高压电流互感器的选择

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[求助]：电流互干器该如何选择？

好象没听说过要考虑短路电流的，

如果发生短路，断路器应该瞬跳的，

瞬时过电流应该对互感器影响不大吧，

这是俺的个人理解，不知对否？

根据负荷电流选择电流互感器，根据短路电流校验电流互感器的动热稳定。

电流互感器变比的选择

在10kV配电所设计的过程中，10kV电流互感器变比的选择是很重要的，如果选择

不当，就很有可能造成继电保护功能无法实现、动稳定校验不能通过等问题，

应引起设计人员的足够重视。10kV电流互感器按使用用途可分为两种，一为继电

保护用，二为测量用；它们分别设在配电所的进线、计量、出线、联络等柜内。

在设计实践中，笔者发现在配变电所设计中，电流互感器变比的选择偏小的现象

不在少数。例如笔者就曾发现：在一台630kVA站附变压器(10kV侧额定一次电流

为36.4A)的供电回路中，配电所出线柜内电流互感器变比仅为50/5（采用GL型过

电流继电器、直流操作）,这样将造成电流继电器无法整定等一系列问题。 

　　 对于继电保护用10kV电流互感器变比的选择，至少要按以下条件进行选择:

一为一次侧计算电流占电流互感器一次侧额定电流的比例; 二为按继电保护的

要求; 三为电流互感器的计算一次电流倍数mjs小于电流互感器的饱和倍数mb1; 

四为按热稳定; 五为按动稳定。而对于测量用10kV电流互感器的选择,因其是

用作正常工作条件的测量，故无上述第二、第三条要求；下面就以常见的配电变

压器为例，说明上述条件对10kV电流互感器的选择的影响，并找出影响电流互

感器变比选择的主要因素。

　　一． 按一次侧计算电流占电流互感器一次侧额定电流的比例

　　 根据<<电气装置的电测量仪表装置设计规范>>(GBJ63-90)的规定，在额定值

的运行条件下，仪表的指示在量程的70%~100%处,此时电流互感器最大变比应为:

　　N=I1RT /(0.7*5);

　　I1RT ----变压器一次侧额定电流, A；    变压器容量/17.32/3.5(60.62)=

变比N

　　N----电流互感器的变比；

　　显然按此原则选择电流互感器变比时，变比将很小,下面列出400~1600kVA变

压器按此原则选择时,电流互感器的最大变比：

　　400kVA I1RT =23A N=6.6 取40/5=8 

　　500kVA I1RT =29A N=8.3 取50/5=10 

   630kVA I1RT =36.4A N=10.4 取75/5=15 

　　800kVA I1RT =46.2A N=13.2 取75/5=15 

　　1000kVA I1RT =57.7A N=16.5 取100/5=20 

　　1250kVA I1RT =72.2A N=20.6 取150/5=30 

　　1600kVA I1RT =92.4A N=26.4 取150/5=30 

　　从上表可以看出, 对于630kVA变压器,电流互感器的最大变比为15，当取

50/5=10时,额定电流仅占电流量程3./5=72.8%。这可能是一些设计人

员把630kVA变压器的供电出线断路器处电流互感器变比取50/5的一个原因,另外在

许多时候，设计时供电部门往往不能提供引至用户处的电源短路容量

或系统阻抗，从而使其他几个条件的校验较难进行,这可能是变比选择不当得另一

个原因。从下面的分析中，我们将发现按此原则选择时，变比明显偏

小,不能采用。

　　　二．按继电保护的要求

　　为简化计算及方便讨论，假设：(1) 断路器出线处的短路容量，在最大及最

小运行方式下保持不变； (2) 电流互感器为两相不完全星型接线；

（3）过负荷及速断保护采用GL-11型过电流继电器；（4）操作电源为直流220V，

断路器分闸形式为分励脱扣。

　　图1为配电变压器一次主接线图，B,C两处短路容量按200,100,50MVA三档考虑

其影响。

　　 配电变压器的过负荷保护及电流速断保护对变比的影响分析如下：

　　1. 过负荷保护

　　过负荷保护应满足以下要求:

　　IDZJ=Kk*Kjx*Kgh*I1RT/(Kh*N)

　　IDZJ----过负荷保护装置的动作电流;.

　　Kk ----可靠系数,取1.3；

　　Kjx ----接线系数,取1；

　　Kgh ----过负荷系数；

　　Kh----继电器返回系数,取0.85；

　　a. 对于民用建筑用配电所,一般可不考虑电动机自启动引起的过电流倍数,为

可靠起见，此时Kgh取2,为满足继电器整定范围要求，电流互感器变比

最小应为：N=Kk*Kjx*Kgh*I1RT/(Kh* IDZJ)（GL-11/10型继电器整定范围4~10A）

。

　　Kgh=2时，各容量变压器满足上式要求的电流互感器的最小变比如下：

　　400kVA I1RT =23A N=7.0 取40/5=8 IDZJ取9A

　　500kVA I1RT =29A N=8.9 取50/5=10 IDZJ取9A

　　630kVA I1RT =36.4A N=11.1 取75/5=15 IDZJ取8A

　　800kVA I1RT =46.2A N=14.1 取75/5=15 IDZJ取10A

　　1000kVA I1RT =57.7A N=17.6 取100/5=20 IDZJ取9A

　　1250kVA I1RT =72.2A N=22.1 取150/5=30 IDZJ取8A

　　1600kVA I1RT =92.4A N=28.3 取150/5=30 IDZJ取10A

　　注意:按上表选择变比一般都不能满足电流继电器的瞬动电流倍数NS要求（详

见以下分析）。

　　b.对于工厂用配电所,一般需考                                         

                                        虑电动机自启动引起的过电流倍数, 

为可靠起见,此时Kgh取3,显然电流互感器变比为满足要求,其值最小为

N==Kk*Kjx*Kgh*I1RT/(Kh* IDZJ)。

　　Kgh=3时，各容量变压器满足上式要求的电流互感器的最小变比如下： 

　　400kVA I1RT =23A N=10.6 取75/5=15 IDZJ取8A

　　500kVA I1RT =29A N=13.3 取75/5=15 IDZJ取9A

　　630kVA I1RT =36.4A N=16.7 取100/5=20 IDZJ取9A

　　800kVA I1RT =46.2A N=21.2 取150/5=30 IDZJ取8A

　　1000kVA I1RT =57.7A N=26.5 取150/5=30 IDZJ取9A

　　1250kVA I1RT =72.2A N=33.1 取200/5=40 IDZJ取9A

　　1600kVA I1RT =92.4A N=42.3 取250/5=50 IDZJ取9A

　　注意: 按上表选择变比一般可以满足电流继电器的瞬动电流倍数NS要求（详

见以下分析）, 但还需要进行灵敏度校验,使灵敏度系数Km≥1.5。

　　比较以上数据，已经可以得出以下结论:

　　按一次侧计算电流占电流互感器一次侧额定电流的比例选择的变比，一般是

小于实际所需变比的。

　　2. 电流速断保护（采用GL-11/10型反时限电流继电器）

　　电流速断保护应满足以下要求:

　　IDZJS=Kk*Kjx* IA3max/N;

　　NS= IDZJS /IDZJ;

　　NS∈{2，3，4，5，6，7，8，9，10};

　　IDZJS----继电保护计算出的电流继电器的瞬动电流;

　　NS----实际整定的电流继电器的瞬动电流倍数;

　　Kk ----可靠系数,取1.5；

　　Kjx ----接线系数,取1；

　　IA3max ----变压器低压侧三相短路时流过高压侧的电流；

　　下面按前述假设条件，短路容量变化对变比选择的影响分析如下：

　　a. 变压器高压侧B点短路容量SDB为200MVA时

　　（1）对于民用建筑用配电所（Kgh=2）

　　对各容量变压器,按满足过负荷要求的最小变比选择变比时，NS计算结果如下

：

　　400kVA IA3max=518A N=8 IDZJ取9A 

　　IDZJS =97A NS=97/9=10.8>8

　　500kVA IA3max=636A N=10 IDZJ取9A

　　IDZJS =95.4A NS=95.4/9=10.6>8

　　630kVA IA3max=699A N=15 IDZJ取8A

　　IDZJS =69.9A NS=69.9/8=8.7>8

　　800kVA IA3max=854A N=15 IDZJ取10A

　　IDZJS =85.4A NS=85.4/10=8.5>8

　　1000kVA IA3max=1034A N=20 I DZJ取9A

　　IDZJS =77.6A NS=77.6/9=8.6>8

　　1250kVA IA3max=1232A N=30 IDZJ取8A

　　IDZJS =61.6A NS=61.6/8=7.7<8

　　1600kVA IA3max=1563A N=30 IDZJ取10A

　　IDZJS =78.2A NS=78.2/10=7.8<8

　　从上表可以得出当SDB=200MVA时:

　　各容量变压器,按满足过负荷要求的最小变比选择变比时，一般是小于实际所

需变比的。

　　（2）对于工厂用配电                                                 

                              所（Kgh=3）

　　对各容量变压器,按满足过负荷要求的最小变比选择变比时，NS计算结果如下

：

　　400kVA IA3max=518A N=15 IDZJ取8A

　　IDZJS =51.8A NS=51.8/8=6.5<8

　　500kVA IA3max=636A N=15 IDZJ取9A

　　IDZJS =63.6A NS=63.6/9=7.1<8

　　630kVA IA3max=699A N=20 IDZJ取9A

　　IDZJS =52.4 A NS=52.4/9=5.8<8

　　800kVA IA3max=854A N=30 IDZJ取8A

　　IDZJS =42.7A NS=42.7/8=5.3<8

　　1000kVA IA3max=1034A N=30 IDZJ取9A

　　IDZJS =51.7A NS=51.7/9=5.7<8

　　1250kVA IA3max=1232A N=40 IDZJ取9A

　　IDZJS =46.2A NS=46.2/9=5.1<8

　　1600kVA IA3max=1563A N=50 IDZJ取9A

　　IDZJS =46.9A NS=46.9/9=5.2<8

　　从上表可以得出当SDB=200MVA时:

　　各容量变压器,按满足过负荷要求的最小变比选择变比时，都能满足速断保护

要求的。

　　b. 变压器高压侧B点短路容量SDB为100MVA时

　　（1）对于民用建筑用配电所（Kgh=2）

　　对各容量变压器,按满足过负荷要求的最小变比选择变比时，NS计算结果如下

：

　　400kVA IA3max=496A N=8 IDZJ取9A 

　　IDZJS =93A NS=93/9=10.3>8

　　500kVA IA3max=604A N=10 IDZJ取9A

　　IDZJS =90.6A NS=90.6/9=10.1>8

　　630kVA IA3max=660A N=15 IDZJ取8A

　　IDZJS =66A NS=66/8=8.25>8

　　800kVA IA3max=796A N=15 IDZJ取10A

　　IDZJS =79.6A NS=79.6/10=7.96<8

　　1000kVA IA3max=949A N=20 I DZJ取9A

　　IDZJS =71.2A NS=71.2/9=7.91<8

　　1250kVA IA3max=1114A N=30 IDZJ取8A

　　IDZJS =55.7A NS=55.7/8=6.96<8

　　1600kVA IA3max=1324A N=30 IDZJ取10A

　　IDZJS =66.2A NS=66.2/10=6.6<8

　　从上表可以得出当SDB=100MVA时:

　　各容量变压器,按满足过负荷要求的最小变比选择变比，且变压器容量大于

630KVA时，能满足速断保护要求的。

　　（2）对于工厂用配电所（Kgh=3）

　　计算结果同SDB=200MVA。

　　c. 变压器高压侧B点短路容量为50MVA时

　　（1）对于民用建筑用配电所（Kgh=2）

　　对各容量变压器,按满足过负荷要求的最小变比选择变比时，NS计算结果如下

：

　　400kVA IA3max=458A N=8 IDZJ取9A 

　　IDZJS =85.9A NS=85.9/9=9.5>8

　　500kVA IA3max=547A N=10 IDZJ取9A

　　IDZJS =82A NS=82/9=9.1>8

　　630kVA IA3max=593A N=15 IDZJ取8A

　　IDZJS =59.3A NS=59.3/8=7.4<8

　　800kVA IA3max=700A N=15 IDZJ取10A

　　IDZJS =70A NS=70/10=7<8

　　1000kVA IA3max=816A N=20 I DZJ取9A

　　IDZJS =61.2A NS=61.2/9=6.8<8

　　1250kVA IA3max=934A N=30 IDZJ取8A

　　IDZJS =46.7A NS=46.7/8=5.8<8

　　1600                                                                

                kVA IA3max=1077A N=30 IDZJ取10A

　　IDZJS =53.9A NS=53.9/10=5.9<8

　　从上表可以得出当SDB=50MVA时:

　　各容量变压器,按满足过负荷要求的最小变比选择变比，且变压器容量大于

500KVA时，能满足速断保护要求的。

　　（2）对于工厂用配电所（Kgh=3）

　　计算结果同SDB=200MVA。 

　　注意:(1)因瞬动时灵敏度的校验不在本文讨论的范围，实际使用时按继电保

护的要求选择变比后，还应进行灵敏度的校验。(2)当采

用去分流跳闸方式时，对变比还有影响的因素可能有：去分流触点容量校验及去

分流后电流互感器容量的校验。

　　三．按mjs< mb1选择

　　 上式中mjs=Imax1/Ie1 ; 

　　mb1=Ib1/Ie1;

　　mjs----电流互感器的计算一次电流倍数；

　　mb1----电流互感器的饱和倍数；

　　Imax1----继电保护算出的最大一次电流；

　　Ie1----电流互感器的额定一次电流；

　　Ib1----电流互感器的饱和电流；

　　下面先分析影响mb1及 mjs的因素。

　　1. 影响电流互感器的计算一次电流倍数mb1的因素有以下几个方面:

　　a.电流互感器的型号对mb1的影响：

　　为简单起见，下面仅以LFS(B)-10及LCJ-10为例作一下比较(均按B级)：

　　 对于LFS(B)-10，额定一次电流20~600A， 在二次负荷（COSф=0.8）为2

欧,10%倍数为10倍。

　　对于LCJ-10，额定一次电流20~600A， 在二次负荷（COSф=0.8）为2欧,10%

倍数为6倍。

　　从上面的对照中，可以发现LFS(B)-10互感器的mb1值是远大于LCJ-10互感器

的mb1值的。

　　目前还有一些产品，加强了B级10%倍数，如对于LFSQ-10、LZZJB6-10型，B级

10%倍数在100~1500A时达15。

　　b. 二次负载的变化对mb1的影响

　　为简单起见，下面仅以LFS(B)-10为例作一下比较(均按B级)：

　　 对于LFS(B)-10，额定一次电流75~1500A， 在二次负荷（COSф=0.8）为2欧

,10%倍数为10倍;而在二次负荷（COSф=0.8）为1欧,

10%倍数达~17倍。

　　 c. 电流互感器的变比对mb1的影响

　　对于同种型号的电流互感器,变比的变化对mb1的影响也是不同的。有些型号,

变比的变化对mb1的影响很小，如对于LFS(B)-10，额定

一次电流75~1500A时， 在二次负荷（COSф=0.8）为2欧,10%倍数均为10倍；而有

些型号,变比的变化对mb1的影响较大，对于LA(B)-10，

在额定一次电流75~1000A，二次负荷（COSф=0.8）为2欧,10%倍数均为10倍, 在

额定一次电流1500A，二次负荷（COSф=0.8）为2欧,

10%倍数达                                                               

                 ~17倍,

　　2. 影响电流互感器的计算一次电流倍数mjs的因素分析如下:

　　从Imax1=1.1* IDZJS /Ie2 ；

　　IDZJS=Kk*Kjx* IA3max/N;

　　1.1----由于电流互感器的10%误差，使其一次电流倍数大于额定二次电流倍

数的系数；

　　Ie2----电流互感器的额定二次电流；

　　可以看出, IDZJS的大小与是mjs大小的关键,IDZJS是通过继电保护计算后整

定的，而IDZJS的整定值是由系统在B处短路容量SDB及电

流互感器的变比共同确定的。

　　显然电流互感器的变比越小，而短路容量SDB确定时，IDZJS的整定值就越大, 

就使mjs越大,越难满足mjs< mb1,相反,电流互感器的

变比越大，就使mjs越小，越容易满足mjs< mb1。，事实上互感器的变比的增大，

可显著的降低mjs的数值,下面取630kVA 变压器为例来

加以说明:

　　在Kgh=3, SDB=200MVA时, N=100/5=20, IA3max=699A, IDZJ取9A ,IDZJS 

=52.4 A ,NS=52.4/9=5.8取6,此时IDZJS =6*9=54 A,

 Imax1=1.1* IDZJS /Ie2=1.1*54/5=11.88,目前电流互感器10%倍数在额定负载下

的最小倍数一般为10倍,显然在额定负载下Imax1已不能

满足要求,当然此时也可通过减小二次线路阻抗，或选用高性能的电流互感器来满

足mjs< mb1。

　　 若变比N改为150/5=30, 且在Kgh, SDB保持不变时, IDZJ=5.56A取6A ,IDZJS 

=35A ,NS=35/6=5.8取6,此时IDZJS =6*6=36A, 

Imax1=1.1* IDZJS /Ie2=1.1*36/5=7.9<10,显然在额定负载下Imax1已很容易能满

足要求。

　　另外短路容量SDB越大，而电流互感器的变比确定时，IDZJS的整定值就越大

，就使mjs越大,越难满足mjs< mb1，下面仍以630kVA

 变压器为例来加以说明(假设Kgh=3，N=20):

　　 SDB=200MVA时 IA3max=699A IDZJS=34.95A；

　　SDB=100MVA时 IA3max=660A IDZJS=33A；

　　SDB=50MVA 时 IA3max=593A IDZJS=29.65A；

　　从上面数据可以得出: 短路容量SDB变化对IDZJS的影响较变比对IDZJS的影响

变化较小。

　　另外需要指出的是：如果电流互感器的变比能通过继电保护的校验，理论上

mjs的最大值为mjs=Imax1/Ie1 =1.1*10*8/5=17.6;此时

要求mjs< mb1是有一定困难的，本人认为在实际设计过程中应合理控制mjs，若

mjs较大,建议采用加强了B级10%倍数的电流互感器。

　　通过以上的分析, 可以得出以下结论：

　　按继电保护要求选择的最小变比，通过互感器合理的选型及二次侧负荷的调

整后，一般都是可以满足mjs< mb1选择要求的。

　　四. 按热稳定.动稳定选择

　　显然电流互感器热.动稳定校验能否通过取决于C处的短                    

                                                             路容量SDC,

下面仍按SDC=200,100,50MVA三种情况进行考虑，此时，C处短路电流如下:

　　SDC=200MVA时 I”C3max=11kA , IC3max=16.7kA , iC3max=28kA ;

　　SDC=100MV时 I”C3max=5.5kA , IC3max=8.35kA , iC3max=14kA ;

　　SDC=50MV时 I”C3max=2.75kA , IC3max=4.18kA , iC3max=7kA ;

　　式中I”C3max ----C处三相短路电流周期分量；

　　IC3max ----C处三相短路电流有效值；

　　IC3max ----C处三相短路冲击电流值；

　　考虑到配电变压器属于电网末端，目前断路器一般均采用中.高速断路器并为

无延时的速断保护，故短路假想时间t<0.3s,下面按t=0.3s进行校验。

　　以LA-10为例:

　　在SDC=200MVA时其变比至少应为200/5,此时该互感器热稳定允许三相短路电

流有效值为32.9kA, 动稳定允许三相短路电流冲击值为32kA。

　　在SDC=100MVA时其变比至少应为100/5,此时该互感器热稳定允许三相短路电

流有效值为16.4kA, 动稳定允许三相短路电流冲击值为16kA。

　　在SDC=50MVA时其变比至少应为50/5,此时该互感器热稳定允许三相短路电流

有效值为8.2kA, 动稳定允许三相短路电流冲击值为8kA。

　　从上面分析中，可以得出:(1)电流互感器动稳定要求比热稳定要求为高;(2)

在系统短路容量较小时，电流互感器动.热稳定较容易满足。

　　五. 通过以上分析，对配电变压器保护用电流互感器的变比选择按以下顺序

较为合理：

　　首先，应按继电保护的要求选择变比，特别是电流速断保护,尤其是当系统短

路容量较大时。

　　其次，在实际设计过程中应合理控制mjs，若mjs较大,建议采用加强了B级10%

倍数的电流互感器。

　　再次，当系统短路容量较大时，电流互感器动稳定的校验不能忽略。

　　此外对于测量用电流互感器的变比选择,则要以电流互感器动稳定的校验作为

重点。对于配电所的进线柜.联络柜等柜内电流互感器

的变比选择,与变压器保护用电流互感器的变比选择类似，本文不再赘述，而对于

由降压站引至分配电所的10kV供电线路的保护，需注

意，此时一般采用DL型继电器进行保护，并采用过负荷及带时限电流速断保护，

为了保证选择性，过负荷保护装置动作时限一般取

1.0~1.2s(下级保护装置动作时限按0.5s考虑), 带时限电流速断保护保护装置动

作时限一般取0.5s,显然在次条件下电流互感器动稳定

对变比得要求将大大提高，已成为影响变比的主要因素,应引起足够的重视。