浅谈电流互感器部分参数的选型误区

浅谈电流互感器部分参数的选型误区

任挺王兆军

（西安西电开关电气有限公司西安710077）

摘要：电流互感器是电网中常用的设备。本文介绍了在电流互感器电气参数选型中的某些误区。

关键词：电流互感器；仪表保安系数；暂态工作循环；多抽头CT

电流互感器是电网中常用的设备，它是在电网中将大电流变换为可以测量的小电流，供给仪表和继电保护装置实现测量、计量、保护等作用。

本文介绍了在选择电流互感器的某些电气参数时需要注意的问题，希望能够与读者在使用电流互感器方面进行讨论。

1、仪表保安系数

额定仪表限值一次电流（IPL）是指在额定二次负荷下电流互感器复合误差大于或等于10％时的最小一次电流。仪表保安系数（FS）是额定仪表限值一次电流与额定一次电流的比值，其标准值为5和10，习惯上与准确度一起表示，如0.2FS10。简单地说，当发生短路时一次电流增长到额定一次电流的几倍到几十倍。在一次电流小于额定仪表限值一次电流时，测量级电流互感器的二次电流能够保证误差；当一次电流大于额定仪表限值一次电流时，电流互感器的复合误差超过10%，说明铁芯已开始趋于饱和，二次电流的上升不再与一次电流成线性，上升非常缓慢，从而保护测量级电流互感器的二次回路中的仪器仪表的安全。

标准GB20840.2《互感器第2部分：电流互感器的补充技术要求》规定“仪表保安系数标准值为FS5和FS10。”在选型时通常对此不做要求，默认测量级CT保证FS10,。但有些设计在选型时为了严格要求，将仪表保安系数限定为5。为了保证仪表保安系数FS5的要求，需要在CT线圈二次侧串联速饱和线圈。图1为串联速饱和线圈的电流互感器的接线方法。在电流互感器的主线圈的二次绕组串联一个速饱和线圈，速饱和线圈的匝数与主线圈二次绕组匝数相同，变比为1:1。当主线圈的二次电流达到额定值的5倍时，速饱和线圈达到磁通量饱和，二次电流ISC不再上升，保证了仪表保安系数FS5的要求，但是同时带来了接线复杂、成本上升的问题。

图1串联速饱和线圈的电流互感器

DL866对此进行了说明。DL866-2015《电流互感器和电压互感器选择及计算导则》中规定：“4.2.4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，测量用电流互感器宜采用具有仪表保安限值的互感器，仪表保安系数宜选择10，也可选择5。”由标准DL866的条文可以看出，标准DL866对仪表保安系数是推荐选择10。这是因为目前使用的数字采样式仪表都是电子式仪表，仪表输入电流增大并不会造成损坏仪表的问题，因此可以不限制仪表保安系数。但是考虑到对电流互感器二次电流的增长需要有一个限值，而不宜完全不要求，所以标准DL866推荐选择仪表保安系数10。在编写技术规范时可以不做要求，默认值为10。

2、多抽头电流互感器的容量

具有二次绕组抽头的电流互感器是指在二次绕组中有多个端子引出，通过接入不同的抽头可以获得不同的电流比。电流互感器二次绕组所接入的负荷，应保证实际二次负荷在25%~100%额定二次负荷范围内，但是在实际工程中很难做到。运行初期传输功率可能非常小，此时一、二次电流都非常小，二次负荷远远低于额定二次负荷的25%。所以测量、计量用电流互感器通常需要带抽头。在实际二次负荷远远低于额定二次负荷的情形，就应更换抽头。

图2二次绕组有中间抽头电流互感器

对二次绕组带抽头的多变比电流互感器，精度要求指的是最高变比的情况，所标的负载容量也是指最高抽头。GB20840.2中规定“二次绕组带有抽头的电流互感器准确度性能：对所有的准确级，除非另有规定，其准确度要求是指最大的变比。”DL866中规定“二次绕组抽头方式：二次绕组抽头理论上可以在首末端之间的任意部位，一般常用中间抽头。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，保护级不采用二次抽头方式获得更小的电流比。”由以上可以看出，标准认为保护级电流互感器不适合二次绕组抽头，测量和计量用电流互感器使用二次绕组抽头，二次抽头的输出容量若没有特别指明则默认抽头容量不作要求，输出容量是指最大变比的容量，抽头的容量与匝数应当成比例减少。

但是在工程应用中却与之相反，客户会要求每个变比都满足容量的要求，所以电流互感器厂家通常是按照最小变比满足额定输出容量来设计和制造的。每个变比的额定输出容量与二次绕组匝数成正比，所以最大变比的额定容量远大于标称容量。

根据参考文献2的调查数据可知，电流互感器实测二次负荷绝大多数分布在5VA以内(折算为额定二次电流1A)，但额定容量主要为15～50VA。当前互感器设计中的额定二次负荷选型绝大多数不满足规程规定的“实际二次负荷在25%~100%额定二次负荷范围内”。并且互感器的额定二次负荷是抽头的负荷，当使用最大变比时额定二次负荷会更大。互感器额定二次负荷设计值过大，互感器实际负荷下误差将偏正而影响计量性能，由此导致关口电能计量装置多计电量，影响电能贸易结算的公平公正，同时也会使得互感器尺寸过大，提高了加工难度和成本。

综上所述，在电流互感器二次负荷选型时，应按照“实际二次负荷在25%~100%额定二次负荷范围内”的原则，且此处应明确二次负荷指的是最大变比的负荷。

3、暂态保护用电流互感器的工作循环

暂态保护用电流互感器的工作循环分为单循环C-O和双循环C-O-C-O。第一次故障持续时间（t’）是指C-O工作循环的持续时间或C-O-C-O工作循环的第一次故障持续时间，第二次故障持续时间（t’’）是指C-O-C-O工作循环的第二次故障持续时间。故障的准确限值规定时间是指在通电时间应保持规定准确度的时间。例如TPY级电流互感器常见的工作循环为C-100（40）-O-800-C-100（40）-O，意思为第一次故障持续时间为100ms，其中前40ms应保持规定准确度，经过800ms的无电流时间后第二次故障持续时间为100ms，其中前40ms应保持规定准确度。

对在变压器回路中使用的TPY线圈，断路器没有重合闸的要求，但工作循环宜选择双循环。DLL866中规定“7.2.7.2高压侧为330kV及以上电压等级的降压变压器差动保护回路各侧宜采用TPY级电流互感器，高、中压侧宜按外部线路故障单相重合闸两次工作循环校验暂态特性。低压侧为三角接线时，可按外部三相短路单工作循环校验暂态特性；”标准要求，330kV及以上变电站的主变回路宜采用TPY级CT，且高、中压侧宜选用双循环。

4、结语

本文介绍了电流互感器参数的几个选型误区：

1）电流互感器仪表保安系数应选择FS10，不需要选择FS5；

2）多抽头的电流互感器的容量应当按照最大变比考虑，并使得“实际二次负荷在25%~100%额定二次负荷范围内”；

3）330kV及以上变电站的主变回路采用TPY级CT，工作循环应选择双循环。

希望能够对读者在使用互感器方面有所帮助。

参考文献

[1]王兆军,白妮,张健,等.互感器常用电气参数简介[J].电气时代,2017(12):81-84.

[2]陈晓明,王晓琪,郭克勤,等.互感器二次负荷调查统计与分析[J].高压电器,2014(5):63-68.

作者简介

任挺，1984年12月，男，陕西省西安人，工程师，西安交通大学电气工程专业硕士，现主要从事高压开关设备的设计和制造。

王兆军，通信作者。1975年7月，男，江苏省睢宁人，高级工程师，毕业于华中理工大学电力工程系，现主要从事高压开关设备的设计和制造、电气设备集成。