中压电流互感器主要参数选择

刘随生

(江苏天能电力设计咨询有限公司，南京 211103)



中压电流互感器主要参数选择

刘随生

(江苏天能电力设计咨询有限公司，南京 211103)

中压电流互感器主要参数选择时应根据回路最大工作电流、外部短路电流或最大保护动作电流整定值初步选择变比和额定准确限值系数，合理选择额定动、热稳定电流。根据实际二次回路负荷选择二次绕组额定输出容量，必要时需要验算二次感应电势，中压电流互感器准确限值系数可以按规范公式进行修正。

电流互感器；参数选择；短路电流

1 电流互感器保护用绕组额定准确限值系数选择

电流互感器保护用绕组额定准确限值系数选择按外部短路电流选择。中华人民共和国电力行业标准《电流互感器和电压互感器选择及计算规程》(DL/T 866—2015)(以下简称DL/T 866)第8.2.4条规定，在外部短路电流下，3～35 kV系统电流互感器应能满足准确限值系数要求。 假设短路电流Id=18 kA，电流互感器额定一次电流选择Ipr=600 A，准确限值系数ALF选择30，额定准确限值一次电流Ipal=ALF×Ipr=30×600=18 000(A)，刚好满足[1]。

但对于有些回路，电流互感器额定一次电流选择600 A太大。例如接地变回路，假设10 kV接地变一次容量为630 kVA，其最大工作电流为Ig为36.4 A，测量用二次绕组变比若选择100/1 A，保护用二次绕组变比则宜选择为200/1 A，即宜采用1：2的关系，比例再大可能会带来制造困难。而准确限值系数ALF选择大于30也会带来制造困难。如此就难以满足DL/T 866第8.2.4条规定。

如果外部短路电流更大，则一般馈线和并联电容器无功补偿回路也难以满足DL/T 866第8.2.4条规定。

2 按保护最大动作电流整定值选择

DL/T 866第8.2.5条规定，当3～35 kV系统电流互感器最大限值电流小于系统最大短路电流时，其最大限值电流宜按大于保护最大动作电流整定值的2倍来选择[2]。

以接地变回路为例来选择，保护最大动作电流整定值即速断定值。

(1) 接地变压器原始参数

额定一次容量630 kVA，变压比10/0.4 kV，短路电压uk%=4.5%，额定电流In=36.4 A。

10 kV系统短路电流18 kA，短路容量Qd为327.3 MVA，折合到630 kVA系统电抗值XS为0.001 92Ω。

接地变压器380 V侧短路总电抗X∑=0.045+0.001 92=0.046 92 (Ω)。

(2)接地变压器保护整定计算

高压侧保护设有电流速断及过电流保护。电流速断整定电流按躲过接地变压器低压侧出口最大三相短路电流整定：

=1 034(A)

(1)

式中Kk——可靠系数；

电流互感器保护用二次绕组额定一次电流选择Ipr=200 A，额定准确限值系数ALF选择20，额定准确限值一次电流Ipal=ALF×Ipr==4 000 A，大于2Iop=2×1 034=2 068(A)，满足规程要求。

当然，对于小变比电流互感器，更要注意校核动、热稳定。电流互感器产品一般标示额定1 s短时热稳定电流值。在接地变回路示例中，选择电流互感器1 s额定短时热电流应大于：

(2)

Qd=Id2td=182×4=1 296(A2·s)

式中Gd——热效应。

额定动稳定电流应大于：

(3)

式中Kch——冲击系数。

3 电流互感器二次绕组额定输出容量选择

3.1 电流互感器测量用二次绕组输出容量

二次负荷Zb计算公式为：

Zb=∑KmcZm+KlcZl+Rc

(4)

式中Zm——仪表电流线圈的阻抗；

Zl——连接导线单程的阻抗，可忽略电抗，仅计及电阻；

Rc——接触电阻，取0.05～0.10 Ω；

Kmc——仪表接线的阻抗换算系数；

Klc——连接线的阻抗换算系数。

以测量(计量)装置采用电子式仪表装设于开关柜上为例，柜内连接导线采用2.5 mm2的铜线、单程长度约5 m，导线电阻R=ρ×L/S=0.017 5×5×2/2.5=0.07(Ω)，采用两相星形接线(中性线负载与相线负载相同)，验算如下：

仪表电流线圈的阻抗取值参见DL/T 866，按Isr=1A折算。

二次电流为1A的电流互感器测量用二次绕组额定输出容量应大于：Isr2Zb=12×1.95=1.95(VA)，若额定输出容量选择为5 VA：1.95÷5=39%，在25%～100%范围间，因此实际选择二次额定输出容量为5 VA比较适当。

若测量(计量)装置在二次设备室集中组屏，由于连接电缆较长，电流互感器二次额定输出容量有可能需要更大，但多数是主变压器中低压回路测量(计量)装置才集中组屏，而该回路工作电流一般都较大，电流互感器变比都选择的较大，选择较大的二次额定输出容量比较容易。

但是，测量用二次绕组额定输出容量选择过大也是不合适的：第一方面，由于电流互感器准确误差限值标准值是针对一次电流在额定电流的25%～100%范围，一次电流超出这个范围二次电流误差值就会超过标准值，特别是实际一次电流小于25%额定电流时；第二方面，仪表保安系数FS额定值是对应额定二次负荷的，对于制造完成的电流互感器，其FS实际值与二次负荷成反比关系。因此，如果实际二次负荷小于额定负荷，则FS实际值就会大于其额定值。

根据有关研究，随着二次负荷功率因数的增大，中压电流互感器的比值差绝对值逐渐减小，相位差逐渐增大。当一次负荷电流增大时，比值差和相位差误差受功率因数的影响变小，误差曲线较为平坦。

因此，对于测量用二次绕组，希望实际二次负荷要与额定负荷尽量接近。

3.2 保护用电流互感器二次绕组输出容量

二次负荷Zb可计算公式为：

Zb=∑KrcRr+KlcRl+Rc

(5)

式中Rr——保护装置电流回路的电阻；

Rl——连接导线单程的电阻；

Rc——接触电阻，取0.05～0.10 Ω；

Krc——保护装置电流回路接线的阻抗换算系数；

Klc——连接线的阻抗换算系数。

以保护装置采用微机型装设于开关柜上为例，柜内连接导线采用2.5 mm2的铜线、单程长度约5 m，导线电阻R=ρ×L/S=0.017 5×5×2/2.5=0.07(Ω)，采用两相星形接线(中性线负载与相线负载相同)，验算如下：

Zb=∑KrcRr+KlcRl+Rc

=2×1+2×0.07+0.1=2.24(Ω)

各参数取值参见DL/T 866，按Isr=1 A折算。

二次电流为1A的电流互感器保护用二次绕组额定输出容量应大于：Isr2Zb=12×2.24=2.24(VA)，实际选择二次额定输出容量应适当提高，以减小二次感应电势，提高抗饱和能力。因此，工程中选择5 VA比较适当。

若保护装置在二次设备室集中组屏，由于连接电缆较长，电流互感器二次额定输出容量需要更大，但多数是主变压器回路保护装置才集中组屏，而该回路工作电流一般都较大，电流互感器变比都选择的较大，选择较大的二次额定输出容量比较容易。

同时需要注意，有些回路一个电流互感器保护用二次绕组可能接多个保护装置，这种情况下所有保护装置的电阻都应计算在内(在计算示例中仅按一个保护装置计算)。

对于保护用绕组，从继电保护的角度讲，实际二次负荷小于额定负荷是有利的。但过大的额定输出容量使电流互感器的体积、重量和成本过大，导致费用增加，有时也会给工程实施带来不必要的困难。

4 按额定二次极限电势或准确限值系数曲线验算

电流互感器额定准确限值一次电流应大于保护校验故障电流，考虑互感器暂态饱和影响，准确限值系数应大于KKpcf，同时额定二次负荷应大于实际二次负荷。

对不满足这些要求的电流互感器，可按额定二次极限电势或实际准确限值系数曲线验算。下面以接地变回路为例进行验算。

(1)对于低漏磁电流互感器，额定二次极限电势可按下列公式计算。电流互感器P级绕组的额定二次极限电势：

Esl=KalfIsr(Rct+Rb)

=20×1×(3.5+5)=170(V)

(6)

式中Kalf——准确限值系数；

Isr——额定二次电流；

Rct——电流互感器二次绕组电阻。

电流互感器二次绕组电阻与额定变比、准确限值系数及额定输出容量等因素有关，通常100/5～600/5 A互感器可取0.2～0.3 Ω, 100/1～600/1 A互感器可取3～4 Ω；Rb为电流互感器额定负荷，Rb=5÷12=5(Ω)。

继电保护动作性能校验要求的二次感应电势可计算为：

Es=KKpcfIsr(Rct+Rb′)

=2×14.4×1×(3.5+2.24)=165.3(V)

Kpcf=18÷1.25=14.4

(7)

式中Kpcf——保护校验系数，与继电保护动作原理有关。本例保护出口短路电流18 kA；

K——给定暂态系数，取2；

Rb′——电流互感器实际二次负荷。

电流互感器额定二次极限电势应符合规定：Esl≥Es，本例验算结果满足要求。

(2)非低漏磁的电流互感器可按实际准确限值系数曲线验算。根据电流互感器实际二次负荷，由制造商提供的额定准确限值系数与二次负荷的关系曲线(见图1)，选取实际的准确限值系数。

图1 额定准确限值系数与二次负荷的关系曲线

5 实际准确限值系数

根据实际负荷修正中压电流互感器准确限值系数应按下式计算(以接地变回路为例)：

(8)

式中Kalf′——在实际负荷下的准确限值系数；

Kalf——互感器的额定准确限值系数；

Rct——互感器二次绕组电阻(75℃)；

Rb′——实际负荷，Ω；

Rb——互感器标定的额定负荷，Ω。

6 结语

中压电流互感器主要参数选择时应根据回路最大工作电流、外部短路电流或最大保护动作电流整定值初步选择变比和准确限值系数。对于小变比电流互感器，更要注意校核动、热稳定。根据实际二次回路负荷选择二次绕组额定输出容量，有时候还需要验算二次感应电势，中压电流互感器准确限值系数可以按规范公式进行修正。

[1] 张杰梁，叶 玲，赵斯衎. 试论二次负荷功率因数对中压电流互感器误差的影响[J]. 工业计量, 2014, 24(1): 14-17.

[2] 沙玉洲, 袁 韬, 王 骞, 等. 电流互感器技术参数选择问题的探讨[J]. 电力系统及其自动化学报, 2009, 21(2): 126-128.

SHA Yu-zhou, YUAN Tao, WANG Qian, et al. Discussion on the selection of technical parameters of current transformers[J]. Proceedings of the CSU-EPSA,2009, 21(2): 126-128.

(本文编辑：赵艳粉)

Main Parameter Selection for MV Current Transformer

LIU Sui-sheng

(Jiangsu Tianneng electric power design & consulting Co., Ltd., Nnanjing 211103, China)

In selecting the main parameters of MV current transformer, the rated dynamic and thermal stable current should be reasonably selected based on the circuit maximum working current, external short circuit current, and maximum protection setting current for initial choice of rated and accuracy limitation coefficient. Secondary winding rated output capacity is selected according to the secondary loop actual load selection. When necessary, it requires to calculate the secondary induction potential. MV current transformer accuracy limitation coefficient can be modified according to the standard formula.

current transformer; parameter selection; short circuit current

10.11973/dlyny201605028

刘随生(1963)，男，高级工程师，总工程师，从事电力工程设计工作。

TM452

A

2095-1256(2016)05-0652-04

2016-07-03