DL866电流互感器和电压互感器选择及计算导则.docx

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DL866电流互感器和电压互感器选择及计算导则

DL866-2004电流互感器和电压互感器选择及计算导则

目　　次

前言

1　范围

2　规范性引用文件

3　术语、定义和符号

3.1　电流互感器术语和定义

3.2　电压互感器术语和定义

3.3　符号

4　电流互感器应用的一般问题

4.1　基本特性及应用

4.2　电流互感器的配置

4.3　一次参数选择

4.4　二次参数选择

5　测量用电流互感器

5.1　类型及额定参数选择

5.2　准确级选择

5.3　二次负荷选择及计算

6　保护用电流互感器

6.1　性能要求

6.2　类型选择

6.3　额定参数选择

6.4　准确级及误差限值

6.5　稳态性能验算

6.6　二次负荷计算

7　TP类保护用电流互感器

7.1　电流互感器暂态特性基本计算式

7.2　TP类电流互感器参数

7.3　TP类电流互感器的误差限值和规范

7.4　TP类电流互感器的应用

7.5　TP类电流互感器的性能计算

8　电压互感器         

8.1　分类及应用

8.2　配置和接线

8.3　一次电压选择

8.4　二次绕组和电压选择

8.5　准确等级和误差限值

8.6　二次绕组容量选择及计算

8.7　电压互感器的特殊问题

附录A（资料性附录）　TP类电流互感器的暂态特性

附录B（资料性附录）　测量仪表和保护装置电流回路功耗

附录C（资料性附录）　P类或PR类电流互感器应用示例

附录D（资料性附录）　TP类电流互感器应用示例

附录E（资料性附录）　电子式互感器简介

前　　言

随着超高压系统的发展和电力体制的改革，继电保护系统和测量计费系统对电流互感器和电压互感器提出了许多新的和更严格的要求，现有的选择和计算方法已不能适应。

为了规范电流互感器和电压互感器的选择和计算方法，统一对产品开发的技术要求，解决设计应用存在的问题，特制定此标准。

有关电流互感器和电压互感器的国家标准和行业标准对互感器的技术规范和订货技术条件作了规定，本标准是对电力工程中如何选定这些规范和需要进行的相应计算方法作出规定，并对新产品开发提出要求。

本标准主要适用于工程广泛使用的常规电流互感器和电压互感器。

对于新开发的尚未普遍应用的新型电子式互感器，仅在附录中给出简要介绍。

本标准的附录均为资料性附录。

本标准由中国电力企业联合会提出。

本标准由电力行业电力规划设计标准化技术委员会归口。

本标准起草单位：

国电华北电力设计院工程有限公司、中国电力建设工程咨询公司。

本标准起草人：

袁季修、卓乐友、盛和乐、吴聚业、李　京。

本标准由电力行业电力规划设计标准化技术委员会负责解释。

电流互感器和电压互感器选择及计算导则

1　范围

本标准给出了电力工程用的电流互感器和电压互感器选择及计算方法，包括：

保护及测量用互感器的性能要求，互感器类型和参数选择，以及相关的计算方法等。

本标准主要规定电流互感器和电压互感器二次方面的有关内容。

本标准适用于常规的交流电流互感器、电磁式电压互感器、电容式电压互感器、辅助电流互感器和辅助电压互感器。

不适用于低电平输出的电子式互感器、测量和保护装置内部专用的变换器、直流电流互感器、交流操作专用互感器和试验室用互感器。

2　规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修改版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB1207　电压互感器（eqvIEC60186:

1987）

GB1208　电流互感器（eqvIEC60185:

1987）

GB/T4703　电容式电压互感器（eqvIEC60186:

1987）

GB16847　保护用电流互感器暂态特性技术要求（idtIEC60044-6:

1992）

DL/T725　电力用电流互感器订货技术条件

DL/T726　电力用电压互感器订货技术条件

IEC60044-1Amendment1:

2000　互感器　第一部分　电流互感器　第一号修改单

IEEEStdC37.110—1996　保护继电器用电流互感器的应用导则

3　术语、定义和符号

3.1　电流互感器术语和定义

对于电流互感器，本标准采用GB1208及GB16847的有关术语和定义，并补充了IEC60044—1的有关术语。

3.1.1　电流互感器通用术语和定义

3.1.1.1

额定一次电流　ratedprimarycurrent（Ipn）

作为电流互感器性能基准的一次电流值。

3.1.1.2

额定二次电流　ratedsecondarycurrent（Isn）

作为电流互感器性能基准的二次电流值。

3.1.1.3

电流误差（比误差）　currenterror（ratioerror）（εI）

互感器在测量电流时所出现的误差，它是由于实际电流比与额定电流比不相等造成的。

电流误差的百分值用式

（1）表示：

100%　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

（1）

式中：

Kn——额定电流比；

Ip——实际一次电流方均根植，A；

Is——测量条件下通过一次电流Ip时的二次电流方均根值，A。

3.1.1.4

相位差　phasedisplacement（φε）

一次电流与二次电流相量的相位之差。

相量方向是以理想互感器中的相位差为零来决定的。

若二次电流相量超前一次电流相量时，相位差作为正值。

相位差通常用min（分）或crad（厘弧度）表示。

3.1.1.5

复合误差　compositeerror（εc）

在稳态条件下，一次电流瞬时值与二次电流瞬时值乘以Kn两者之差的方均根值。

通常复合误差的百分值按式

（2）表示：

100％　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

（2）

式中：

Kn——额定电流比；

Ip——一次电流方均根值，A；

ip——一次电流瞬时值，A；

is——二次电流瞬时值，A；

T——一个周波的时间，A。

3.1.1.6

准确级　accuracyclass

对电流互感器所给定的等级。

互感器在规定使用条件下的误差应在规定限度内。

3.1.1.7

负荷　burden（Zb或Sb）

电流互感器二次回路所接的阻抗Zb。

用欧姆和功率因数表示。

负荷可用视在功率的伏安值表示，它是在额定电流和规定功率因数下所吸取的视在功率Sb。

3.1.1.8

额定负荷　ratedburden（Zbn或Sbn）

确定互感器准确级所依据的负荷值。

电阻性负荷Rb的额定值为额定负荷电阻Rbn。

3.1.1.9

二次绕组电阻　secondarywindingresistance（Rct）

以欧姆值表示的二次绕组直流电阻，校正至75℃或其他规定温度。

3.1.1.10

额定连续热电流　ratedcontinuousthermalcurrent（Icth）

在二次绕组接有额定负荷下，一次绕组允许连续流过的一次电流。

此时，电流互感器的温升不超过规定的限值。

3.1.1.11

额定短时热电流　ratedshort-timethermalcurrent（Ith）

在二次绕组短路的情况下，电流互感器在1s内能承受住且无损伤的最大的一次电流方均根值。

3.1.1.12

额定动稳定电流　rateddynamiccurrent（Idyn）

在二次绕组短路的情况下，电流互感器能承受其电磁力的作用而无电气或机械损伤的最大的一次电流峰值。

3.1.2　测量用电流互感器补充术语和定义

3.1.2.1

仪表保安系数　instrumentsecurityfactor（FS）

测量用电流互感器在二次负荷等于额定值，且复合误差等于或大于10％时的最小一次电流值为额定仪表限值一次电流（IPL）。

IPL与额定一次电流（Ipn）之比为仪表保安系数FS。

注：

在系统故障电流超出IPL时，复合误差应大于10％以限制二次电流，防止由其供电的仪表损坏。

3.1.3　保护用电流互感器稳态下的补充术语和定义

3.1.3.1

P类保护用电流互感器　protectioncurrenttransformerclassP

准确限值规定为稳态对称一次电流下的复合误差（εc）的电流互感器，它对剩磁无限制。

3.1.3.2

PR类保护用电流互感器　protectioncurrenttransformerclassPR

剩磁系数有规定限值的电流互感器。

某些情况下，也可规定二次回路时间常数值和/或二次绕组电阻的限值。

3.1.3.3

PX类保护用电流互感器　protectioncurrenttransformerclassPX

PX类保护用电流互感器是一种低漏磁的电流互感器，当已知互感器二次励磁特性、二次绕组电阻、二次负荷电阻和匝数比时，就足以确定其与所接保护系统有关的性能。

3.1.3.4

额定准确限值一次电流　ratedaccuracylimitprimarycurrent（Ipal）

在稳态情况下，电流互感器能满足复合误差要求的最大一次电流值。

3.1.3.5

准确限值系数　accuracylimitfactor（Kalf或ALF）

额定准确限值一次电流（Ipal）与额定一次电流（Ipn）之比，即：

Kalf=Ipal/Ipn　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3）

3.1.3.6

额定二次极限电动势　ratedsecondarylimitinge.m.f（Esl）

在稳态情况下，准确限值系数（Kalf）、额定二次电流（Isn）、额定负荷（Zbn）与二次绕组阻抗（Zct）的相量和三者的乘积，即：

Esl=KalfIsn

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（4）

实际计算时，Zbn和Zct可近似采用Rbn和Rct值。

3.1.3.7

励磁特性　excitationcharacteristic

当一次绕组和其他绕组开路时，施加于电流互感器二次端子上的正弦波电动势方均根值与励磁电流方均根值之间的关系，用曲线图或表格表示。

这些数值的整个范围，应足以确定从低励磁值至额定拐点电动势的特性。

3.1.3.8

额定拐点电动势　ratedkneepointe.m.f（Ek）

作用于互感器二次端子的额定频率正弦波电动势最小方均根值，当此值增加10％时，励磁电流方均根值增加不大于50％。

此时互感器所有其他端子开路。

注：

实际拐点电动势应不小于额定拐点电动势。

3.1.3.9

计算系数　dimensioningfactor（Kx）

计算系数是由用户给定的一个系数，表示互感器在电力系统故障情况下出现的额定二次电流（Isn）的倍数，包括安全因数在内，要求互感器在该值下满足要求的性能。

3.1.3.10

饱和磁通　saturationflux（ψs）

铁芯中由非饱和状态向全饱和状态转变时的磁通峰值，并认为它是在铁芯的B-H特性曲线上B值上升10％而使H值上升50％的那一点。

注：

TPS级电流互感器饱和磁通的定义略有不同，参见7.3.1。

3.1.3.11

剩磁通　remanentflux（ψr）

铁芯在切断励磁电流3min后剩余的磁通，该励磁电流的幅值足以产生按3.1.3.10条定义的饱和磁通（ψs）。

3.1.3.12

剩磁系数　remanencefactor（Kr）

剩磁通（ψr）与饱和磁通（ψs）之比，即：

Kr=ψr/ψs　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（5）

3.1.3.13

二次回路时间常数　secondarylooptimeconstant（Ts）

电流互感器二次回路的时间常数值，由励磁电感（Le）和漏电感（Lct）之和（Ls）与二次回路电阻（Rs）之比得出：

Ts=（Le+Lct）/Rs=Ls/Rs　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（6）

式中：

Rs——电流互感器二次绕组电阻（Rct）与外接电阻性负荷（Rb）之和。

当外接电阻性负荷为额定值（Rbn）时，求得的Ts值为额定二次回路时间常数Tsn。

3.1.3.14

低漏磁电流互感器　lowleakagefluxcurrenttransformer

这种电流互感器，当已知其二次励磁特性和二次绕组电阻时，便可估算其暂态性能，它对应于额定值或较低值的一次对称短路电流下的负荷与工作循环任何组合，但不超过由二次励磁特性确定的电流互感器能力的理论限值。

注：

一次导体为单匝、二次绕组均匀分布和返回导体影响可忽略的电流互感器一般为低漏磁电流互感器。

3.1.3.15

高漏磁电流互感器　highleakagefluxcurrenttransformer

不符合3.1.3.14条要求的电流互感器为高漏磁电流互感器。

对于TP类电流互感器，如不符合该要求时，制造厂要考虑加大裕度，以计及漏磁增加的影响作用，使这种电流互感器能满足规定的工作循环。

3.1.3.16

保护校验故障电流　protectivecheckingfaultcurrent（Ipcf）1）

校验电流互感器特性时，为保证保护装置正确动作而合理选用的一次故障电流。

3.1.3.17

保护校验系数　protectivecheckingfactor（Kpcf）1）

保护校验故障电流（Ipcf）与电流互感器额定一次电流（Ipn）之比，即：

Kpcf=Ipcf/Ipn　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（7）

3.1.3.18

给定暂态系数　specifiedtransientfactor（K）1）

为考虑电流互感器暂态饱和影响由用户给定的暂态系数。

K为所选用互感器的额定准确限值一次电流Ipal与保护校验故障电流Ipcf之比，即：

K=Ipal/Ipcf=Kalf/Kpcf　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（8）

3.1.4　保护用电流互感器暂态下的补充术语和定义

3.1.4.1

TP类保护用电流互感器　protectioncurrenttransformerclassTP

能满足短路电流具有非周期分量的暂态过程性能要求的保护用电流互感器为TP类保护用电流互感器。

分为以下级别并定义如下：

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。

对剩磁无限制。

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（

）。

对剩磁无限制。

TPY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（

）。

剩磁不超过饱和磁通的10％。

TPZ级：

准确限值规定为在指定的二次回路时间常数下，具有最大直流偏移的单次通电时的峰值瞬时交流分量误差（

ac）。

无直流分量误差限值要求。

剩磁实际上可以忽略。

3.1.4.2

额定一次短路电流　ratedprimaryshort-circuitcurrent（Ipsc）

在暂态情况下，电流互感器额定准确度性能所依据的对称一次短路电流分量方均根值。

3.1.4.3

额定对称短路电流倍数　ratedsymmetricalshort-circuitcurrentfactor（Kssc）

暂态条件下额定一次短路电流（Ipsc）与额定一次电流（Ipn）之比，即：

Kssc=Ipsc/Ipn　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（9）

3.1.4.4

瞬时误差电流　instantaneouserrorcurrent（iε）

二次电流瞬时值（is）与额定电流比（Kn）的乘积和一次电流瞬时值（ip）的差值，即：

iε=Knis–ip　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10）

在同时具有交流误差分量（iεac）和直流误差分量（iεdc）时，所含各分量分别表示如下：

iε=iεac+iεdc=（Knisac-ipac）+（Knisdc-ipdc）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（11）

3.1.4.5

峰值瞬时（总）误差　peakinstantaneous（total）error（

）

峰值瞬时（总）误差指在规定的工作循环中的最大瞬时误差电流，表示为额定一次短路电流峰值的百分数：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（12）

其中峰值瞬时交流分量误差为交流分量最大瞬时误差电流，表示为额定一次短路电流峰值的百分数：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（13）

3.1.4.6

规定的一次时间常数　specifiedprimarytimeconstant（Tp）

暂态情况下，电流互感器性能所依据的一次电流非周期分量的时间常数规定值。

对TPX、TPY和TPZ级电流互感器，此值也可有额定值，并标在铭牌上。

3.1.4.7

保持准确限值的时间　permissibletimetoaccurarylimit（tal）

在给定工作循环的任何指定通电期间内，不超出规定准确度的允许时间。

注：

这个时间通常根据保护系统的临界测量时间确定，但当保护稳定性（不误动）是限制条件时，还需计入断路器切断电流的时间。

3.1.4.8

达到最大磁通的时间　timetomaximumflux（tmax）

假定在规定的通电时间铁芯不饱和，电流互感器铁芯中的暂态磁通达到最大值所经历的时间。

3.1.4.9

规定的工作循环　specifieddutycycle（C-O和/或C-O-C-O）

在工作循环的各通电期间中，设一次电流为“全偏移”（见下注），并具有规定的衰减时间常数（Tp）和额定幅值（Ipsc）。

工作循环如下：

单次通电：

C-t′-O。

双次通电：

C-t′-O-tfr-C-t″-O（两次通电时的磁通极性相同）。

其中：

t′是第一次电流通过时间；

t″是第二次电流通过时间。

tfr为自动重合闸时无电流时间，即在断路器自动重合闸工作循环中，一次短路电流从切断起到其重复出现时的时间间隔。

注：

若电流为部分偏移，则所需的暂态系数便降低，降低值约正比于偏移量的减小值。

因此建议一般计算采用全偏移参数，必要时可按适当的部分偏移进行修正。

3.1.4.10

暂态系数　transientfactor（Ktf）

电流互感器经受单次通电且假设二次回路时间常数（Ts）在整个通电期间保持不变时，理论上的二次匝链总磁通与该磁通交流分量的峰值之比。

3.1.4.11

暂态面积系数　transientdimensioningfactor（Ktd）

TP类电流互感器在暂态情况下，满足规定的工作循环所需的暂态面积增大倍数的理论值。

3.1.4.12

额定等效二次极限电动势　ratedequivalentlimitingsecondarye.m.f（Eal）

在暂态情况下，满足规定工作循环所需的额定频率下的二次电路等效电动势方均根值。

Eal=KsscKtdIsn（Rct+Rbn）（V,r.m.s）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（14）

注：

在暂态情况下，电流互感器的极限条件严格说只能用二次绕组感应电动势对时间积分来定义（即只能用磁通来定义），这个电动势在规定的通电条件下产生二次负荷电流。

但为了数学上的方便，采用等效正弦波电动势来定义此极限条件。

与3.1.3.6的Es1有区别，Es1是真正的正弦波感应电动势，Eal只是一个等效的正弦电动势。

3.2　电压互感器术语和定义

对于电压互感器，本导则采用GB1207和GB4703的有关术语和定义。

3.2.1　电压互感器通用术语和定义

3.2.1.1

额定一次电压　ratedprimaryvoltage（Upn）

作为电压互感器性能基准的一次电压值。

3.2.1.2

额定二次电压　ratedsecondaryvoltage（Usn）

作为电压互感器性能基准的二次电压值。

3.2.1.3

电压误差（比误差）　voltageerror（ratioerror）（εv）

互感器在测量电压时出现的误差。

它是由实际电压比不等于额定电压比而造成的。

电压误差以百分数表示如下：

100％　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（15）

式中：

Up——实际一次电压，V；

Us——在测量条件下，施加Up时的实际二次电压，V；

Kn——额定一次电压与额定二次电压之比。

3.2.1.4

相位差　phasedisplacement（φε）

电压互感器一次电压相量与二次电压相量的相位之差。

相量方向是以理想互感器中的相位差为零来确定的。

若二次电压相量超前一次电压相量，则相位差为正值。

相位差通常用min（分）或crad（厘弧度）表示。

3.2.1.5

准确级　accuracyclass

对电压互感器所给定的等级，互感器在规定使用条件下的误差应在规定的限值内。

3.2.1.6

负荷　burden（Sb）

电压互感器二次回路所汲取的视在功率，用伏安值表示。

确定电压互感器准确级所依据的负荷值为额定负荷Sbn。

3.2.1.7

热极限输出　thermallimitingoutput

在额定一次电压下的温升不超过规定限值时，二次绕组所能供给的以额定电压为基准的视在功率值。

在这种情况下，误差限值可能超过。

一般不允许两个或更多二次绕组同时供给热极限输出。

3.2.1.8

额定电压因数　ratedvoltagefactor（KU）

满足规定时间内的有关热性能要求并满足准确级要求的最高电压与额定一次电压的比值。

3.2.2　保护用电压互感器补充术语和定义

3.2.2.1

剩余电压绕组　residualvoltagewinding

电压互感器的附加二次绕组，用以在三相时接成开口角形，在接地故障时产生剩余电压。

3.2.3　电容式电压互感器补充术语和定义

3.2.3.1

电容式电压互感器　capacitorvoltagetransformer

一种由电容分压器和电磁单元组成的电压互感器。

3.2.3.2

电容分压器　capacitordivider

由电容器组成的分压器。

3.2.3.3

高压电容器　high-voltagecapacitor（C1）

电容分压器中接于高压端子与中压端子之间的电容器。

3.2.3.4

中压电容器　intermediate-voltagecapacitor（C2）

电容分压器中接于中压端子与低压或接地端子之间的电容器。

3.2.3.5

电磁单元　electromagneticunit

一种接在电容分压器的中压端子和接地端子或地之间，以电磁感应方式产生二次电压的电容式电压互感器的部件。

注：

电磁单元通常由中间变压器、电抗器及其他附件组成。

3.2.3.6

分压比　voltageratio（ofacapacitordivider）

中压电容器上未并联阻抗时，施加于电容分压器高压端子与低压端子之间的电压与中间电压的比值。

其数值上等于（C1+C2）/C1。

spanlang=ZH-CN>3.3　符号

本导则采用的符号如表1所示：

表1　电流互感器和电压互感器有关参数的符号

（1）

电

流

互

感

器