电流互感器和电压互感器选择和计算导则正文

./电流互感器和电压互感器选择和计算导则TheGuideforSelectionandCalculationofCurrentTransformerandvoltageTransformer范围本导则为电流互感器和电压互感器的选择和计算导则,包括：对互感器的性能要求,互感器类型及参数选择,计算方法等本导则适用于交流电流互感器、电磁式电压互感器和电容式电压互感器,不适用于保护装置内部专用的小互感器、各类变送器和直流电流互感器。本导则适用于发电厂和变电所工程用的电流互感器和电压互感器,不适用于试验室用互感器。2引用标准下列标准所包含的条文,通过本标准引用而构成为本标准的条文。本标准出版时,所示版本均为有效。所有标准都会修订,使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB1207－1997电压互感器GB1208－1997电流互感器GB4703－84电容式电压互感器GB14285－93继电保护和安全自动装置技术规程GB16847－1997保护用电流互感器暂态特性技术要求DL－2000火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程DL－2000电测量及电能计量装置设计技术规程IEEEStdC37.110－1996保护继电器用电流互感器的应用导则名词和定义名词及代号本导则采用以下名词及代号,其中有些名词的定义详见3.2及3.3节：代号说明代号说明1电流互感器ALF准确限值系数Ipsc额定一次短路电流Esl二次极限电动势<对称短路电流>Iscmax最大短路电流Eal等效二次极限电动势〔非对称短路电流Is二次电流FS仪表保安系数Isn额定二次电流IPL额定仪表限值一次电流Ie励磁电流Ip一次电流Iale准确限值二次励磁电流Ipn额定一次电流Ifc计算故障电流Ipal额定准确限值一次电流代号说明代号说明1电流互感器〔续Ith额定短时热电流<方均根值>Rbn额定二次负荷电阻Idyn额定动稳定电流〔峰值Rct二次绕组电阻ie励磁电流瞬时值Sbn额定二次输出ip一次电流瞬时值Tp一次时间常数is二次电流瞬时值Ts二次时间常数Kn额定变流比tal保持准确限值的时间Kssc额定对称短路电流倍数tmax达到最大磁通的时间Kfc计算故障电流倍数Ual额定等效二次极限电压Ktf暂态系数Zb二次负荷阻抗K用户给定的尺度增大系数Ze励磁阻抗Ktd额定暂态尺度〔面积系数εI电流误差〔比误差Kr剩磁系数δε角度误差〔相位差Lb二次负荷电感εc复合误差Lct二次绕组漏电感Φal准确限值磁通Le励磁回路电感Φs饱和磁通Rb二次负荷电阻Φr剩磁通2电压互感器Cn额定电容Us二次电压C1高电压电容器Usn额定二次电压C2中间电压电容器Ures剩余电压Gb二次负荷Gbn额定二次负荷Sbn额定输出Kn额定变压比εv电压误差〔比误差Up一次电压δε角度误差〔相位差Upn额定一次电压电流互感器有关定义电流误差〔比值差currenterror<ratioerror>〔εI互感器在测量电流时所出现的误差,它是由于实际电流比与额定电流比不相等造成的。电流误差的百分数用下式表示：εI＝[100<KnIs－Ip>/Ip]%式中：Kn－额定电流比；Ip－实际一次电流,A；Is－测量条件下通过Ip时的二次电流,A。相位差phasedisplacement〔δε一次电流与二次电流相量的相位差。相量方向是以理想互感器中的相位差为零来决定的。若二次电流相量超前一次电流相量时,相位差作为正值。相位差通常用drad〔分弧度或crad〔厘弧度表示。复合误差compositeerror〔εc在稳态下,一次电流瞬时值与二次电流瞬时值乘以Kn两者之差的方均根值。通常按下式用一次电流方均根值的百分数表示：式中：Kn－额定电流比；Ip－一次电流方均根值；ip－一次电流瞬时值；is－二次电流瞬时值；T－一个周波的时间。准确级accuracyclass对电流互感器所给定的等级。互感器在规定使用条件下的误差应在规定限度内。额定短时热电流ratedshort-timethermalcurrent〔Ith在二次绕组短路的情况下,电流互感器在一秒钟内能承受住且无损伤的最大的一次电流方均根值。额定动稳定电流rateddynamiccurrent〔Idyn在二次绕组短路的情况下,电流互感器能承受其电磁力的作用而无电气或机械损伤的最大的一次电流峰值。额定仪表限值一次电流ratedinstrumentlimitprimarycurrent〔IPL测量用电流互感器在二次负荷等于额定负荷,且复合误差等于或大于10％时的最小电流值。仪表保安系数instrumentsecurityfactor〔FS额定仪表限值一次电流对额定二次电流之比。准确限值系数accuracylimitfactor〔ALFP类电流互感器能满足复合误差要求的最大一次对称电流值.,称为额定准确限值一次电流〔Ipal,额定准确限值一次电流与额定一次电流之比为准确限值系数,即：ALF=Ipal/Ipn二次极限电动势〔EslP类电流互感器的二次极限电动势为准确限值系数、额定二次电流、额定负荷与二次绕组阻抗的相量和三者的乘积,即：Esl＝〔ALF×Isn×〔Zb＋Zct额定一次短路电流ratedprimaryshort-circuitcurrent〔IpscTP类电流互感器的对称一次短路电流方均根值,为电流互感器额定准确度性能的依据。额定对称短路电流倍数ratedsymmetricalshort-circuitcurrentfactor〔Kssc为如下比值：Kssc=Ipsc/Ipn计算故障电流credible<calculated?>faultcurrent<Ifc>校验电流互感器特性时,为保证保护装置正确动作而合理选用的故障电流。计算故障电流与互感器额定一次电流之比,称为计算故障电流倍数Kfc。3.2.14瞬时误差电流instantaneouserrorcurrent<二次电流瞬时值<is>和额定电流比<Kn>的乘积与一次电流瞬时值<ip>的差值：iε＝Knis－ip在同时具有交流和直流分量时,所含各分量分别如下表示：iε＝iεac＋iεdc＝〔Knisac－ipac＋〔Knisdc－ipdc规定的一次时间常数specifiedprimarytimeconstant<Tp>电流互感器性能所依据的一次电流直流分量的时间常数规定值。对TPX、TPY和TPZ类电流互感器,此值也可有额定值,并标在铭牌上。保持准确限值的时间permissibletimetoaccuracylimit<tal>在给定工作循环的任何指定通电期间内,保持规定准确度的时间。注：这个时间通常根据保护系统的最大测量时间确定,但当保护稳定性〔不误动是限制条件时,还需计入断路器切断电流的时间。达到最大磁通的时间timetomaximumflux<tmax>假定在规定的通电时间,铁心不饱和,电流互感器铁心中的暂态磁通达到最大值所经过的时间。规定的工作循环specifieddutycycle<C-O和/或C-O-C-O>在工作循环的各通电期间中设一次电流为"全偏移"〔见下注,并具有规定的衰减时间常数<Tp>和额定幅值〔Ipsc。工作循环如下：单次通电：C-t′-O双次通电：C-t′-O-tfr-C-t″-O〔两次通电时的磁通极性相同其中：t′是第一次电流通过时间,在tal′时间内保持规定的准确度。t″是第二次电流通过时间,在tal″时间内保持规定的准确度。tfr为自动重合闸时无电流时间,即在断路器自动重合闸工作循环中,一次短路电流从切断起到其重复出现时的时间间隔注：若规定部分偏移,则所需的暂态系数便降低,降低值约正比于偏移量的减小值。因此推荐采用全偏移参数。二次回路时间常数secondarylooptimeconstant<Ts>电流互感器二次回路的时间常数值,由励磁电感〔Le和漏电感〔Lct之和〔Ls及二次回路电阻〔Rs得出：Ts=Ls/Rs式中Rs为电流互感器二次绕组电阻〔Rct,校正至75℃与外接电阻性负荷〔Rb暂态系数transientfactor<Ktf>电流互感器经受单次通电且假设二次回路时间常数<Ts>在整个通电期间保持不变时,理论上的二次匝链总磁通与该磁通交流分量的峰值之比。额定暂态尺度〔面积系数ratedtransientdimensioningfactor<Ktd>该理论值代表满足规定的工作循环所需的暂态尺度增大倍数。额定等效二次极限电动势ratedequivalentlimitingsecondarye.m.f<Eal>满足规定工作循环所需的额定频率下的二次电路等效电动势方均根值,可由下式得出：Eal=KsscKtd<Rct+Rbn>Isn<V,r.m.s>注：TP类电流互感器的极限条件严格说只能用二次绕组感应电压对时间积分来定义〔即只能用磁通来定义,这个电压在规定的通电条件下产生包括绕组和二次负荷电阻在内的二次负荷电流,但为了数学上的方便,采用等效正弦波电势来定义此极限条件。与的Esl有区别,Esl是真正的正弦波感应电动势,Eal而只是一个等效的正弦波电动势。额定等效励磁二次极限电压ratedequivalentexcitationlimitingsecondaryvoltage<Ual>考虑电流互感器结构的影响,确保得到额定等效二次极限电动势,并使其励磁电流不超过该互感器相应各级的最大允许误差电流时,施加于互感器二次绕组上的额定频率下的正弦试验电压方均根值：Ual=EalFc<V,r.m.s>式中Fc为为制造厂对其设计所规定的结构系数。准确限值磁通accuracylimitflux<Φal>与Eal对应的二次匝链磁通的峰值：Φal=√2Eal/<2πf>式中：Eal单位为V,方均根值,Φal单位为Wb。准确限值二次励磁电流accuracylimitingsecondaryexcitingcurrent<Ial>相应于电流互感器等级的励磁〔误差电流的峰值。饱和磁通saturationflux<Φs>铁心中由非饱和状态向全饱和状态转变的磁通峰值,并认为它是在有关铁心的B-H特性曲线上B值上升10％而使H值上升50％的那一点。剩磁通remanentflux<Φr>铁心在切断励磁电流三分钟后剩余的磁通,此励磁电流的幅值足以产生按条定义的饱和磁通<Φs>。剩磁系数remanencefactor<Kr>比值Kr=Φr/Φs3.3电压互感器有关定义电压误差〔比误差voltageerror<ratioerror><εv>互感器在测量电压时出现的误差。它是由实际电压比不等于额定电压比而造成的。电压误差以百分数表示如下：式中Up－实际一次电压,V；Us－在测量条件下,施加Up时的实际二次电压,V；Kn＝Upn/Usn额定一次电压与额定二次电压之比。相位差phasedisplacement<δε>电压互感器一次电压相量与二次电压相量的相位之差。相量方向是以理想互感器中的相位差为零来确定的。若二次电压相量超前一次电压相量,则相位差为正值。相位差通常用drad〔分弧度或crad〔厘弧度表示。准确级accuracyclass对电压互感器所给定的等级,互感器在规定使用条件下的误差应在规定的限值内。额定电压系数ratedvoltagefactor与额定一次电压相乘的一个系数,以确定互感器必须满足规定时间内的有关热性能要求并满足有关准确级要求的最高电压。剩余〔零序电压绕组residualvoltagewinding组成三相组的单相电压互感器的一个绕组,用以接成开口角形,在接地故障时产生剩余〔零序电压。电容式电压互感器capacitorvoltagetransformer一种由电容分压器和电磁单元组成的电压互感器,其设计和互联使电磁单元的二次电压与加到电容分压器上的一次电压成正比且相位相同。电容分压器capacitorvoltagedivider由多个电容器〔如C1、C2组成的一种装置,可以在该装置的两个端子之间得到一个和待测电压成比例的电压。电磁单元electromagneticunit一种接在电容分压器的中间电压端子和接地端子之间,以电磁感应方式将中间电压转换为二次电压的电容式电压互感器的部件。注：电磁单元主要由一台变压器和一只电抗器组成,变压器降低中间电压至要求的二次电压值,电抗器在额定频率下的电抗值,大致等于电容分压器的二部分并联的容抗值〔C1＋C2。分压比voltageratio<ofacapacitordivider>一次电压端子之间的一次电压与电容分压器开路中间电压的比值。即〔C1＋C2/C1。电容式电压互感器保护装置protectordevice<ofacapacitorvoltagetransformer>组合在电容式电压互感器中的一种用来限制其中一个或几个部件上可能出现的过电压的装置或用来防止持续的铁磁谐振的装置。4电流互感器应用的一般问题4.1基本特性及应用电流互感器是一种串接于一次回路,在正常使用条件下其二次电流与一次电流实质上成正比,而其相位差在联接正确时接近于零的,供测量仪器、仪表、继电器和类似电器用的变压器。电流互感器的简化等值电路见图1a>,相量图参见图1b>。图1电流互感器等值电路及相量图电流互感器按其功能分为测量用电流互感器和保护用电流互感器两类：测量用电流互感器又分为一般用途和特殊用途〔S类两类；保护用电流互感器又分为未考虑暂态特性〔P类和考虑暂态特性〔TP类两类。工程项目中选用电流互感器时应根据电力系统测量仪表和继电保护的要求,按照GB1208－1997的有关内容,结合工程的实际情况,提出订货技术规范,包括使用环境条件、额定参数、技术性能、绝缘要求及一般结构要求等。参见附录A1。某些特殊性能要求可由订货方和供货方协商确定。电流互感器的配置电流互感器的配置应符合以下要求：电流互感器二次线圈的数量和准确等级应满足继电保护自动装置和测量仪表的要求。2保护用电流互感器的配置应尽量减少主保护的死区。保护接入电流互感器二次线圈的分配,应注意避免当一套保护停用而线路继续运行时,出现电流互感器内部故障时的保护死区。3对中性点有效接地系统,电流互感器可按三相配置,对中性点非有效接地系统,依具体要求可按两相或三相配置。4当采用一个半断路器接线时,对独立式电流互感器每串宜配置三组。每组的二次绕组数量按工程需要确定。5继电保护和测量仪表宜用不同二次绕组供电,若受条件限制须共用一个二次绕组时,其接线方式应注意避免仪表校验时影响继电保护工作。6电流互感器的二次回路不宜进行切换,当需要时,应采取防止开路的措施。4.3一次电流选择1电流互感器的应根据其所属一次设备的额定电流或最大工作电流选择适当的额定一次电流。额定一次电流〔Ipn的标准值为：10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、75以及它们的十进位倍数或小数,有下标线的是优先值。2电流互感器的额定连续热电流〔Ipn或其扩大值、额定短时热电流〔Ith和额定动稳定电流〔Idyn应能满足所在一次回路的最大负荷电流和短路电流的要求。当互感器一次绕组可串、并联切换时,应按串接情况进行Ith及Idyn校验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满足该回路测量仪表和保护装置的准确性要求。详见5.1和6.3。4为适应不同要求,某些情况下在同一组电流互感器中,保护用二次绕组与测量用二次绕组可采用不同额定一次电流〔不同变比。4.4二次电流选择1额定二次电流〔Isn的标准值一般采用1A和5A。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。3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。4.5二次负荷选择及验算测量用电流互感器的准确性和保安系数,保护用电流互感器的准确性和允许极限电流,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。电流互感器的二次负荷额定值,即额定输出〔Sbn,以VA表示为2.5、5、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100VA。5测量用电流互感器5.1类型及额定参数选择类型选择测量用电流互感器有一般用途和特殊用途〔S类两类,S类电流互感器在较大工作电流范围内可保持规定的准确性。某些电流互感器一次电流值可扩大或二次绕组可带抽头。工程应用中应根据电力系统测量和计量系统的实际需要合理选择。额定参数选择测量用电流互感器的额定电流参数选择除满足第4章的要求外,还要注意考虑以下的一些情况：1测量用的电流互感器的额定一次电流应使正常负荷下仪表指示在刻度标尺的三分之二以上,并应考虑过负荷运行时能有适当指示〔测量仪表过负荷20％允许时间约4min。为此,宜选用Ipn≥1.25Ib,其中Ib为一次设备的额定电流或线路最大负荷电流。按此式选择的电流互感器,测量仪表允许短时通过的最大电流可达一次设备额定电流的150％。对于直接起动电动机的测量仪表用的电流互感器应选用Ipn>1.5Ib。2为在故障时一次回路短时通过大短路电流不致损坏测量仪表,测量用电流互感器可选用具有仪表保安限值的互感器,仪表保安系数〔FS可选择5或10。3测量用电流互感器必要时可选用复变比〔即二次绕组带抽头的电流互感器,或者同一互感器的测量用二次线圈与保护用二次线圈可采用不同的变流比,以适应系统的发展变化或测量仪表与继电保护的不同要求。4必要时可采用具有电流扩大值特性的电流互感器,其连续热电流可为额定一次电流的120％、150％或200％,以适应系统发展因而负荷电流超过额定电流的情况。5测量用电流互感器的二次负荷不应超出规定的保证准确性的负荷范围,而且要确保仪表保安系数不大于规定值。5.2准确级选择测量用电流互感器的准确级1测量用电流互感器的准确级,以该准确级在额定电流下所规定的最大允许电流误差的百分数来标称。标准的准确级为0.1、0.2、0.5、1、3和5级；此外,还有供特殊用途〔如要求在额定电流1％～120％之间作准确测量的0.2S及0.5S级。2对于0.1、0.2、0.5级和1级测量用电流互感器,在二次负荷为额定负荷的25％～100％之间的任一值时,其额定频率下的电流误差和相位误差不超过表1所列限值。表1测量用电流互感器误差限值〔一准确级电流误差〔±％在下列额定电流〔％时相位差,在下列额定电流时〔％±<′>±crad5201001205201001205201001200.10.20.510.40.751.53.00.20.350.751.50.10.20.51.00.10.20.51.01530901808154590510306051030600.450.92.75.40.240.451.352.70.150.30.91.80.150.30.91.83供特殊用途的0.2S和0.5S类,在二次负荷为额定负荷的25％～100％之间任一值时,其额定频率下的电流误差和相位误差不应超过表2所列限值。表2特殊用途电流互感器的误差限值〔二准确级电流误差〔±％在下列额定电流〔％时相位差,在下列额定电流时〔％±<′>±crad1520100120152010012015201001200.2S0.5S0.751.50.350.750.20.50.20.50.20.5309015451030103010300.92.70.451.350.30.90.30.90.30.9注：本表仅用于额定二次电流为5A的互感器4对于3级和5级,在二次负荷为额定负荷的50％～100％之间任一值时,其额定频率下的电流误差和相位误差不应超过表3所列限值。表3测量用电流互感器误差限值〔三准确级电流误差〔±％,在下列额定电流〔％时50120353535注：3级和5级的相位差不予规定与测量仪表配套的电流互感器准确级选择测量用电流互感器在实际二次负荷下的准确等级应与配套使用的测量仪表的准确等级相适应。测量仪表包括：指示仪表,如电流、功率等电气量测量仪表；积分仪表,如电能计量仪表〔含计费用计量仪表；以及其他类似电器。不同用途测量仪表要求的准确等级不同,对配套的电流互感器的准确级也要求不同。表4为不同测量仪表要求的电流互感器准确等级。电能计量用的电流互感器,工作电流宜在其额定电流的三分之二以上。对于工作电流变化范围较大的情况,电能计量仪表宜采用S级电流互感器。表4仪表与配套的电流互感器准确等级指示仪表计量仪表仪表准确级〔级互感器准确级〔级仪表准确级〔级互感器准确级〔级有功电能表无功电能表*0.50.20.52.00.2或0.2S1.00.51.02.00.5或0.5S1.50.52.03.00.5或0.5S*无功电能表一般与同回路的有功电能表采用同一等级的电流互感器当一个电流互感器的回路接有几种不同型式的仪表时,应按准确级最高的仪表进行计算。二次负荷选择及验算二次负荷的选定1电流互感器的二次负荷可用阻抗Zb〔Ω或容量Sb〔VA表示。二者之间的关系为当电流互感器额定二次电流Isn为5A时,Sb＝25Zb,当电流互感器额定二次电流Isn为1A时,Sb＝Zb。2为保证测量用电流互感器的准确级,其实际连接二次负荷值不应超出表5规定的范围。表5测量用电流互感器二次负荷范围仪表准确等级二次负荷范围0.1、0.2、0.5、125%~100%0.2S、0.5S25%~100%3、550%~100%3电流互感器的实际二次负荷应保证互感器达到二次极限感应电动势的一次电流小于额定仪表限值一次电流〔IPL。例如：电流互感器为100/5A、30VA、FS10。额定二次极限电动势Esl=FS×Isn×〔Rct＋Rbn＝10×5×〔Rct＋30/25。如实际的二次负荷为10VA,则在10倍额定电流时,不能保证实际二次电动势超过额定二次极限电动势以导致互感器饱和,达到保护仪表的目的。因此需要选择小容量电流互感器〔如10VA或在二次回路增加一个串联阻抗。二次负荷计算方法1一般工程验算可忽略阻抗之间的相位差,二次负荷Zb可按下式计算：式中Zm－仪表电流线圈的阻抗〔Ω；Zl－连接导线的阻抗〔Ω,一般可忽略电抗,仅计及电阻；Rc－接触电阻〔Ω,一般为0.05Ω~0.1Ω；Kcm－仪表接线的阻抗换算系数；Kcl－连接线的阻抗换算系数。测量用电流互感器各种接线方式的阻抗换算系数见表6。表6测量用电流互感器各种接线方式的阻抗换算系数电流互感器接线方式阻抗换算系数备注KclKcm单相21三相星形11两相星形Kcm0＝Kcm√3√3Kcm0为零线回路中的负荷电阻Kcm0＝0√31两相差接2√3√3三角形33计算电流互感器二次负荷时,应采用实际所接测量仪表电流回路的负荷值,表7列举一些常用测量仪表电流回路的负荷值供参考。表7常用测量仪表电流回路的负荷值仪表类型负荷值〔VA电流表～0.7功率表有功功率表0.5~1无功功率表0.5~1电度表机电式有功电度表0.5级61.0级42.0级2.5无功电度表直通式5经互感器接通式2.5电子式o.5~1连接导线阻抗计算一般情况下可忽略导线电感,而仅计及其电阻Rl。式中L=电缆长度<m>；A=导线截面<mm2>,电流回路一般采用2.5mm2及以上截面积的铜导线；γ=电导系数,铜取57[m/<Ω×mm2>]。保护用电流互感器6.1类型选择保护用电流互感器有两类：一类的准确限值由稳态对称一次电流下的复合误差来确定,称为P类〔P意为保护；另一类的准确限值由暂态工作循环中的误差来确定,称为TP类〔TP意为暂态条件下的保护。500kV系统或高压侧为500kV的主设备,除保护装置本身能克服电流互感器饱和影响外,原则上应考虑电流互感器的暂态特性。可采用TP类电流互感器,或经过验算采用在该具体回路可基本保证暂态误差的P类电流互感器。220kV及以下系统一般采用P类电流互感器。对于重要回路,如220kV线路、发电机和主变压器等,应考虑提高电流互感器的准确极限系数,以期具有较好暂态特性。参见6.6。本节讨论P类互感器的选择和计算,TP类在下一节讨论。6.2额定参数选择保护用电流互感器的额定参数除按照第4章的规定进行选择外,还要注意考虑以下的一些情况：1为减少电流互感器暂态饱和对继电保护的影响,保护用电流互感器可选用较大的额定一次电流。但互感器额定一次额定电流显著大于工作一次电流时,可能给测量仪表带来不便,为此,保护和测量可采用不同的变比。2变压器中性点接地回路电流互感器的额定一次电流应按变压器允许的不平衡电流选择。一般情况下,可按变压器额定电流的1/3进行选择。3自耦变压器公共绕组回路用于该绕组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。4对于Y,d接线的变压器差动回路,额定一次电流的选择,需使两侧互感器的二次电流进入差动继电器时基本平衡。为此,变压器Y侧的电流互感器额定一次电流通常增大√3倍。5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,该分支除发－变组差动保护以外的其他用途的电流互感器额定电流,可按厂用分支额定电流选择,但应注意满足该回路的动稳定要求。至于厂用分支侧用于发－变组差动保护的电流互感器,原则上应与主回路互感器变比一致,如一次电流过大装设有困难时,可根据具体情况采取某些变通措施,如增设二次电流互感器以改变变比,采用二次额定电流为1A的互感器〔如其他互感器额定二次电流为5A时以增大变比等。6中性点非有效接地系统的接地故障电流很小,为保证保护装置可靠动作,选择零序电流互感器时,应按二次电流及保护灵敏度来校验电流互感器的变比。6.3P类电流互感器的准确级及误差限值1P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,标准准确级为：5P和10P。2P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8所列限值。表8P类电流互感器误差限值准确级额定一次电流下的电流误差％额定一次电流下的相位差额定准确限值一次电流下的复合误差％〔′±crad5P10P±1±3±60－1.8－5103P类保护用电流互感器能满足复合误差要求的额定准确限值的一次电流与额定一次电流之比为准确限值系数ALF,即：ALF＝Ipal/Ipn。标准准确限值系数为：5、10、15、20和30。6.4P类电流互感器的准确性验算一般要求在初选保护用电流互感器时,可按其额定准确限值电流大于所要求的最大计算故障电流和额定二次输出容量大于实际二次负荷进行选择。这样选择是可行的,但互感器可能尚有潜力未得到充分利用。实际工作中常遇到二次输出容量有裕度但ALF不够的情况,或者相反。特别是前者,在系统容量很大,而额定二次电流选用1A或就地控制的情况是很容易出现的。因此,为合理的选用电流互感器,需要进行较精确验算。进行电流互感器准确性验算,推荐采用准确限值电动势法。为此,要求制造部门提供电流互感器的二次绕组的电阻Rct或直接提供准确限值曲线。按准确限值电动势验算P类电流互感器应在继电保护动作特性要求的故障计算电流并适当考虑暂态特性的情况下保持规定的准确性能,即要求电流互感器额定二次极限电动势大于保护要求的二次极限电动势。P类电流互感器的额定二次极限电动势为：Esl＝<ALF>×Isn×<Rct+Rbn>……………〔6-1式中ALF－准确限值系数；Isn－额定二次电流；Rct－电流互感器二次绕组电阻；Rbn－电流互感器额定负荷。为保证继电保护动作性能要求的二次极限电动势为：Esl′＝K×Kfc×Isn×<Rct+Rb>…………〔6-2式中K－考虑互感器暂态特性的系数,参见第6.6节；Kfc－计算故障电流倍数,与继电保护动作原理有关,参见；Rb－电流互感器实际二次负荷；其他量值符号的定义如前述。由,Esl≥Esl′,可求出电流互感器额定准确限值系数应符合下式要求：按准确限值曲线验算如果制造厂提供了电流互感器的准确限值曲线,可由实际的二次负荷Rb,从曲线上查出电流互感器的相应ALT,见图2。所要求的计算故障电流倍数Kfc≤〔ALT/K。ALT准确极限系数Rb二次负荷Rb0ALT准确极限系数Rb二次负荷Rb0图2按准确限值曲线选择电流互感器保护的计算故障电流倍数Kfc保护的计算故障电流倍数Kfc是计算故障电流Ifc与互感器的额定一次电流Ipn之比。要求电流互感器通过该计算故障电流Ifc时,其误差应在规定范围内,以保证保护装置的动作性能。保护装置的主要性能及要求如下：1可信赖性。要求保护区内故障时电流互感器误差不致影响保护可靠动作。对于过电流保护和阻抗保护等应按此要求确定计算故障电流。过电流保护的计算故障电流Ifc为保护最大动作电流整定值Iopmax,阻抗保护的计算故障电流Ifc为保护第一段末端短路时,流过互感器的最大短路电流Iscmax。2安全性。要求保护区外故障时电流互感器误差不会导致保护误动作。对于差动保护和方向保护等应按此要求确定计算故障电流。电流差动保护的计算故障电流Ifc为外部短路时流过互感器的最大短路电流Iscmax。方向保护的计算故障电流Ifc为保护反方向短路时,流过电流互感器的最大短路电流Iscmax。二次负荷验算1保护用电流互感器二次负荷<一般可忽略电抗,仅计及电阻为式中Rr－继电器电流线圈电阻〔Ω；Rl－连接导线电阻〔Ω,参见〔5-3式；Kcr－继电器阻抗换算系数,参见表9；Kcl－连接导线阻抗换算系数,参见表9。2>保护用电流互感器在各种接线方式时不同的短路类型下的阻抗换算系数见表9。表9继电器及连接导线阻抗换算系数表电流互感器接线方式阻抗换算系数三相短路两相短路单相短路接地经Y,d变压器两相短路KclKcrKclKcrKclKcrKclKcr单相212121三相星形11112111两相星形Zr0＝Zr√3√3222233Zr0＝0√31212131两相差接2√3√342三角形333322333>保护和自动装置电流回路功耗应根据实际应用情况确定,其功耗值与装置实现原理和构成元件有关,差别很大。附录D列出一些典型情况的功耗供使用参考。保护用电流互感器的饱和问题及对策电流互感器的饱和及影响因素电流互感器的饱和决定了互感器的准确限值。P类电流互感器的准确限值由对称故障电流下的误差确定,应考虑的影响电流互感器饱和的因素主要是：a>短路电流幅值；b>二次回路〔包括互感器二次绕组的阻抗；c>电流互感器的工频二次励磁阻抗；d>电流互感器匝数比等。实际上在短路的暂态过程中,还有不少严重影响电流互感器特性的因素,考虑暂态特性的TP类电流互感器应考虑这些因数,如：e>短路电流偏移程度；f>短路电流中直流分量衰减的时间常数；g>铁心中的剩磁等。由于电流互感器励磁阻抗与频率成比例,按工频励磁特性设计的互感器铁心,在传变短路电流中缓慢衰减的直流分量时,特性将严重恶化,即所需励磁电流〔磁链大大增加,极容易导致互感器饱和。特别在超高压系统和发电厂附近等一次时间常数较大的回路,这是影响电流互感器饱和的极重要因素。电流互感器铁心中的剩磁取决于一次电流中断的瞬间,最大的剩磁产生于互感器极度饱和时断开一次电流。此外,试验时互感器绕组通过直流也将产生剩磁。闭合铁心的电流互感器剩磁系数〔剩磁与饱和磁通之比Kr最高达80％,参见附录C4。剩磁一旦建立在正常运行时是难以消除的,除非采用专门的去磁方法。图3示出一次电流有偏移时对二次电流的影响。a>有剩磁但一次电流无偏移,互感器铁心未饱和,二次电流无畸变。b>示出一次电流全偏移对磁通和二次电流的影响。一次电流偏移等因素对电流互感器饱和影响的定量分析和计算将在第7章详细讨论。图3电流互感器一次电流与磁通及二次电流的关系电流互感器饱和对保护继电器的影响一般影响电流互感器由于饱和引起的失真,如过零点偏移、峰值减小、有效值减小及出现谐波等,将对保护继电器动作特性产生有害影响,导致安全性下降〔保护误动和可信赖性降低〔保护拒动或延时过长。多个并联的电流互感器由于其饱和特性不同而在和回路引起很大误差,可能严重影响差动保护或零序保护的动作特性。2>饱和对机电式继电器的影响继电器在非正弦电流下的性能与其动作原理有关。机电式继电器一般反应于所施加电流的有效值,饱和引起的电流有效值降低直接影响其动作性能。对于通过内部磁通相位偏移产生动作力矩的继电器,由于故障电流不同频率分量的不同相移而动作性能受影响。机电式继电器在大电流时趋向饱和,这就减小了互感器的继电器负荷,使得在较大电流下的性能好于5A额定负荷时预计的性能。互感器经一定时延才进入非线性工作区,所以如果瞬动继电器动作快于饱和发生,继电器可能正确动作。另一方面,动作时间1到2个周波的继电器在互感器极度饱和时可能完全不动作,因为互感器饱和后每半个周波给出的电流脉冲可能小于很短。饱和对静态模拟式继电器的影响静态模拟式继电器响应于电流的峰值或平均值〔不是有效值,有的继电器输入还通过工频带通滤过器。互感器饱和引起的电流幅值降低或波形缺损直接影响继电器动作性能。将机电式继电器和静态继电器两者用于协调配合时,要注意互感器饱和和故障电流偏移时,静态瞬动继电器可能与机电式瞬动继电器性能不同而引起的差异。饱和对数字继电器的影响数字式继电器的响应是继电器动作软件的函数,不同采样方式和算法所受影响有差别。对基于工频分量的算法明显受饱和角〔一个周波中开始饱和时刻影响。对于某一给定波形,差值可以补偿,但没有普遍适用的校正方法。5>饱和对差动继电器的影响电流互感器饱和对差动继电器的影响取决于继电器的类型和故障位于饱和区的内部还是外部。对于内部故障,差动继电器应保证在任何故障波形或电流偏移时可靠动作和不致过度延迟动作。更令人关注的是外部故障时差动继电器的误动问题。比例差动型继电器在严重外部故障时具有一定的抗误动能力,因为其动作特性要求动作电流对制动电流的比值大于特定值。某些比例差动继电器还具有谐波电流制动,其特性不仅与变压器涌流〔这是采用谐波制动的原因有关,而且与互感器饱和有关,这两种情况都使差动继电器工作回路流入不希望出现的电流。但谐波的出现,在严重内部故障时可能延迟或阻碍动作,故通常这种继电器的动作回路中包括一个无制动的高定值电流元件。如果整定适当,高阻抗型差动继电器可避免外部故障互感器饱和时误动,一般它整定使得在最大一次电流情况下互感器完全饱和时不会误动作。6饱和对电流互感器组不平衡电流的影响电流互感器三相饱和程度不同时,即使一次电流的不平衡很小,二次电流也可能出现明显不平衡。饱和程度不同可能由于以下原因引起：三相一次电流中暂态直流分量值不相等,三相所用的互感器型式、制造厂家、准确度或负荷不相同。不平衡电流可能导致负序或零序过电流继电器误动作。三相采用相同励磁特性和负荷的电流互感器可最大限度降低二次不平衡电流。减少电流互感器饱和影响的措施及应用减少电流互感器饱和影响的措施主要是两类：一类是适当选择电流互感器参数,以减少互感器饱和程度,包括采用TP类电流互感器。另一类是在保护动作原理和特性采取措施减少饱和影响。措施内容及应用情况如下：保护装置采取措施降低饱和影响对某些受饱和影响严重的保护装置,如母线保护,已开发了一批能克服互感器饱和影响的保护装置,例如高阻抗保护,中阻抗保护及某些微机母线保护等,并已得到广泛应用。特别是微机保护,可以采用多种原理通过软件实现减轻饱和影响。实际工程中,有条件时应优先采用这类保护。对于重要的微机保护装置,如母线保护、发电机或发电机变压器组差动保护、线路电流差动保护和超高压系统其他重要保护,应要求研制单位采取措施避免或降低电流互感器饱和的影响,并提供使用单位选择电流互感器的方法。2>恰当选择互感器措施降低饱和影响这是可普遍应用的方式,这类措施有：a保护用电流互感器尽量采用较大的额定一次电流,以减少短路电流倍数。b减少电流互感器二次负荷。c差动保护的各侧尽量选用饱和特性一致或近似的电流互感器,各侧互感器所接负荷尽量匹配,以减少差流。d适当提高对互感器的要求。根据运行经验,互感器二次极限电势大于计算对称故障电流下要求的电势一倍以上,可以取得较好效果。这相当于考虑暂态系数K≧2。各级电压的保护用电流互感器都应尽量采用上述措施以减少饱和影响。特别是220kV系统及发电厂内主设备保护用的电流互感器,考虑到一次电流时间常数较大和保护误动后果的严重性,宜提高准确限值系数,例如,考虑K≧2。3采用TP类考虑暂态特性的电流互感器。恰当选用TP类电流互感器,保证互感器在故障时不饱和,即选用电流互感器的额定等效二次极限电势Eal应大于实际工作循环要求的等效二次极限电势Eslr。建议在500kV系统中采用。P类保护用电流互感器的特定应用实例选用P类电流互感器时,通常仅校验其在对称短路电流下的稳态特性。实际上P类电流互感器也应适当考虑暂态饱和影响并采取必要的对策。本节举例说明在某些特定情况下P类电流互感器的应用。发电机差动保护的电流互感器选择对于发电机差动保护用电流互感器,由于其一次回路时间常数很大,很难用加大尺寸的办法来避免暂态饱和影响。一般是在出线侧和中性点侧选用励磁特性〔包括饱和部分相同的电流互感器,并尽量使两侧负荷相等,以最大限度减小暂态误差电流。两侧的轻微不匹配都可能产生明显误差电流。现举例如下〔参见IEEEStdC37.110-1996：设发电机为111MVA,13.8kV。母线故障提供短路电流为58800A,一次时间常数Tp为138ms。发电机额定电流为电流互感器一次电流可选择为连续负荷电流的120％至150％之间,即1.2×4643＝5572A与1.5×4643＝6965A之间。选定变比为6000/5。电流互感器的引接线,出线侧计算为2.6Ω,中性点侧为2.3Ω,制动绕组阻抗可忽略。结果,在最大故障电流时的电流互感器二次端子最大对称电压为为避免在最大故障电流全偏移时饱和,电流互感器须在〔1＋ωTp倍对称电流,即127×〔1＋314×0.138＝5630V时不饱和。除了选用带气隙的TP类电流互感器外,一般很难满足此要求。而在发电机中性点安装TP类电流互感器一般较困难。为此,如选用P类电流互感器,两侧必须是同一厂家生产的饱和特性紧密匹配的电流互感器,以便承受同样程度的饱和而减小差动电流。饱和特性如何紧密匹配呢？设选用的出线侧互感器组的二次极限电压为1087V,中性点侧为1200V。图4a>示出58000A故障电流全偏移且Tp＝138ms时电流互感器组的响应情况。出线侧互感器的饱和稍先于中性点侧。各侧二次极限电压和引线电阻的轻微不匹配,在动作线圈中产生50A脉冲电流。这种不匹配可以通过将中性点侧的串联电阻增加使其等于出线侧电阻2.6Ω乘以二次极限电压比〔1200/1087,即改为2.87Ω加以消除,这种情况示于图4b>。图4差动回路的电流情况变压器差动保护电流互感器的选择变压器各侧电压不同,不可能选用相同的电流互感器。但应尽可能选用特性接近的电流互感器,而不应将特性差别太大的电流互感器用于同一组差动保护。现以两侧均采用P类电流互感器的差动保护为例说明电流互感器选择和验算方法。设变压器为5000kVA,35/10.5kV,d-Y接线,低压侧电阻接地。变压器阻抗为5％〔以5MVA为基准。电源阻抗为0.0064p.u.〔以5MVA为基准。系统一次时间常数为29ms。35kV侧互感器连接线〔单路电阻1.43Ω,10kV侧为0.03Ω。差动继电器高压侧所接线圈电阻为0.1Ω,低压侧为0.02Ω。1变压器高压侧额定电流为选互感器变比Kn=200/5=40,二次电流为82.5/40=2.06A,电流互感器选30VA5P10,内阻为0.16Ω,其额定二次极限电动势为Esl＝10×5×〔0.16+30/25＝68V。连接导线电阻1.43Ω,差动继电器抽头电阻0.1Ω,高压侧互感器总负荷为0.16+1.43+0.1=1.73Ω。低压侧故障通过电流互感器一次的最大对称短路电流为电流互感器二次电流为ILsc/Kn＝1462/40＝36.55A。电流互感器二次感应电动势为Es＝36.55×1.73＝63.2V。按美国的经验准则〔参见IEEEStdC37.110要求电流互感器额定二次极限电动势Esl大于上述Es的两倍,即要求Eal>2Es＝126.4V。上述电流互感器不能满足要求。如选30VA5P20电流互感器,内阻为0.32Ω。Esl＝20×5×〔0.32+30/25＝152V。高压侧互感器总负荷为0.32+1.43+0.1=1.85Ω。2Es＝2×36.55×1.85＝135.2V,Esl>Eslr=2Es,所选互感器可满足要求。2变压器低压侧额定电流为选择电流互感器变比600/5=120。互感器内阻为0.5。低压侧二次电流为275/120=2.29A,进入差动继电器的电流为√3×2.29=3.96A。低压侧最大短路电流为1462×35/10.5＝4873.3A,二次电流为4873.3/120=40.61A。选电流互感器20VA5P10。互感器内阻为0.5Ω,Esl＝10×5×〔0.5+20/25＝65V。由于低压互感器三角接线,连接导线电阻3×0.03=0.09Ω,差动继电器抽头电阻3×0.025＝0.075Ω,低压侧互感器总负荷为0.5+0.09+0.075=0.665Ω。2Es＝2×40.61×0.665＝54.0V。Esl>2Es,可满足要求。母线差动保护母线差动保护由于外部故障时各支路流过的电流不等,饱和程度也可能不同,容易形成差电流而导致保护误动。这种情况很难靠改善电流互感器特性来改善。一般是由保护装置采取专门措施来解决。高阻抗母线保护克服电流互感器饱和对母线保护影响的方法之一是采用高阻抗差动继电器。此时应采用全分布绕组和低漏磁的套管或环形电流互感器。所有互感器应采用相同变比。尽量采用高变比以减小二次电流及其产生的电压。保护的等值电路和动作原理参见图5。当内部故障和外部故障时,施加于母线差动继电器上的电压是不同的。控制室RlRlKD控制室RlRlKD开关场I2Ix＝I1＋I2I2Ze2Rct2开关场I2Ix＝I1＋I2I2Ze2Rct2Rs2I1I1Ze1Rct1Rs1I1I1Ze1Rct1Rs1IxRsxZex≈0RctxIxRsxZex≈0Rctx图5高阻抗母线保护外部故障动作情况图对于外部故障,假设故障支路X的电流互感器完全饱和〔Ze≈0,最不利情况,继电器感受电压等于外部故障二次电流If〔Ix乘以引接线电阻Rsx和饱和互感器二次绕组电阻Rctx之和。如果该电压小于继电器KD的电压整定值,则继电器不动作。继电器整定值由下式确定：Uset≥If<Rct+KcrRs>式中Uset继电器电压整定值；If最大外部故障电流；Rc电流互感器二次绕组电阻；Kcr接线系数,三相短路为1,相对地短路为2；Rs从电流互感器端子至二次电流汇总端子箱的最大距离电缆电阻。对于内部故障,各电流互感器的二次电流方向相同,迫使其通过高阻抗差动继电器KD,因而形成较高电压使其动作。电流互感器引接线汇总点宜位于开关场,以减小外部故障及互感器饱和时加于继电器的电压。2中阻抗母线保护中阻抗母线保护是一种利用提高差动回路电阻克服电流互感器饱和影响的比例差动保护〔带制动特性的差动保护。一般环流法带制动差动保护,在故障回路互感器饱和情况下,可能失去最大的一支制动电流,如提高差动回路电阻,将迫使其他回路二次电流流经饱和互感器回路,则不致失去制动。由于保护带有制动特性,故差动回路电阻不需要很高,一般称为中阻抗保护。图6示出保护的原理图。图中每个支路的二次电流I2通过中间电流互感器TA变换为I3,设其中x回路为故障回路。这些电流都引向两个二极管,这些二极管按多相全波整流桥接线。整流桥输出端PM之间接有制动电阻Rr。Rr上的压降形成制动电压Ur。差动回路是由Rr的中点引出,经Rd3和差动电流互感器TD的一次绕组回到中间电流互感器的公共点N。差动电流互感器二次电流Id2经全波整流后在Rop上形成动作电压Uop。由于V1和V2的作用,干簧继电器KR在Uop>Ur时动作,在Uop<Ur时不动作。即保护具有制动特性。外部故障时,除故障线电流IX1流出母线外,其他电流IA1IB1等均流入母线,设在半周内电流方向如图所示,IA1IB1等由整流桥的P点流出,经半个制动电阻Rr/2,然后分两路,一路电流为Id1经差动回路、公共点N流回；另一路电流为IX3,经另外半个Rr/2、整流桥M点和TAx的二次绕组流回。增大Rr就可减少Id1和增加IX3,从而使∣Uop∣<∣Ur∣,继电器不动作。内部短路时,所有出线电流均流入母线,所有中间电流互感器的二次电流方向相同。每半个周期内所有这些电流都是流经半个制动电阻Rr/2、Rd3和TD的一次绕组形成回路,此时只有Rr/2上有电流流过,故∣Uop∣>∣Ur∣,继电器动作。由于内部故障时各电流互感器都是电流源,Rd3之值稍大一些,继电器灵敏度不受影响。且干簧继电器动作速度快,动作时间仅1～3ms,可以在电流互感器饱和前动作。3数字式〔微机母线保护以微机为基础的数字式母线保护一般是比例差动保护〔电流差动或工频变化量差动。保护区外故障由于个别电流互感器饱和,可能在差动保护中出现较大差流而导致误动。通常是利用软件实现减少电流互感器饱和的影响。实现的原理一般是利用电流互感器饱和的电流波形与故障电流波形的差异来判别是保护区内故障还是区外故障互感器饱和。电流互感器饱和的电流波形有以下特点：a>电流互感器进入饱和有一定延时,在短路发生的开始阶段,电流互感器可以正确传变一次电流,保护装置可正确判别故障情况。当铁心开始饱和后,互感器二次电流的波形即出现缺损现象而影响保护动作性能。c>当一次电流的瞬时值由正半波趋向负半波时,即一次电流过零点后,电流互感器又有一个可正确传变电流的线性区。对于母线区内故障,在电流互感器未饱和前,保护的故障起动元件和差动元件将同时动作。如果是外部故障电流互感器饱和,故障起动元件可在故障开始时动作,但差动电流仅在互感器饱和后才能出现,这需要经一定延时。由差动元件与起动元件动作时间不同来识别电流互感器饱和。我国生产的微机母线差动保护普遍使用了上述原理克服电流互感器饱和对保护的影响,因而对电流互感器的饱和特性可不提出特殊要求。当然,以上所述只是解决饱和影响的基本原理,实际上各制造厂生产的保护装置还采取了不少改进有关性能的特殊措施。7TP类保护用电流互感器TP类电流互感器的类型和额定参数选择TP类电流互感器的类型考虑暂态特性的保护用电流互感器有以下几类：1>TPS类：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。对剩磁无限制。2>TPX类：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。3>TPY类：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％。4>TPZ类：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。剩磁通实际上可以忽略。性能和额定参数选择TP类电流互感器的性能和额定参数选择除按第4章和第6章的有关规定外,还要着重考虑其暂态特性的要求。在考虑电流互感器暂态特性时,一般将暂态短路电流分为对称电流分量和非对称电流分量两部分,对称短路电流有关标准值如下：1>额定对称短路电流倍数〔Kssc的标准值为：3、5、7.5、10、12.5、15、17.5、20、25、30、40、50。2>额定对称短路短时热电流〔Ith的标准值为方均根值,以kA表示为：6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100。3>额定一次对称短路电流〔Ipsc的优先值由Ipn和Kssc两者的乘积得出,此乘积不必与Ith值完全相等。7.2TP类电流互感器的暂态特性暂态特性近似的基本理论公式1短路电流具有对称分量的短路电流瞬时值的一般表达式为：电流为全偏移时,θ＝0,则：2全偏移短路电流〔式7-2经t秒后的暂态系数为：3为确定互感器尺度而计算暂态系数,则式〔7-3以sinωt=－1代入Ktf,在t=tmax时具有最大值,tmax值为：相应的Ktfmax值为：4暂态尺度〔面积系数对于C-t′-O工作循环,所需暂态尺度系数为：对于C-t′-O-tfr-C-t″-O工作循环,所需暂态尺度系数为：TP类电流互感器暂态特性的推导详见附录B。暂态特性有关参数1额定一次时间常数<Tp>的标准值以ms表示为40、60、80、100、120。实际一次回路的时间常数应根据电力系统实际情况确定。如缺乏实际资料,可采用以下参考数据：a>500kV系统：约100ms；b>220kV系统：约50ms；c>发电机回路：0.2~0.35s；d>发电机变压器组回路：0.15~0.25s。当短路电流由几个不同一次时间常数的支路供给时,总的等值时间常数确定方法参见。2二次回路时间常数一般由制造厂优化确定,必要时用户可提出要求,其值约在以下范围：a>TPS及TPX：几秒到十余秒；b>TPY：数百毫秒至两三秒；c>TPZ：60~70ms。3短路电流偏移系数,一般可取0.65,参见附录C-1。4剩磁系数,可取0.6~0.7,参见附录C-3。7.3TP类电流互感器的误差限值和规范TP类电流互感器的误差限值1>TPS类电流互感器的误差限值TPS类电流互感器的匝数比应等于1/Kn,匝数比误差应不超过±0.25%。准确限值条件由励磁特性确定,且励磁极限二次电压Ual不低于规定值,此电压应使其幅值增大10%时致使相应励磁增大不超过100%。当客户有规定时。在励磁极限二次电压下测得的励磁电流峰值应不超过规定值,如果未指定限值,则励磁电流应不超过折算到二次侧的Ith的10%。由用户规定的励磁二次极限电压,通常如下表示：其中K为客户给定的尺度增大参数,由制造厂的设计确定,但在有些使用条件下,为了与其他设备相配合,可由客户提出其限值。2TPX、TPY、TPZ电流互感器的误差限值在二次回路电阻值调整至Rsn=Rct+Rbn时,误差应不超过下表所列值。表10TP电流互感器误差限值类别在额定一次电流下在准确限值条件下比值差%相位差最大峰值瞬时误差%〔′cradTPXTPYTPZ±0.5±1±1±30±60180±18±0.9±1.85.3±0.6ε=10ε=10εac=107.3.21>各级电流互感器的规范内容如下表所示。表11TP电流互感器规范内容电流互感器的类别TPSTPXTPYTPZ额定一次电流Ipn××××额定二次电流Ips××××额定频率f××××Ith××××Idyn××××规范采用的电流比Kn××××Kssc××××Tp－×××Ts－－－*>－工作循环单：t´,t´al双：t´,t´al,tfr,,t″,t″al－××－Rb××××K×－－－在Ual下的最大Ial×－－－Rct×－－－×适用；－不适用*>：当客户希望获得新设备与现有设备兼容时,在相配合的技术规范中可规定某些参数的限值,例如Ts或Rct但必须承认不同设计之间可能有些差别。。2>TP类电流互感器供货方除提供表11规范所列内容外,尚应补充提供以下内容。表12补充内容电流互感器的类别TPSTPXTPYTPZRct〔在…××××Ktd×××K×－－－Fc－×××Ts－－×－×适用；－不适用TP类电流互感器的应用范围和计算TP类电流互感器的应用范围对TPS、TPX、TPY或TPZ类进行选择,主要取决于电网中保护装置的要求。对保护的基本要求是：a>区内故障保护不应拒动或过度延迟；b>区外故障保护不应误动；c>断路器在切除故障或正常操作断开时,保护不应误动或延迟动作。其中c>对应某些在故障切除后要求保护快速返回的情况,例如断路器失灵保护。下面列举各类TP类电流互感器的一些特点,供保护应用考虑。1TPS类电流互感器TPS类电流互感器除了是低漏磁型外,还要求严格控制匝数比。适用于根据简单环流原理和采用高阻抗继电器的相间故障和接地故障保护系统。由于对剩磁不限制,保护继电器的励磁使用极限,通常由试验和现场经验得出的经验公式确定。若在电流互感器已严重饱和时切断一次电流,将使得二次回路中的电流及磁通由饱和状态快速降低到剩磁水平,保护继电器的复归时间,通常不明显受TPS类电流互感器衰减特性的影响。适用于对复归时间要求严格的断路器失灵保护电流检测元件。2TPX类电流互感器TPX类电流互感器的基本特性一般与TPS类相似,只是有前述不同的误差限值规定,以及可能的影响因数致使结构系数大于1.1。3TPY类电流互感器TPY类电流互感器控制剩磁不大于饱和磁通的0.1p.u。有利于C-O-C-O工作循环的准确限值,适用于采用重合闸的线路保护。在从饱和到剩磁状态的转换期间,与相同尺寸和相同二次外接负荷的TPS或TPX类电流互感器相比,二次回路的电流值更高且持续时间长。不宜用于断路器失灵保护。由于总允许误差限值为10％,暂态尺度系数与二次回路时间常数的关系可用下式表示：100Ktd/<2πfTs>=ε≤10%……〔7-94TPZ类电流互感器对于TPZ电流互感器,剩磁可忽略不计。严重饱和后衰减的二次电流在最初阶段〔继电器返回时比相应的TPY类保持更高数值。这类互感器适用于仅反应交流分量的保护。许多继电器经过输入电流/电压传感器转换被测量然后处理。因此,仅二次电流的交流分量有意义,继电器的复归特性基本上与电流互感器的衰减无关。由于不保证低频分量误差及励磁阻抗低,一般不推荐用于差动保护和断路器失灵保护。TP类电流互感器的准确性验算选择电流互感器时,要求在规定的工作循环中,电流互感器的额定等效二次极限电动势Eal大于保护要求的二次极限电动势Eal′。额定等效二次极限电动势Eal为：Eal≈Kssc×Ktd〔Rct＋RbnIsn≈Kssc×Ktd〔Pi＋Pe/Isn………………〔7－10式中各参数,如Kssc、Rbn等在电流互感器技术规范中容易查到,Rct、Ktd应由制造厂在补充规范〔见表12中列出,Ktd也可由制造厂提供的标准工作循环及时间常数Tp、Ts计算得出。上式中Pi、Pe分别为二次绕组内部功率和外接负荷。保护要求的等效二次极限电动势Eal′为：Eal′＝Kfc×Ktf〔Rct＋RbIsn…………………〔7－11式中Kfc－计算对称短路电流倍数,参见；Ktf－互感器实际要求暂态系数,根据系统的实际工作循环,按公式〔7-6、〔7-7或其简化公式计算；Rb－互感器实际外接负荷。由Eal≥Eal′可得电流互感器额定暂态尺度系数应符合下式要求：TP类电流互感器暂态系数计算1>对于TPS和TPX电流互感器,在t’<tmax和Tp<<Ts情况下,单次通电的暂态尺度系数计算公式〔7-6可简化为：2>对于TPZ电流互感器,其C-O工作循环是以磁通达到最大状态为基础。由于二次回路时间常数Ts的偏差限值已有规定,故Ktd可以直接计算。3>对于TPY电流互感器,暂态系数按公式〔7-3、〔7-5、〔7-6或〔7-7进行计算,公式中以－1取代sinωt。工作循环有关参数可根据电力系统实际情况确定,但二次回路时间常数Ts通常是由制造设计优化确定的,制造厂应按表12提供该数据值。如果产品设计尚未完成,则可以适当初选值代替。Ts可能在较大范围变化,而暂态尺度系数Ktd明显受Ts影响。电流互感器差动电流计算电流互感器用于差动保护时,需要计算暂态过程中的差流。电流互感器在暂态过程中的二次电流推导参见附录〔B-13,可表示为：当A、B两组电流互感器的二次时间常数分别为Tsa及Tsb,并考虑到ωTs>>1,其二次电流isa和isb之差,即差动回路的不平衡电流id为：上述〔7-15式是电流互感器未饱和时的差流,基本上是非周期分量,未出现交流分量,这是由于在分析过程中完全未考虑两互感器的比误差和角误差。对于TPX和TPY类电流互感器,能保证峰值电流误差在限值内,故差流值一般也不会超过电流误差限值。至于TPZ类电流互感器,因不保证非周期分量误差,故差流值无法限制。如果电流互感器出现饱和,则当两互感器磁通饱和及衰减特性不同时,可能出现很大差流。多个电源的一次时间常数〔Tp计算当电网母线具有多个不同时间常数Tp的电源时,可假定各电源供给独立的、具有各自直流偏移量和衰减时间常数的正弦短路电流。对规定的工作循环,在电流互感器中,由各单独电流产生的磁通可用相应的E值表示。这些值的总和代表对电流互感器要求的总磁通。为了简化,假设各正弦电流相位相同。初步计算时,也可将各支路的Tp值按各支路短路电流加权平均,作为等效Tp〔eq用于计算。7.6TP类电流互感器应用实例输电线路保护用电流互感器的选择1设高压输电网有关数据为：断路器额定值：50Hz,额定电流2000A,额定短路开断电流40kA。母线故障短路电流：当地发电厂输入Ip’＝15kA,Tp‘＝240ms；电网输入Ip″＝20kA,Tp"＝60ms。电流互感器：电流比2000/1；外接负荷Rb＝〔3＋4＝7Ω；工作循环：C-O,t’al＝240ms；C-O-C-O,t’＝120ms,t"＝60ms,tfr＝450ms。2现选用TPY电流互感器,如果制造厂提供了如下规范的电流互感器,现验算其是否满足系统要求。TPY；2000/1A；Kssc=20；Tp=100ms；Rct＝3.5Ω；Rbn=7Ω；Kr≤0.1；Ts≥1.35s；工作循环为C-100ms-O-500ms-C-100ms-O。根据〔7-7式,按电流互感器给定的两次通电工作循环代入有关参数,可求得：Ktd亦可由制造厂直接提供。因而电流互感器额定等效二次极限电动势为：Eal＝KtdKssc<Rct＋Rbn>Isn＝30.1×20×10.5＝6321V3现求实际工作条件下要求的等效二次极限电动势Eal′：a>C-O工作循环：t’al＝240ms。当地电源：Tp＝240ms,求得：网络电源：Tp＝60ms,求得：tmax<t’al,相应的Ktfmax值为：要求的二次极限电动势Eal′为：b>C-O-C-O