电流互感器及电压互感器选择.ppt

1、电流互感器和电压互感器选择及计算方法,主要内容介绍,2013年9月,背景和依据： 系统发展扩大和大容量机组的应用，继电保护和电能计费对CT、PT提出许多新的严格要求。例如，保护用CT如何考虑暂态饱和问题，计量用CT如何保证准确性 IEC颁布一系列新标准，提出许多新型CT，如TP类、PR类、PX类等在工程中如何执行 电子式互感器已开始在电力系统应用，但不够成熟，因此导则只作简要介绍，未提出规定 目的： 全面合理解决电力工程中CT、PT选择和计算中的问题。包括类型和参数选择，性能要求和相关计算方法等 对某些长期未能妥善解决的问题 ，提出合理的规范的解决办法，例如大型发电机是否需要使用TPY问题,编

2、制导则的背景和目的,导 则 适 用 范 围,导则内容主要是电力工程用电流/电压互感器性能和参数选择及计算等二次有关内容，不包括绝缘结构等一次有关内容 导则主要适用常规电流/电压互感器及其辅助互感器，暂不包括电子式互感器、保护内部专用变换器及实验室互感器等,相关的国际标准、国标及行标,GB 12081997 电流互感器（eqv IEC 185: 1987 ） GB 168471997 保护用电流互感器暂态特性技术要求 (idt IEC 60044-6: 1992) IEC 600441 ：2000 电流互感器 第一号修改单 GB 12071997 电压互感器(eqv 186: 1987) GB

3、470384电容式电压互感器 GB/T 174431998 500kV电流互感器技术参数和要求 DL/T 7252000 电流互感器订货技术条件 DL/T 7262000 电压互感器订货技术条件 英国标准 BS 3938：1973 电流互感器规范 IEEE Std C57.13-1993: 互感器要求 IEEE Std C37.110-1996: 保护用电流互感器应用导则,电流互感器类型及性能,分为两大类：1）测量用；2）保护用 测量用电流互感器 重点考核正常运行时的准确性能 保护用电流互感器 重点考核系统短路时的准确性能 a) 对称短路电流下的稳态性能 b) 短路电流偏移（有直流分量）和/或

4、 有剩磁时的暂态性能,电流互感器的准确性能,电流误差（比值差），相位差 适用于电流基本为正弦波，可用相量表示,Ie,Ip,Is,复合误差 适用于电流畸变较严重情况,Ie,Ie,Ip,Is,过去保护用互感器常用10误差实际指比误差，对相角差另有规定,电流互感器重点问题,系统发展和引入市场机制，潮流负荷变化多，如何选择互感器以保证电能测量准确性 各级电压系统如何合理考虑保护用电流互感器的饱和问题，特别是暂态饱和问题，例如超高压系统及大机组的电流互感器暂态饱和严重，如何合理选用互感器及进行必要的正确的验算 实现电流互感器信息共享，避免一组互感器二次线圈过多,测量用电流互感器（1）,测量用电流互感器的

5、准确特性,5 20 100 120%,+0.35 +0.2 0,+0.75,-0.2 -0.35,-0.75,负荷电流变化范围大时应采用S级电流互感器,0.2S级 02级 0.5级,-1.5,+1.5,测量用电流互感器（2）,突出问题是保证电能计量的位置和准确性 0.1级与0.2S级的比较,5 20 100 120%,+0.35 +0.2 0,+0.75,-0.2 -0.35,-0.75,小变比单匝式互感器不易满足较高准确级（如 0.2、0.5）要求,0.2S级 02级 0.1级,保护用电流互感器,类型 主要考虑稳态特性：包括5P、10P、5PR、10PR、PX，其中PR和PX为IEC颁布的新

6、标准 考虑暂态特性：TPS、TPX、TPY、TPZ 准确性能 稳态饱和：影响因素主要是短路电流、二次负荷等 暂态饱和：影响因素主要是短路电流非周期分量和剩磁等。严重时可能需要互感器铁心增大几倍至几十倍,以复合误差为指标 5P、5PR：要求稳态复合误差小于5 10P、10PR：要求稳态复合误差小于10 TPX、TPY、TPZ：要求暂态复合误差小于10 以励磁特性为指标 PX、TPS：要求励磁电压拐点不低于规定值,保护用电流互感器性能指标,电流互感器励磁特性拐点电压,IEC标准PX,美国标准IEEE Std C37.110-1996,0,E Ek,Iek Ie,E/Ek=1.1 Ie/ Iek =

7、1.5,IEC标准 TPS,E/Ek=1.1 Ie/ Iek =2.0,Ie,E Ek,45,克服电流互感器饱和影响的措施,恰当选择电流互感器性能和参数，使在工程的实际短路情况下CT不致饱和或影响不大 保护装置采取措施减缓CT饱和影响 当前母线保护一般采取了抗饱和措施，可以适当降低对CT的要求。微机母线保护技术条件（DL/T 6701999）要求保护装置不受CT暂态饱和影响。各种保护的性能差别很大，应由研制部门提出具体的选择CT的方法 其它微机保护宜采取抗CT饱和措施，但在制造部门提出具体选择CT方法前，暂考虑由适当选择CT性能参数来防止饱和或减缓其影响,电流互感器稳态特性验算,CT准确限值电

8、压确定CT保持准确性条件 Esl= Kalf Esn =Kalf Isn (Rct +Rbn ) CT参数举例：5P20，30VA， Isn 5A ， Rct未提供 可选择条件Esl 、Kalf （ALF）、Rb 、 Rct由制造厂确定 一般要求 准确限值系数Kalf (ALF)大于稳态短路电流倍数 实际二次负荷小于CT额定负荷 存在问题及处理办法 由于系统容量大， Kalf 值往往不够 由于微机保护的应用，二次负荷有较大裕度 为合理利用CT，对其性能进行较精确计算， 求取实际二次负荷下允许的Kalf,稳态特性验算方法（1）,1 误差曲线 按误差曲线由 实际负荷Rb求实际可用的Kalf ,Rb

9、,Kalf ,Rbn,注意：除低漏磁CT外，厂家提供的曲线必须是由直接法试验求得或经误差修正的,Kalf,2 低漏磁CT验算 低漏磁CT采用下式求实际可用的Kalf Kalf = Kalf 3 PX型CT验算 在要求的计算倍数KX 下，二次电动势不能超过拐点电压Ek KX (Rct+ Rb) IsnEk,稳态特性验算方法（2）,(Rct+ Rbn) ( Rct + Rb),电流互感器暂态特性短路电流非周期分量引起,短路电流偏移,电流互感器磁通变化,暂态饱和系数：,K tf m,非周期分量引起饱和磁通及电流,P类与TP类互感器特性的比较,Eal,Esl,Kssc (Rct+ Rb) Isn,Kt

10、d Kssc (Rct+ Rb) Isn,Ieal,Iesl,Es,Kalf (Rct+ Rb) Isn,Esl,(Rct+ Rb) Isn,Iesl,Ies,P类(稳态),TP类(暂态),1) 正常运行误差Ies /Isn 2) 稳态短路误差 Iesl / (Kalf Isn) 3) 暂态误差 Ieal / (Kssc Isn)= Ktd /(wTs) 注：ALF Kal f Kssc (暂态) 图中坐标为对数坐标,电流互感器暂态饱和系数,Ts=10s,Ktd,Ktfmax,电流互感器暂态饱和系数,Ts=1s,Ktd,系统暂态饱和的严重性,暂态饱和严重性与一次时间常数Tp、短路持续时间及非周

11、期分量值有关 Tp及暂态饱和系数Ktd典型值： 系统设备 TP 最大Ktd 一般Ktd 大型发电机 200350ms 60 约30 大型发电机变压器组 150250ms 50 约25 500kV系统 约100ms 30 约20 220kV系统 约60ms 20 约14 110kV及以下系统 30ms以下 10 10,电流互感器的剩磁,B Bs,H,正常负荷电流很小，很难消除剩磁。美国230kV141组CT测试结果： 剩磁020 占39 2140 占18 4160 占16 6180 占27,电流互感器剩磁影响,剩磁50,剩磁75,暂态饱和严重性暂态系数的可能值 饱和可能引起保护误动的后果 经济合

12、理性考虑暂态保护要求大大加大互感器铁心 运行经验 500kV系统普遍使用考虑暂态的TP类互感器 220kV系统少数考虑，大部分系统未考虑暂态 发电机出线CT一般未考虑暂态，但有较大裕度。TP类CT安装可能存在困难 国外应用经验,各级电压系统对待暂态饱和的原则,对电流互感器选择的建议,500kV线路及主变：CT要求保证暂态不饱和，一般可选用TPY，按标准计算方法验算 大型发电机及变压器：300MW及以上发电机组，CT要求保证暂态不饱和，高低压侧均选用TPY。300MW以下机组可选用5P或5PR，要求选择适当准确限值系数Kalf （不低于30？） 220kV系统：原则上CT可按稳态短路电流选择P级

13、，但应适当提高Kalf （或饱和电压）以减缓暂态影响，提高倍数可确定为2。220kV及以下系统中的发电机和发变组可按同样原则处理 110kV系统：CT按稳态短路选择，不考虑暂态,适用暂态要求的TP类CT,Ee A为TPX和TPS特性：TPX在Eal时的ie引起的误差不超过KsscIsn 的10，TPS的KKssc Isn(Rct+ Rb)Eal B为TPY特性：Eal时的ie不应超过KsscIsn 的10，即： 100Ktd /2fTs %10% C为TPZ特性: Eal时的ie交流分量不应超过10,Ee= Kssc Isn(Rct+ Rb) （稳态励磁电动势）,Eal=KtdKssc Isn

14、(Rct+ Rb) （暂态等值电动势）,A B C,ie (Ee 及ie均为对数坐标),TP类电流互感器应用特点,TPS（PX）：励磁阻抗高，励磁特性和变比误差小，适用高阻抗差动保护。 TPY：保证暂态误差及剩磁在规定限值内，应用较广。 TPZ：仅保证交流误差，保护必须有良好滤波措施。不能全面反映一次电流，用于发电机变压器保护，可能有困难。 TPY、TPZ断电后衰减 慢，不能用于失灵保护 的断电判别回路。,电流互感器暂态特性计算,基本计算公式前提是CT未饱和，励磁特性曲线为线性，不计及磁滞回线，非周期分量最大 C-O循环 C-O-C-O循环,暂态特性计算用参数,一次时间常数 Tp 按系统实际回

15、路取值， 多个不同Tp回路并联，不宜简单加权平均 二次时间常数TS 按实际负荷Rb修正 TPS、TPX： 约310s TPY： 约0.83s TPZ： 60ms6ms P：没有规定，实际为一至几十秒 计算持续时间 检验区内故障可靠性按保护(不含CB)动作时间 检验区外故障安全性按保护加CB动作时间,TP类CT暂态特性实用计算,新产品开发 用户给出技术规范，包括：一次及二次电流，一次时间常数Tp，二次额定负荷Zbn ，稳态短路电流Kssc ，规定工作循环（C-O, C-O-C-O） 制造部门通过设计优化确定暂态面积系数Ktd及二次时间常数Ts ，提供暂态误差要求的产品 选用定型产品Tp 根据定型

16、产品的技术规范，如Tp 、 Ts 、 Kssc 、 Ktd 、 Zbn验算是是否满足实际工作循环要求,线路保护用CT暂态特性校验,选用定型TPY互感器，校验能否满足实际系统工作需要。产品提供规范包括： Ipn，Isn，Tp，Tsn，Kssc，Ktd，Zbn，Zct 。 根据Zbn、Zct及实际Zb修正Tsn为Ts，由Tp、Ts及实际工作循环求出需要的Ktd 。 CT额定等效二次极限电动势： Eal=Kssc Ktd ( Rct + Rbn) Isn 考虑暂态要求的等效二次极限电动势： Eal =Kpcf Ktd ( Rct + Rb) Isn 如Eal Eal 则满足要求。 注：对于Ktd ，

17、 TP按计算值， P、PR及TPS按用户给定 Ktd 计算，一般按非周期分量最大，未计及剩磁,大型发电机及发变组CT,300MW600MW机组CT宜考虑暂态不饱和 发电机组CT参数选择的特点 一次时间常数很大，CT暂态严重 高压侧通常选用TPY，要求低压侧CT特性协调 外部故障穿越短路电流小（37倍 发电机回路空间小，互感器不能过大过重 相邻相电流影响严重，应有可靠屏蔽措施 发电机侧CT选用TPY，由于穿越电流小， 按高压侧短路Ktd Kssc总倍数一般小于60，按低压侧短路Ktd Kssc一般小于140，比高压侧小得多（ 高压侧由于Kssc通常选用1520，总倍数达300500）。能够适应安

18、装条件,继电保护抗饱和措施及其它,保护抗饱和措施 本标准未专门讨论保护的抗饱和措施 母线保护要求至少有抗暂态饱和能力 微机保护有较强抗饱和潜力，应要求其它保护充分利用，以有利互感器的选择 新型电子式互感器 一般无铁心，不存在饱和问题 已有国际标准 IEEE 60044-7/8 因国内使用经验不多，本标准尚未包括,电压互感器的配置 500kV双母线：出线及母线装三相 一个半开关接线：线路装三相，母线按保护和测量要求装一相或三相 220kV双母线：母线装三相，线路装一相。对于大型发变电工程双母线，通过技术经济比较，线路可装三相 电压互感器的准确性 测量：0.13级。保证准确性电压范围80120，频率 范围99101 保护：3P、6P。保证准确性电压范围5150 （5%190)，频率范围96102,电压互感器的配置及准确性,CVT的暂态响应：二次短路，Us应在f 一个周期内降至Usn 的10以下 (IEC规定，适用于一般情况下的机电型继电器）。对于快速保护（静态型，微机型）、短线、电流小情况应由用户