采用不同tIth2值时。当互感器绕组可串、并联切换时，应按其接线状态下的实际短路电流进行校验。thI当动热稳定不够时，例如有时因回路工作电流较小，则可选择额定电流较大的电流互感器，增大变流比。若测量用电流表读数太小时，可采用复式变比或二次带抽头电流互感器。（4） 机械荷载机械荷载校验是校验电流互感器出线端承受导体的静荷载力和短路时电动力不超过设备的允许值。1） 静荷载设备最高电压 72.5kV 及以上的电流互感器，其一次绕组接线端子的垂直和水平方向应能
20、承受表 2-6 所规定的静态试验荷载。表 2-6 静态承受试验荷载/静态承试验受荷载 （N）设备最高电压 （kV） I 类II 类荷载72.51250250012620003000242 和 36325004000550 40006000注：1. 在日常运行条件下，作用荷载的总和应不超过规定的承受试验荷载的 50%。2. 电流互感器应能承受很少出现的急剧动态荷载（例如：短路） ，它不超过 1.4 倍静态承受荷载。 3. 在某些应用中，可能需要一次端子具有防旋转的能力，试验时施加的力矩值应由制造方与用户协商 确定。上表中数值包含由于风和结冰而引起的荷载。按导线机械计算方法，计算出电流互感器端子承
21、受导体的拉力，不超过厂家提供的静荷载数据。具体计算方法见电力工程电气设计手册中“导线实用力学计算”部分。2） 短路荷载a） 硬导体短路电动力计算电流互感器与硬导体连接时，其校验公式与支柱绝缘子相同，即：（2-5）12 max1076. 1aliFm ch221lllm式中： 电流互感器端子承受的电动力，NmaxF 回路相间距离，cm；a 计算长度，cm；ml 电流互感器出线端部至最近一个母线支柱绝缘子的距离，cm；1l 电流互感器两端瓷帽的距离， （当电流互感器为非母线式瓷绝缘时，2l） ，cm。02l有的产品样本未标明出线端部允许作用力，而只给出动稳定倍数。一般是dKdK在相间距离为 40c
22、m，计算长度为 50cm 的条件下取得的。此时，可按下式进行校验：（2-6）31024050pnchmdIi laK/b） 软导线短路电动力计算电流互感器与软导线连接时，电动力计算方法见电力工程电气设计手册中“软导线和组合导线短路摇摆计算”部分的有关内容。（5） 额定二次电流和负荷1）电流互感器额定二次电流（）有 1A 和 5A 两类。snI2）对于新建发电厂和变电所，有条件时电流互感器额定二次电流宜选用 1A。如有利于电流互感器安装或扩建工程原有电流互感器采用 5A 时，额定二次电流可选用5A。3）一个厂站内的电流互感器额定二次电流允许同时采用 1A 和 5A。4）保护用电流互感器的准确级和
23、允许极限电流，都与二次负荷有关，需要合理选择二次负荷额定值并进行相应的验算。电流互感器二次负荷可用阻抗()或容量bZ(VA)表示。二者之间的关系为：bS（2-7）2 snb bISZ 当电流互感器额定二次电流为 5A 时，数值，当电流互感器额定二次snIbbZS25电流为 1A 时，。snIbbZS 5）由于电子式仪表和微机继电保护的普遍应用，互感器额定二次电流广泛采用1A，以及保护和控制下放就地等因素，二次回路负荷大大降低，相应的电流互感器二次负荷也宜选用较低的额定值，以便降低造价和改善其结构及性能（如采用倒置式结构） 。4.2 决定电流互感器电流比的因素电流互感器的电流比是由额定一次电流和
24、额定二次电流构成。电流比必须保证在规定的电力负荷下满足测量（及计量） 、保护及动热稳定的要求。（1） 测量级对额定一次电流的要求测量或计量用电流互感器要求在正常工作范围内保证规定的准确度，尤其对关口点计量的电流互感器更应准确计量。为此，必须确定额定一次电流尽量接近正常的电力负荷电流，并保证互感器应满足仪表保安电流的要求（当采用常规仪表时） 。（2） 保护级对额定一次电流的要求/继电保护用电流互感器，要求在额定一次电流和准确限值电流下，满足规定的误差限值要求。作为保护更为关注在准确限值一次电流时，准确地输出符合要求（5P 级复合误差5%；10P 级复合误差10%）的二次电流，保证保护装置正确可靠
25、动作。为此，当准确限值电流确定条件下，互感器的额定一次电流选得越大，准确限值系数越小，产品易制造。（3） 电力负荷变化对额定一次电流的影响1) 变电所（升压站）设计的实际电力负荷与远景负荷相差悬殊：若按远景负荷确定互感器的额定一次电流，保护级按远景负荷确定的的额定一次电流，可满足保护功能的要求，但互感器的测量级不能满足近期实际负荷的准确计量。2) 特殊负荷：例电气化铁路、轧钢等的电力线，一般电流互感器额定一次电流按短时最大的负荷确定，而在正常工作情况下通过电流互感器的电流很小，无法满足准确计量的要求。3) 系统间联络线，负荷不固定：互感器的额定一次电流按最大负荷电流或输电线路、断路器的额定电流
26、确定，因而电流互感器不可能满足在负荷变化的全范围内准确级要求。当电力负荷变化范围太大时，若按最大负荷确定为额定一次电流，可满足保护级功能要求，但互感器测量级无法对最小负荷进行准确计量。反之，若按最小负荷确定为额定一次电流，测量级可准确计量最小的电力负荷，但对最大电力负荷时的计量必须要选用具有“电流扩大值”为 200%、300%等的电流互感器。对于保护级在最大电力负荷时要发挥保护功能，必须有很大的准确限值系数，这会给互感器制造带来困难。所以在电力负荷变化范围时测量级和保护级的要求是矛盾的，应采用多变比的电流互感器。（4） 额定二次电流由以下因素决定额定二次电流有两种：5A、1A。在 110kV
27、及其以下电压等级，可以采用二次电流为 5A 或 1A。一般在 220kV 及其以上电压等级的电流互感器，推荐采用二次电流为1A。4.3 多变比电流互感器参数的选择原则（1） 电力负荷较稳定时当电力负荷较稳定，变化范围不大时，采用单一电流比的电流互感器。额定一次电流宜取回路负荷电流的 1.52.0 倍。/（2） 电力负荷变化时当电力负荷变化范围大时，宜采用多变比的电流互感器，一次绕组采用串并联方式，测量用电流互感器带 S 级，其电流比选较小值，并且在二次绕组抽头。保护级用最大的电流比（二次绕组不抽头） 。示例：技术参数 2x600/5A：测量级：2x(200、400、600)/5A；0.2S 级
28、；输出容量：抽头为 30VA；满匝为50VA。保护级：2x600/5A：5P20；50VA。制造方案：一次绕组串并联；测量级为 0.2S 级并在二次绕组的三分之一处抽头；保护级二次绕组不抽头。 多电流比电流互感器连接方式时的性能见表 2-7。/表表2- -7 多多电电流流比比电电流流互互感感器器连连接接方方式式时时性性能能负荷电流误差限值准 确 级一次 连接 方式二次 标志额定值%电流值 A比差相位差性能说明(20%120%)x200A402400.2%10 5%x200A100.35%15 S1 S21%x200A20.75%30 (20%120%)x400A804800.2%10 5%x4
29、00A200.35%15 S2 S31%x400A40.75%30 (20%120%)x600A1207200.2%10 5%x600A300.35%15 测 量 级一次 绕组 串联S1 S31%x600A60.75%30 一次绕组串 联时，电力 负荷在 40720A 的范围内， 能保证电流 互感器达到 比差0.2% 相位差 10。(20%120%)x400A804800.2%10 5%x400A200.35%15 S1 S21%x400A40.75%30 (20%120%)x800A1609600.2%10 5%x800A400.35%15 S2 S31%x800A80.75%30 (20%
30、120%) x1200A24014400.2%10 5%x1200A600.35%15 测 量 级一次 绕组 并联S1 S31%x1200A120.75%30 一次绕组并 联时，电力 负荷在 801440A 的范围内， 能保证电流 互感器达到 比差0.2% 相位差 10。一次 串联S1 S2(100%120%) x600A60012001.0%60 保 护 级一次 并联S1 S2(100%120%) x1200A1200240 01.0%60 （3） 一次绕组串并联方式的电流互感器选用一次绕组串并联方式的电流互感器，要考虑到产品短路电流稳态性能。一次绕组串联方式的动稳定电流接近并联方式的一半，
31、换句话说，一次绕组并联的动稳定电流是串联方式的两倍。所以，在确定多电流比电流互感器的短路性能时应/按一次绕组串联方式的性能为依据，确定电流互感器的短路稳定性能。多电流比的电流互感器，二次绕组抽头方式与产品的动热稳定性能无关，但与二次绕组的电流密度有关，应保证在额定短时热电流时二次绕组的电流密度不超过180A/mm2（铜线） ；120A/mm2（铝线） 。（4） 二次绕组抽头方式的电流互感器选用二次绕组抽头方式的电流互感器，要考虑输出容量问题。二次绕组抽头（抽头值为分之一，为 10 内的整数）时的输出容量，满匝KK1S时的额定输出容量，两者关系为：nS（2-8）nSKS2 1)1(例：在二分之一处抽头，则，即为满匝时的四分之一。一般抽头时的输SnS2 1)21(出容量按上式确定，实际上，产品还是可以作得比计算值大些（具体输出容量应用户与制造双方协商） 。（5） 多电流比