电流互感器及电压互感器选择

1、电流互感器和电压互感器电流互感器和电压互感器选择及计算方法选择及计算方法主要内容介绍主要内容介绍2013年9月 背景和依据：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：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

2、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 1207

3、1997 电压互感器(eqv 186: 1987) GB 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

4、电流下的稳态性能稳态性能 b) 短路电流偏移（有直流分量）和/或 有剩磁时的暂态性能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52110002TpsnpcdtiiKTIIeIpIs复合误差 适用于电流畸变较严重情况42100ppsniIIIKIeIeIpIs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

5、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

6、考虑稳态特性：包括5P、10P、5PR、10PR、PX，其中PR和PX为IEC颁布的新标准 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 以复合误差误差为指标 5P、5PR：要求稳态复合误差稳态复合误差小于5 10P、10PR：要求稳态复合误差稳态复合误差小于10 TPX、TPY、TPZ：要求暂态复合误差误差小于10 以励磁特性励磁特性为指标 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

7、PX 美国标准IEEE Std C37.110-19960EEk Iek IeE/Ek=1.1Ie/ Iek =1.5 IEC标准TPSE/Ek=1.1Ie/ Iek =2.0IeEEk45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

8、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准确限值电压准确限值电压确定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

9、实际二次负荷下允许的实际二次负荷下允许的Kalf 稳态特性验算方法（1）1 误差曲线误差曲线按误差曲线由 实际负荷Rb求实际可用的Kalf RbKalf Rbn注意注意：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 低漏磁低漏磁CT验算验算低漏磁CT采用下式求实际可用的Kalf Kalf = Kalf 3 PX型型CT验算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

10、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 EslKssc (Rct+ Rb) IsnKtd Kssc (Rct+ Rb) Isn Ieal Iesl EsKalf (Rct+ Rb) Isn Esl (Rct+ Rb) Isn Iesl IesP类(稳态)TP类(暂态)1) 正常运行误差Ies /Isn2) 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图中坐标为对数坐标电流互感器暂态饱和系数Ts=10sKtd

11、Ktfmax电流互感器暂态饱和系数Ts=1sKtd系统暂态饱和的严重性 暂态饱和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期分量值有关 Tp及暂态饱和系数及暂态饱和系数Ktd典型值典型值： 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BBsH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

12、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饱和可能引起保护误动的后果 经济合理性经济合理性考虑暂态保护要求大大加大互感器铁心 运行经验运行经验 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：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

13、机及变压器：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：系统：原则上CT可按稳态短路电流选择P级，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：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

14、 B为TPY特性：Eal时的ie不应超过KsscIsn 的10，即： 100Ktd /2fTs % Eal 则满足要求。 注：对于Ktd ， 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机组机组CT宜考虑暂态不饱和 发电机组发电机组CT参数选择的特点参数选择的特点 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 发电机侧发电机侧CT选用选用TPY，由于穿越电流小， 按

15、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

16、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与制造厂协商提出更严格要求（如5以下） CVT的铁磁谐振：的铁磁谐振：二次

17、端子短路又突然消除短路时： 0.8Un,1.0Un,1.2Un, IL =0,电压在0.5s内恢复到90以上 I.5Un,1.9Un, IL =0,铁磁谐振持续时间不超过2s 电磁式电磁式VT的铁磁谐振及防谐措施的铁磁谐振及防谐措施 中性点不接地系统：在开口三角或中性点与地之间接专用消谐器，选用三相防谐振VT，增加对地电容破坏谐振条件等 中性点直接接地系统：可采用人为破坏谐振条件电压互感器的特殊问题与国际新动向适应与国际新动向适应 IEC标准 本项目内容与IEC标准完全适应 利用IEC新标准（IEC 600441附件1，2000）规定的PR等互感器 与国际应用相适应 与IEEE等的电流互感器应用标准（为适应暂态，ALF加大一倍）相适应 与ABB及西门子等国外大公司提供三峡大机组