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电流互感器选型

电流互感器选型时既要确保动热稳定要求以及线路短路时保护CT满足10%误差曲线要求,又要保证正常情况下表计测量的准确性,还要考虑结构紧凑、经济合理.实际运行中曾出现过线路短路时电流互感器饱和,保护拒动,因而影响系统安全;也出现过变比选择过大造成计量不准,影响企业效益和信誉.因此在电流互感器选型上要必须综合考虑各种因素:

  电流互感器选型可以根据以下步骤:

  首先根据工作原理来做电流互感器选型是电磁式电流互感器还是电子式电流互感器,

  其次根据绝缘介质选型,如干式电流互感器,浇注式电流互感器,油浸式电流互感器,气体绝缘电流互感器,

  再次,根据电流互感器的用途来选择电流互感器,作测量,计量还是做保护(0.5级、0.2级、0.5s级、0.2s级、10P10、5P15、5P20、5P30、5P40等等)

  从此,根据安装方式来选型,贯穿式电流互感器,支柱式电流互感器,套管式电流互感器,母系式,最后,

  电流互感器型号字母含义对应标:

  第一字母:L—电流互感器

  第二字母:A—穿墙式;Z—支柱式;M—母线式;D—单匝贯穿式;V—结构倒置式;J—零序

  接地检测用;W—抗污秽;R—绕组裸露式

  第三字母:Z—环氧树脂浇注式;C—瓷绝缘;Q—气体绝缘介质;W—与微机保护专用

  第四字母:B—带保护级;C—差动保护;D—D级;Q—加强型;J—加强型ZG

  第五数字:电压等级产品序号

  这样上可以确定电流互感器的型号了,接下来就是要选择电流互感器的的参数,

  首先根据线路的最大负荷电流选择CT的一次额定电流.确定线路的最大负荷电流时,应考虑回路可能出现的过负荷以及近5年来负荷的增长情况;其次是校验动热稳定要求.根据远景规划计算系统短路容量,由于系统短路电流较大,对于负荷较轻的线路的CT不能满足要求,此时只能提高变比以确保满足该项技术指标第三是额定输出容量的选择.是指在额定一次电流、额定变比条件下,保证所要求的准确级时,所能输出的最大容量。

4.1一般规定

1)额定一次电压和电流

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()及动稳定电流()

3)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1.0~1.2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。它们之间的关系是:

动稳定性能通常以额定动稳定电流或动稳定倍数公式

(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:

式中:短时热稳定电流公式

K th— 电流互感器热稳定电流倍数,由制造部门提供。

Qa— 短路电流引起的热效应(A2s),宜按后备保护动作时的全分闸时间确定;

t — 制造部门提供的短时热电流计算时间,t=1s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Ith校验。

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

设备最高电压(kV)

静态承试验受荷载(N)

I类

II类荷载

72.5

1250

2500

126

2000

3000

242和363

2500

4000

550

4000

6000

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:硬导体短路电动力计算公式

式中:保护用电流互感器的准确级和允许极限电流,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

FMX— 电流互感器端子承受的电动力,N

a— 回路相间距离,cm;

— 计算长度,cm;

i1— 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

i2— 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,=0 ),cm。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。一般是在相间距离为40cm,计算长度为50cm的条件下取得的。此时,可按下式进行校验:

2)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。

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1.5~2.0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2×600/5A:

测量级:2x(200、400、600)/5A;0.2S级;输出容量:抽头为30VA;满匝为50VA。

保护级:2×600/5A: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2-7多电流比电流互感器连接方式时性能

准确级

一次连接方式

二次

标志

负荷电流

误差限值

性能说明

额定值%

电流值A

比差

相位差

测量级

一次绕组串联

S1—S2

(20%~120%)x200A

40~240

±0.2%

±10'

一次绕组串联时,电力负荷在40~720A的范围内,能保证电流互感器达到比差±0.2%相位差±10'。

5%x200A

10

±0.35%

±15'

1%x200A

2

±0.75%

±30'

S2—S3

(20%~120%)x400A

80~480

±0.2%

±10'

5%x400A

20

±0.35%

±15'

1%x400A

4

±0.75%

±30'

S1—S3

(20%~120%)x600A

120~720

±0.2%

±10'

5%x600A

30

±0.35%

±15'

1%x600A

6

±0.75%

±30'

测量级

一次绕组并联

S1—S2

(20%~120%)x400A

80~480

±0.2%

±10'

一次绕组并联时,电力负荷在80~1440A的范围内,能保证电流互感器达到比差±0.2%相位差±10'。

5%x400A

20

±0.35%

±15'

1%x400A

4

±0.75%

±30'

S2—S3

(20%~120%)x800A

160~960

±0.2%

±10'

5%x800A

40

±0.35%

±15'

1%x800A

8

±0.75%

±30'

S1—S3

(20%~120%)x1200A

240~1440

±0.2%

±10'

5%x1200A

60

±0.35%

±15'

1%x1200A

12

±0.75%

±30'

保护级

一次

串联

S1—S2

(100%~120%)x600A

600~1200

±1.0%

±60'

一次

并联

S1—S2

(100%~120%)x1200A

1200~2400

±1.0%

±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,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)。

(5)多电流比套管式电流互感器额定值

多电流比套管式电流互感器额定值是以其最大电流比时规定的,其余电流比则不作规定。例:“300-600-1200/1A;50VA;0.5级”表示在1200/1A时满足50VA、0.5级。而在其他的变比:300/1A、600/1A时的准确级和额定输出由双方协商。

4.4保护电流互感器的特殊要求

保护用电流互感器参数除按照一般规定进行选择外,还要考虑电流互感器所在回路的具体要求:

(1)变压器差动回路电流互感器额定一次电流的选择,应尽量使两侧电流互感器的二次电流进入差动继电器时基本平衡。当采用微机保护时,可由保护装置实现两侧变比差和相角差的校正。在选择额定一次电流及二次绕组接线方式时,应注意使变压器两侧电流互感器的二次负荷尽量平衡,以减少可能出现的差电流。

(2)自耦变压器公共绕组回路过负荷保护用的电流互感器,应按公共绕组的允许负荷电流选择。此电流通常发生在低压侧开断,而高-中压侧传输自耦变压器的额定容量的情况。此时,公共绕组上的电流为中压侧与高压侧额定电流之差。

(3)大型发电机变压器组厂用分支的额定电流远小于主变压器额定电流,厂用分支的电流互感器一般可以厂用分支额定工作电流为基础进行选择,但例外的是厂用分支侧用于发-变组差动保护的电流互感器,原则上应与主回路电流互感器变比一致,如因额定一次电流过大装设有困难时,可根据具体情况采取适当措施,如由保护装置改变变比,或者采用二次额定电流为1A的互感器(当其他互感器额定二次电流为5A时)以便在保持变比一致条件下降低互感器额定一次电流等。

(4)中性点接地系统或中阻抗接地系统变压器中性点接地回路的电流互感器,大型发电机零序电流型横差保护用电流互感器等,在正常情况下一次电流为零,应根据实际应用情况,不平衡电流的实测值或经验数据,并考虑接地保护灵敏系数及互感器的误差限值和动、热稳定等因素,以及保护装置整定范围,选用适当的额定一次电流参数。

(5)对中性点绝缘接地系统的电缆式或母线式零序电流互感器,因接地故障电流很小,需要按保证保护装置动作灵敏系数来选择变比及有关参数。

4.5测量电流互感器的特殊要求(1)测量用带S级电流互感器的特殊要求

0.2S级和0.5S级是特殊用途的电流互感器,在与宽负荷电度表(过载4倍及以上的电度表)相连接时,电流互感器的计量电流在50mA~6A之间(即额定二次电流5A的1%~120%之间的某一电流下能作准确测量)。在电能关口计量点处宜用0.2S级和0.5S级电流互感器。

图2-21带S级的测量用电流互感器的误差限值(2)测量用带S级电流互感器适用范围

据电力网经营体制改革,要求发电、供电、用电的准确计量.以作为考核电网技术经济指标和实现贸易的计量依据。为此要求安装在电能关口计费点的电流互感器具有更高的准确度。

当安装点的电力负荷变化范围很大,电力负荷低峰与高峰负荷电流相差几倍时,要同时满足高峰和低峰负荷电流的计量准确度,互感器应采用带S级的电流互感器。并按高峰电力负荷值来确定互感器的额定电流比。(3)测量用电流互感器额定输出的选择

对测量用电流互感器在选择额定输出时,应考虑到实际的负荷不是越大越好。按国家标准规定,测量用电流互感器准确级的误差限值规定的二次输出范围为25%~100%额定输出,因此,当额定输出选得太大,而实际运行时的负荷可能小于25%额定输出,此时所规定的准确度是达不到

  电流互感器选型中技术参数选择问题的探讨

  1电流互感器选型时一次电流选择

  电流互感器的额定一次电流由电力工程的实际负荷来决定,一般情况下按负荷电流乘以1.2~1.25的系数来确定互感器的额定电流,此值应变换到互感器国标GB1208中规定的标准电流值。在中压开关柜中,一些用户往往按断路器的标准电流值作为互感器的额定电流,这种选择方法在大多数情况下是可以,但有几档电流值不适合互感器。例如断路器额定电流标准值中有31.5A、63A、315A、630A、3150A等,而互感器与之相应的电流标准值为30A、60A、300A、600A、3000A等。如按断路器标准选择,对设计制造及使用都是不利的,对设计制造而言,这些电流可能使二次绕组匝数出现分数匝。在使用时,误差校验及电流表、电度表的制度要重新制定,有的规则均要更改,难度太大。所以,对互感器额定电流数值的确定应对应互感器的标准。

  2电流互感器选型时额定二次负荷的选择

  互感器的额定二次负荷是决定互感器准确级、外形尺寸、成本的关键参数,应该根据工程的实际情况来合理选择。很多用户认为互感器的额定负荷选得越大越好,这个观点是不正确的。

  按照国家标准GB1207~电流互感器》规定,测量准确级误差限值的保证条件除了对一次电流的数值大小有要求外,既不同的测量准确级误差限值对应不同的一次电流,例如:1%、59/5、20、100和120%的额定一次电流(I1N),二次负荷的范围是259/6~100的额定负荷。这样,当工程实际中二次负荷超出这个范围,则其误差就不能保证在相应准确级误差限值范围内,特别是当实际负荷小于25的额定负荷时,互感器的实际误差可能要超出限值,如图1所示。因为互感器的设计制造过程中一般采取了一定的因数补偿,补偿前与补偿后的误差曲线是平移的,由图1可见,额定一次电流在100额定值附近时,误差正的方向超出了限值,结果适得其反。

  另外,现在对于测量级一般都有仪表保安系数(instrumentsecurityfactor,FS)的要求,例FS小于5。按国家标准GB1207规定,FS只是在额定二次负荷下保证的。因为对于已经是制造完成的互感器,其仪表保安系数与二次负荷成反比关系。因此,如果工程实际负荷小于额定负荷,则实际的仪表保安系数就增大,仪表保安系数大于5或大于1O,这所谓的仪表保安系数就不“保安”了,原来提出FS的初衷也就无意义了。如此,希望实际负荷要与额定负荷相接近。对于保护用电流互感器,从继电保护使用上讲,实际负荷小于额定负荷对继电保护是有利的。但过大的额定负荷使互感器的体积和成本过大而不经济,甚至要影响到开关柜(对于中压互感器)的尺寸放大,而难以实现。

  综合上述规定,可以看出互感器的额定负荷应该作合理选择。现在随着测量仪表的进步及微机保护的推广使用,工程的实际负荷已比早期的确定要小得多了。要合理的选择二次负荷,最好对实际的工程进行计算来决定。

  当经过计算得出的工程实际负荷比较大时,甚至远远超过常用互感器的负荷时,可以与互感器厂家进行沟通,如果还不能得到满意的回答,则可考虑选择二次电流为1A(通常为5A)。选用1A,大大提高二次所接的阻抗,同时有利于互感器的设计制造,更降低成本。因 为在同样二次负荷(VA数)下,1A的互感器二次所接的阻抗比5A的要大25倍。例如,对2OVA的互感器,选用5A时,其二次阻抗是0.8Q,而选用1A时,为2OQ。目前,1A的仪表和继电器已很普遍,实现该方案已不是什么难事了。

  3互感器短时热电流的选择在35kV及以下电流互感器的设计中,互感器一次和二次绕组导线截面是由短时热电流决定的,同时一次与二次绕组导线的匝数又与互感器的二次输出的容量直接相关,若要求一台电流互感器既要保证一定值的二次输出容量,又要保证其短时热电流时,此时的短时热电流就是一个很敏感的技术参数。

  在35kV及以下配电网中,互感器的短时热电流(通常所说的热稳定电流)用户一般从断路器的开断电流来选择。这种选择对于额定电流较小的情况,互感器要满足其要求会有些困难,其原本也不是这样选取的。例如在10kV系统中,额定电流小于100A,断路器开断电流40kA/1S或2S、3S、4S,常规互感器很难满足。对于这种情况,可以将互感器额定电流比实际所需的额定电流选的大一些来解决。例如,对前者选取额定电流为200A,为不影响测量精度,可将测量级由0.2改为0.2S级来弥补。选用0.2S级200A比0.2级100A的测量准确基本相当,甚至更好。提高了额定电流后,实际降低了短时电流倍数,穿过二次绕组的总的一次导线截面可减少,以致互感器的尺寸较小,且可做产品的短路电流就变大了。这种提高互感器额定电流的方法也是过去常用的办法,特别对于发电厂厂用变回路,其额定电流小而短路容量大是常见的,往往采用这种方法则可以得到满意的结果。提高额定电流的具体数用户可以跟制造厂沟通而定。

  另外,还有一个方案就是将同一台互感器中的保护级绕组电流比选取得比测量级绕组的电流比大,一般情况下是2倍关系为宜,如测量级是0.2200/5A;而保护级为5P400/5A,这样也提高所要生产的互感器的短路电流,这也是比较常用的方案。在实际工程中也需要与用户进行实际验算、确认。

  另外短时热电流的要求可以根据Ft相等的原则来调整。例如,某工程要求25kA/4S以及63kA/1S,这和50kA/2S以及31.5kA/4S是相当的。

  4结语

  根据电力工程的实际情况,电流互感器的关键技术参数选择应注意几个方面,一是额定一次电流应尽量按照互感器国家标准GB1208来选择而不应依据断路器标准;二是额定二次负荷应通过工程计算来选取合理的数值而不应认为二次负荷越大越好;三是对于额定电流较小而短路电流大的工程提出了提高额定电流的办法以解决产品设计制造的难度。论文所提出的方法已在实际工程中应用,并证明了其有效性。

  仪表保安系数:电流互感器中的FS表示仪表保安系数,仅仅适用于测量级的电流互感器,具体规定如下:

  FS=额定仪表限值一次电流/额定一次电流;仅仅在用户有要求时,确定该数值,其推荐值为5,或10;主要是在系统故障电流通过电流互感器时,对二次仪表起保护作用,FS越小,二次仪表越安全。额定仪表限值一次电流是在额定负荷下,复合误差大于等于10%的最小一次电流。

   测量用电流互感器是一种专门用来测量电力系统的电流和电能的电流互感器。在正常工作条件下,它应符合规定的准确级要求,以保证测量准确。然而电力系统中使用的电流互感器往往因系统故障或操作会有很大的过电流流过一次绕组。在这种情况下则希望二次电流不再严格按比例增长,以避免二次回路所接的仪器、仪表受到大电流冲击,因此对测量用电流互感器提出了仪表保安系数的要求。

  所谓仪表保安系数(FS)是指仪表保安电流与额定一次电流之比。仪表保安电流则指测量用电流互感器在额定二次负荷下,其复合误差不小于10%的最小一次电流值。这意味着,在仪表保安电流下的复合误差越大越好。通常仪表保安系数要求的大小取决于二次仪表的过载能力。随着仪表测量精度的提高,仪表过载能力降低,因而要求互感器的仪表保安系数也要小。

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