保护用暂态电流互感器

电流互感器的暂态饱和及应用计算1前言保护用电流互感器要求在规定的一次电流范围内，二次电流的综合误差不超出规定值。

对于有铁心的电流互感器，形成误差的最主要因素是铁心的非线性励磁特性及饱和。

电流互感器的饱和可分为两类：一类是大容量短路稳态对称电流引起的饱和(以下称为稳态饱和)；另一类是短路电流中含有非周期分量和铁心存在剩磁而引起的暂态饱和(以下称为暂态饱和)。

这两类饱和的特性有很大不同，引起的误差也差别很大。

在同样的允许误差条件下，考虑暂态饱和要求的互感器铁心截面可能是仅考虑稳态饱和的数倍至数十倍。

因而对互感器造价及安装条件提出了严峻的要求。

以往在中低压系统和发电机容量较小的情况下，互感器暂态饱和的影响较轻，一般未采取专门对策。

而对当前的超高压系统和大容量机组，为保证继电保护的正确动作，暂态饱和已成为必须考虑的因素。

由于互感器暂态饱和的机理和计算较复杂，要求互感器暂态不饱和所需代价很高，因而在实际工程中应用情况较混乱。

本文根据国内外的标准和应用经验，提出较规范的考虑暂态饱和的互感器选择和计算方法，供工程应用参考。

作为示例，本文给出大型发电机变压器组差动保护用电流互感器的选择计算及参数选择的建议。

2电流互感器的稳态饱和特性及对策当电流互感器通过的稳态对称短路电流产生的二次电动势超过一定值时，互感器铁心将开始出现饱和。

这种饱和情况下的二次电流如图1所示，其特点是：畸变的二次电流呈脉冲形，正负半波大体对称，畸变开始时间小于5ms(1/4周波)，二次电流有效值将低于未饱和情况。

对于反应电流值的保护，如过电流保护和阻抗保护等，饱和将使保护灵敏度降低。

对于差动保护，差电流取决于两侧互感器饱和特性的差异。

例如某一1200/5的电流互感器，制造部门提供的规范为［1］：5P20，30V A。

其中5P为准确等级，30V A为二次负荷额定值，20为准确限值系数(ALF)。

电流互感器在额定负荷下的二次极限电动势E s＝(ALF)·I sn·(R ct＋R bn)，此时综合误差应不超过5%。

电压电流互感器准确等级集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）电压、电流互感器准确等级根据电流互感器在额定工作条件下所产生的变比误差规定了准确等级。

准确级是指在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差的百分值。

国产电流互感器的准确等级有：0.01；0.02；0.05；0.1；0.2；0.5；1；3；10级。

按照国家标准《电流互感器》GB1208-75规定，电力系统用电流互感器的误差限值。

带S的是特殊电流互感器，要求在1％－120％负荷范围内精度足够高，一般取5个负荷点测量其误差小于规定的范围；0.1级以上电流互感器，主要用于实验室进行精密测量，或者作为标准，用来校验低等级的互感器，也可以与标准仪表配合，用来校验仪表，所以叫做标准电流互感器；在工业上，0.2级和0.5级互感器用来连接电器测量仪表，要求误差20％－120％负荷范围内精度足够高，一般取4个负荷点测量其误差小于规定的范围（误差包括比差和角差，因为电流是矢量，故要求大小和相角差），而3.0级及以下等级互感器主要用于连接某些继电保护装置和控制设备，如5P，10P的电流互感器一般用于接继电器保护用，即要求在短路电流下复合误差小于一定的值，5P即小于5％，10P即小于10％；标有B（或D）级的电流互感器，用来接差动保护和距离保护装置。

所以电流互感器根据用途规定了不同的准确度，也就是不同电流范围内的误差精度。

保护用电流互感器按其功能特性分级如下：保护用电流互感器按用途分为稳态保护用（P）和暂态保护用（TP）P级：准确限值规定为稳态对称一次电流下的复合误差，无剩磁限值。

5P20表示在加20倍额定电流的情况下，误差小等于5%暂态保护用电流互感器准确级分为TPX、TPY、TPZ三个级别。

TPS 级：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。

无剩磁限值。

TPX级：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。

电流互感器的相关知识汇总2014年3月15日电流互感器主要由三部分组成：铁心、一次线圈和二次线圈。

由于铁心磁阻的存在，电流互感器在传变电流的过程中，必须消耗一小部分电流用于激磁，使铁心磁化，从而在二次线圈产生感应电势和二次电流，电流互感器的误差就是由于铁心所消耗的励磁电流引起的。

由于激磁电流和铁损的存在，电流互感器一次电流和二次电流的差值是一个向量，误差包括比值差和相角差。

影响误差的因素：1、电流互感器的内部参数是影响电流互感器误差的主要因素。

⑴二次线圈内阻R2和漏抗X2对误差的影响: 当R2增大时比差和角差都增大; X2增大时比差增大，但角差减小，因此要改善误差应尽量减小R2和适当的X2值。

由于二次线圈内阻R2和漏抗X2与二次负载Rfh和Xfh比较而言值很小，所以改变R2和X2对误差的影响不大，只有对小容量的电流互感器影响才较显著。

⑵铁芯截面对误差的影响：铁芯截面增大使铁芯的磁通密度减少，励磁电流减小，从而改善比差和角差。

没有补偿的电流互感器在额定条件下铁芯的磁通密度已经很小，所以减少磁通密度也相对减小了导磁系数，使励磁电流减小不多，而且磁通密度越小效果越差。

⑶线圈匝数对误差的影响: 增加线圈匝数就是增加安匝，增加匝数可以使磁通密度减小，其改善误差的效果比增加铁芯截面显著得多。

但是线圈匝数的增加会引起铜用量的增加，同时引起动稳定倍数的减少和饱和倍数的增加。

此外，对于单匝式的电流互感器（如穿心型或套管型电流互感器一次线圈只允许一匝）不能用增加匝数的办法改善误差。

⑷减少铁芯损耗和提高导磁率。

在铁芯磁通密度不变的条件下，减少铁芯励磁安匝和损耗安匝也将改善比差和角差，因此采用优质的磁性材料和采取适宜的退火工艺都能达到提高导磁率和减少损耗的目的。

铁芯磁性的优劣还影响饱和倍数，铁芯磁性差时饱和倍数较校。

2、运行中的电流互感器的误差当电流互感器已经定型，其内部参数就确定了，那么它的误差大小将受二次电流（或一次电流）、二次负载、功率因数以及频率的影响。

继电保护工练习题（含参考答案）1、当系统发生故障时，正确地切断离故障点最近的断路器，是继电保护装置的（）的体现。

A、可靠性B、选择性C、灵敏性D、快速性答案：B2、智能变电站自动化系统可以划分为（）三层。

A、站控层；间隔层；过程层B、控制层；隔离层；保护层C、控制层；间隔层；过程层D、站控层；隔离层；保护层答案：A3、系统接地短路时，零序电流的大小和分布是与系统中变压器中性点接地的（）有很大关系。

A、数目和阻抗B、数目和位置C、都无关系D、阻抗和位置答案：B4、被保护线路发生三相短路时，相间距离保护感受的阻抗（）接地距离保护感受的阻抗。

A、小于B、大于C、不能确定D、等于答案：D5、()是实现变电站运行实时信息数字化的主要设备之一。

A、电子式传感器B、传输系统C、电子式互感器D、智能交互终端答案：C6、在同一个小接地电流系统中，所有出线装设两相不完全星形接线的电流保护，电流互感器装在同名相上，这样发生不同线路两点接地短路时，可保证只切除一条线路的几率为（）。

A、2/3B、1/6C、1/3D、1/2答案：A7、固定连接式母线保护在倒排操作时，I母发生故障，则母差保护跳()。

A、I母和II母B、II母C、I母D、拒动答案：A8、中性点经装设消弧线圈后，若接地故障的电感电流大于电容电流，此时补偿方式为()。

A、欠补偿方式B、过补偿方式C、不能确定D、全补偿方式答案：B9、灯光监视的断路器控制和信号回路，红灯亮表示（）。

A、断路器在合闸状态，并表示其合闸回路完好B、断路器在合闸状态，并表示其跳闸回路完好C、断路器在跳闸状态，并表示其合闸回路完好D、断路器在跳闸状态，并表示其跳闸回路完好答案：B10、为增强继电保护的可靠性，重要变电站宜配置两套直流系统，同时要求（）。

A、任何时候两套直流系统均不得有电的联系B、两套直流系统同时运行互为备用C、正常时两套直流系统并列运行D、正常时两套直流系统分列运行答案：D11、对于单侧电源的双绕组变压器，采用带制动线圈的差动继电器构成差动保护，其制动线圈()。

保护用电流互感器的准确级及误差限值如何计算？（1）各类准确级误差限值（a) P类和PR类电流互感器电流互感器的准确级以在额定准确限值一次电流下允许复合误差的百分数标称，标准准确级为：5P,10P,5PR,10PR。

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7的值表7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（%）（‘）（rad)5P,5PR ±1 ±60 ±1.8 510P,10PR ±3 - - 10发电机变压器主回路、220KV及以上电压线路宜采用复合误差较小的5P或5PR级电流互感器。

其他回路可采用10P或10PR级电流互感器。

P类和PR类保护用电流互感器能满足复合误差要求的准确限值系数，Kalf一般可取5、10、15、20、25、30和40。

必要时，可与制造厂家协商，采用根大的Kalf值。

（b) TP类电流互感器：TP类电流互感器一般用在220KV级以上高压和超高压系统中，在这里不予说明。

（2）P、PR和PX类电流互感器的选择计算P、PR类电流互感器用于稳态要求的线路或变压器，只校验其稳态性能。

电流互感器通过规定的保护校验故障电流Ipef时，其误差应在规定范围内，Ipef和Ipn之比称为故障校验系数Kpef。

Ipef按以下原则确定：（a）按可信赖性要求，Ipef应按区内最严重的短路电流确定，对于过流保护和距离保护，应考虑两种情况：（1）在保护区内末端故障时，Ipef流过电流互感器的最大短路电流Iac.max;(2)在保护安装点近处故障时，允许电流互感器的误差超过规定值，但必须保证保护装置的可靠性和快速性。

（b) 按安全性要求，Ipef应按区外最严重的短路电流确定。

按下列条件进行计算：1）一般选择计算：电流互感器的额定准确限值一次电流Ipel应大于保护校验故障电流Ipef，必要时，还应考虑电流互感器暂态饱和的影响，即准确限值系数Kalf应大于K*Kpef,K为用户规定的暂态系数；电流互感器的额定二次负荷应大于实际二次负荷。

保护用电流互感器有不同的准确级，以满足不同场合和系统的需求。

以下是一些常见的保护用电流互感器准确级及其设计要点：稳态保护准确级：稳态保护准确级主要反映稳态短路电流，根据不同国家采用的标准，其准确级号有所不同。

例如，在IEC标准中，稳态保护级有P级、PX级和PR级。

稳态保护准确级的设计要点是：电流测量范围：需覆盖短路电流的大小。

测量精度：一般要求测量误差在±0.5%以内。

响应时间：要求能在短时间内准确反映电流的变化。

暂态保护准确级：暂态保护准确级主要反映短路暂态电流，其准确级号在不同的标准中也有所不同。

例如，在IEC标准中，暂态保护级有PR级、PRD级和PTD级；在美国标准中，有C级和T级。

暂态保护准确级的设计要点是：电流测量范围：需覆盖短路暂态电流的大小。

测量精度：要求在短时间内准确测量暂态电流的变化。

响应时间：要求能在极短时间内准确反映电流的变化。

动态特性：要求能正确区分正常波动和故障暂态电流。

过负荷保护电流互感器：过负荷保护电流互感器主要用于线路过负荷时的报警和保护。

其设计要点是：电流测量范围：需覆盖线路正常和过负荷时的电流。

测量精度：要求在过负荷时能准确报警或触发保护装置。

响应时间：要求能在短时间内发出报警或触发保护装置。

差动保护电流互感器：差动保护电流互感器主要用于变压器、发电机和电动机等设备的差动保护。

其设计要点是：电流测量范围：需覆盖设备正常运行和故障时的电流。

测量精度：要求在差动保护范围内能准确测量电流的大小和相位。

响应时间：要求能在短时间内准确反映电流的变化。

动态特性：要求能正确区分正常波动和故障电流。

接地保护电流互感器（零序电流互感器）：接地保护电流互感器主要用于线路接地故障时的保护和报警。

其设计要点是：电流测量范围：需覆盖线路正常和接地故障时的电流。

测量精度：要求在接地故障时能准确报警或触发保护装置。

响应时间：要求能在短时间内发出报警或触发保护装置。

保护用电流互感器饱和影响因数及应对措施电力系统不行避开的会发生短路，一旦发生短路，回路电流就会急剧增大，对配电设备和用电设备都将产生特别大的影响，严峻时甚至会烧毁一次设备。

爱护用电流互感器的作用就是在电力系统中发生短路状况，快速将短路信号发送给继电爱护装置切断回路，保证电网平安稳定运行。

爱护用电流互感器的饱和直接影响爱护用电流互感器的性能，造成继电爱护装置动作的正确性。

那么哪些因素是影响影响爱护用电流互感器饱和的主要缘由。

一、爱护用电流互感器饱和的影响因数电流互感器的饱和打算了互感器的精确限值。

1.P类爱护用电流互感器饱和的影响因数P类电流互感器的精确限值由对称故障电流下的误差确定，影响电流互感器饱和的因素主要是：● 短路电流幅值；● 二次回路(包括互感器二次绕组)的阻抗；● 电流互感器的工频二次励磁阻抗；● 电流互感器匝数比等。

2.TP类爱护用电流互感器饱和的影响因数● 短路电流偏移程度；● 短路电流中直流重量衰减的时间常数；● 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重量时，特性将严峻恶化，即所需励磁电流(磁链)大大增加，极简单导致互感器饱和。

特殊在超高压系统和发电厂四周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。

二、削减电流互感器饱和影响的措施削减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，以削减互感器饱和程度，包括采纳TP类电流互感器。

另一类是在爱护动作原理和特性实行措施削减饱和影响。

措施内容及应用状况如下：1.爱护装置实行措施降低爱护用电流互感器饱和影响对某些受饱和影响严峻的爱护装置，如母线爱护，已开发了一批能克服互感器饱和影响的爱护装置，例如高阻抗爱护，中阻抗爱护及某些微机母线爱护等，并已得到广泛应用。

特殊是微机爱护，可以采纳多种原理通过软件实现减轻饱和影响。

实际工程中，有条件时应优先采纳这类爱护。

电流互感器的准确级一：电流互感器的准确级电流互感器根据测量误差的大小可划分为不同的准确级。

准确级是指在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差。

带S（special特殊）特殊电流互感器，要求再1%——120%负荷范围内精度足够高，一般取5个负荷点测量其误差小于规定的范围，不带S的是取4个负荷点测量其误差小于规定的范围。

0.2级和0.2S级圴是针对测量用电流互感器，其最大的区别是在小负荷时，0.2S级比0.2级有更高的测量精度；主要是用于负荷变动范围比较大，而有些时候几乎空载的场合。

在实际负荷电流小于额定电流的30%时，0.2S级的综合误差明显小于0.2级电流互感器。

准确级一次电流为额定的百分数（%）误差限值二次负荷变化范围电流误差（%）相位差（’）0.2 1020100—120 ±0.5±0.35±0.2±20±15±10（0.25-1）S2n0.5 1020100—120±1±0.75±0.5±60±45±301 10 ±2 ±12020 100—120 ±1.5±1±90±603 50—120 ±3 不规定（0.5-1）S2n二：保护型准确级保护用电流互感器按用途分为稳态保护用（P代表保护）和暂态保护用（TP）两类。

1、护用电流互感器的准确级常用的有5P和10P。

由于短路过程中I1和I2的关系复杂，故保护级的准确级是以额定准确限值一次电流下的误差标称的。

所谓额定准确限值一次电流即一次电流为额定一次电流的倍数。

5P20的含义为：该保护CT一次流过的电流在其额定电流的20倍以下时，此CT的误差应小于±5％。

准确级电流误差（%）相位差（’）复合误差（%）在额定准确限值一次电流下在额定一次电流下5P ±1 ±60 510P ±3 - 102、暂态保护用电流互感器的准确级分为TPX、TPY、TPZ。

某水电站发变组差动保护用TPY电流互感器暂态性能校核计算[摘要] 阐述了继电保护装置可靠动作对其电流互感器抗饱和特性的要求，根据发电机变压器设备、TPY电流互感器厂家参数及水电站电气主接线情况，通过选择各短路点进行电流互感器等效二次极限电势及暂态误差的计算结果来校验，为厂站内继电保护装置的准确性及可靠性提供强大保障。

[关键词] 电流互感器；暂态饱和；校核计算；可靠性[中图分类号] TM622 [文献标识码] A [文章编号] XXXXXX]0 前言当电力系统发生严重短路、过载等故障时，电流互感器铁芯磁通发生饱和，励磁电流会增大并产生非线性传变电流，导致测量误差增大，若超过其允许的误差范围而性能不能满足要求时，导致继保装置误动作，严重时有可能会使电流互感器损坏。

因此，在电力系统中正确的选择和配置电流互感器对继保装置的可靠性及系统的正常运行非常重要。

某水电站位于四川省甘孜洲雅江县境内，电站装有6台单机额定功率为50万千瓦的机组，是四川电力系统中重要电站之一，本文结合厂家设备参数对此水电站发变组差动保护用TPY电流互感器进行暂态饱和性能校核计算，验证电流互感器配置和选型是否合理，是否满足工程和电力系统运行要求。

1 厂家设备原始参数1.1 发电机设备参数额定容量：555.6MVA额定功率：500MW额定电压：18kV额定电流：17821.4A直轴超瞬变电抗：0.20定子绕组电阻1.2 主变压器设备参数额定容量：558MVA额定电压：550/18kV阻抗电压（高-低）：14%联结组别：YN,d11负载损耗：1078kW1.3 机端和主变低压侧电流互感器厂家参数额定电流比：25000/1A额定容量：10VA二次绕组电阻值额定二次时间常数短路电流倍数：4.8，对应额定工作循环：C-100ms-O短路电流倍数：1.3，对应额定工作循环：C-100ms-0-800ms-C-100ms-O1.4 主变高压侧电流互感器厂家参数额定电流比：2000/1A额定容量：20VA二次绕组电阻值额定二次时间常数短路电流倍数：31，对应额定工作循环：C-100ms-0-800ms-C-100ms-O2 相关参数计算2.1 额定二次负荷与实际二次负荷由于导线电抗和微机保护装置负荷电抗比较小，可忽略不计，当仅计及二次负荷电阻时，保护用电流互感器实际二次负荷计算公式为。

继电保护对电流互感器暂态特性的要求张熊熊摘要：互感器是连接电力系统一次侧和二次侧的重要设备，对电网中的电压、电流等信号的进行实时测量和监测，并为电力系统继电保护装置提供输入信号，对继电保护装置的正确动作具有非常重要的作用。

电流互感器的暂态特性对保护的正确动作与否,息息相关,如电流互感器的暂态特性与保护的动作原理不相适应时,会引起保护的误动作或拒绝动作。

本文着重讨论继电保护对电流互感器暂态特性的要求。

关键词：继电保护；电流互感器；暂态特性1电流互感器的暂态特性和饱和过程当电流互感器发生一次系统短路现象时，描述系统一二次侧的电流以及励磁电流、铁心磁通密度和暂态误差大小的变化特性称为电流互感器的暂态特性。

为了便于分析，先作如下假设：（1）短路故障发生时分析电流互感器的暂态特性，不考虑其铁心饱和现象，认为仍然处在磁化曲线的直线部分，此时励磁电感L0是一个定值。

（2）忽略运行过程中电流互感器的铁心损耗部分，就可以认为励磁电阻的大小是0，因此铁心合成磁通和励磁电流大小是成正比关系的。

（3）假设电流互感器处于不饱和的状态，且电路中元件参数不变，则此电路近似为线性的。

（4）不考虑二次漏抗或负荷电抗。

（5）当电流互感器的一次侧空载运行时，设此时发生短路故障时，则短路阻抗角的值为，把一次侧的短路电流值折算到二次侧可得：（1-1）其中，为一次稳态短路电流幅值折算到二次侧后的值；Ip为流过电流互感器一次侧绕组的稳态短路电流的有效值；Tp是电流互感器的一次侧系统的时间常数，计算此值大小时，运用发性短路故障时，一次侧系统中的电感和电阻之比。

θ是发生短路故障时电流的初始相位角，而cosθ是系统的全偏移系数。

从理论上讲，当系统发生短路的一瞬间，其初始相位角，此时一次侧回路中会出现非周期性的直流分量，其幅值为最大值，一次侧的短路电流会发生全偏移。

但在实际工程中，由于系统发生故障时，其初始相位角并不在这一时刻，因此，作者分析时，把最坏的情况计算进去，故设偏移系数cosθ=1，此时上式(1-1)可进行改写：（1-2）从式（1-2）中可以看出，引起电流发生暂态变化的主要原因是由于指数信号产生的非周期分量。