石油化工變電站設計中電流互感器選擇有關問題研究

陳明輝　劉剛

摘 要：電流互感器是變電站設計中必備的部件，其主要用途是將一次側(cè)大電流進行轉(zhuǎn)換，得到統(tǒng)一標準的0～1A或0～5A電流，從而可以保證測量儀表或者用電裝置輸入端穩(wěn)定，即通過電流互感器使得測量儀表或則保護裝置輸入?yún)?shù)統(tǒng)一，能夠正常發(fā)揮作用而不被破壞。變電站設計中，必須要選擇合理的電流互感器的規(guī)格、精度等參數(shù)，否則將會導致電氣事故。本文基于對變電站中電流互感器基本分析，闡述內(nèi)部構造和和常見誤差，然后再深入分析電流互感器選擇問題，逐一討論了電流互感器的二次側(cè)繞組、變比、測量精度以及準確等級選擇等問題，以期為今后電氣人員在變電站設計中電流互感器選擇提供翔實的基礎指導信息。

關鍵詞：電流互感器;變電站;測量精度

1 引言

互感器是變電站中重要的設備，精度高的電流互感器其響應性能也較好，則能夠發(fā)揮巨大的作用，電流互感器直接影響著繼電設備執(zhí)行動作。但是目前國內(nèi)多數(shù)電流互感器的測量線圈由于偏心問題嚴重，導致在實際測量中，其準確性和精度并不高，導致設備實時響應性能出問題。而變電站中又不可缺少這種設備，所以在設計中要合理選擇電流互感器，通過詳細了解設計需求和電流互感器基本構造原理，進一步優(yōu)化電流互感器設計和參數(shù)選擇，從而實現(xiàn)改變電流互感器的測量精度。本文將詳細討論常見電流互感器的內(nèi)部構造問題，分析可能存在的誤差問題，然后重點討論了電流互感器的關鍵參數(shù)，以實現(xiàn)電流互感器的優(yōu)化選擇工作，提高電流互感器測量精度，改善當前設備的實時響應性能。

2 變電站中電流互感器基本分析

2.1 互感器基本構造

電流互感器一般是由1～2匝繞組構成，應用在電氣設備中以一次設備進出導線為主。但是隨著技術發(fā)展，目前開始采用二次繞組，其結(jié)構相對復雜，匝數(shù)也較多，并且二次定額電流一般為5A或1A。比如，當某個電流互感器的變比參數(shù)為1250/5時，那么為了達到同樣的效果，一次繞組為1匝時，對應的二次繞組則為250匝。

2.2 誤差原因分析

電流互感器內(nèi)部的鐵芯在互感器工作時還存在勵磁電流，這種電流會導致鐵芯產(chǎn)生勵磁阻抗，這種阻抗是一種電抗，但是若進行二次負載，那么工作中則產(chǎn)生的是阻抗。鑒于此，在二次電動勢的影響下，經(jīng)過不同電阻的電流幅值和相位均不同。通過研究電流互感器的角誤差和等值回路發(fā)現(xiàn)以下誤差：若電流互感器的二次負載為純電阻，則導致角誤差較大。若二次負載為純電感時，則不會產(chǎn)生角誤差。另外，勵磁阻抗一定時，會使二次阻抗變大，繼而導致電流互感器比誤差變大;而二次阻抗一定時，則勵磁阻抗變小，也會導致比誤差變大。整體來看，在實際應用中，必須要保證電流互感器的角度誤差不超過7°，幅值誤差不超過10%。

3 電流互感器選擇有關問題分析

3.1 電流互感器二次側(cè)繞組選擇

通過前文分析可知，電流互感器有一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組類型。在選擇二次側(cè)方式時，要滿足一次側(cè)額定電流和電壓的要求，同時二次側(cè)必須滿足繼電保護和測量的需求。電流互感器的二次側(cè)具有三種繞組方式，對應三種不同的功能，分別為測量、保護、計量等。若在實際過程中需要差動保護，則還要增加一組繞組來實現(xiàn)差動保護。安裝在計量貴重的電流互感器可以只選用計量繞組就可。低壓配電系統(tǒng)，如220V/380V，采用低壓熔斷器和斷路器保護，所以該電力系統(tǒng)中選擇二次側(cè)繞組可以只考慮測量繞組。而在高、中壓供配電系統(tǒng)中，需要采取繼電保護裝置實現(xiàn)電路保護，所以在這種電力系統(tǒng)中，二次側(cè)繞組除了采取測量繞組之外，還需要進行保護、計量等多個繞組。因此，變電站在設計中需要根據(jù)實際情況來優(yōu)化選擇二次側(cè)繞組型式。對于二次側(cè)繞組選擇，還要在系統(tǒng)設備一覽表中明確注明電流互感器的規(guī)格和型號，標記選用的電流互感器測量準確度和精度，以確保技術人員可以準確判斷選用的互感器是否能滿足繼電保護與測量的要求。

3.2 電流互感器變比選擇

電流互感器變比選擇需要分以不同情況分析，若變壓器只給一臺大型用電設備和一臺電動機進行供電，形成電力回路，那么對于電流互感器一次側(cè)額定電流，可以根據(jù)用電設備的額定電流達到或接近互感器額定電流的三分之二時，對應選擇互感器變比。而對于多種用電設備形成的供電回路，則直接按照一次側(cè)計算電流進行選擇，當其電流值達到電流互感器額定電流的三分之二時，選擇電流互感器變比。另外，為了特殊情況要求，則需要適當增大電流互感器的一次側(cè)額定電流時，那么其值須要根據(jù)繞組的準確限值進行選擇。對于二次側(cè)額定電流，通常選擇5A，但若供電回路中存在電動機，并且就地遠距離測量電流，那么可以選擇1A。因為選擇1A時，電流互感器二次側(cè)負載能力要高于5A的25倍之多。所以在不增加電纜截面的情況下，可以實現(xiàn)就地遠距離測量電流。

3.3 電流互感器測量精度選擇

由前文可知，電流是互感器繞組可以分為保護、計量以及測量繞組等，其中計量和測量歸為一類。計量繞組的精度一般選用0.2級，也可以表達為0.2S，其中S是表示該電能計量是具有特殊用途的繞組，這種特殊情況是允許一次側(cè)電流在1～100%之間變化。不同的情況采取需要不同的測量精度，計量柜回路或者需要計費的采用0.2級，而不需要內(nèi)部計量的繞組則可以選用1.0級或者0.5級。對于高壓變電站，其計量需要單獨設置計量柜，若無法設置計量柜，則可以將測量和計量整合使用，但兩者可以選用不同的精度繞組。

3.4 電流互感器準確級選擇

電流互感器測量精確性一般是采用準確級來體現(xiàn)。準確級是在額定一種標稱數(shù)值，即在額定準確限值一定時，電流互感器的一次電流下所規(guī)定的最大允許復合誤差百分數(shù)。通常有10P和5P兩個等級，其中10和5表示測量的精度，5P等級的測量復合誤差在5%，相位誤差為60°，測量電流誤差為1%，P即為保護繞組。同樣，10P等級的復合誤差為10%，電流測量誤差為3%，沒有相位測量誤差要求。所以設計中考慮電流保護時，可以選用10P，而在差動保護時，則需要選擇5P。

電流互感器在滿足復合誤差要求時，其最大一次側(cè)電流稱為額定準確限值一次電流，并且該電流與電流互感器額定一次電流的比值定義為準確限值系數(shù)。實際上，電流互感器保護繞組不僅可以用準確級來表示，還可以用額定二次容量表示，并且在P后面標識出來，比如10P10、5P15等。這表示額定二次測定容量為10或者15var。通過分析，當二次側(cè)容量大時，額定的二次負荷時的二次電流備份就越大，通過互感器變比就可以計算得到允許一次側(cè)電流。

4 結(jié)論

經(jīng)濟快速發(fā)展對電力需求日益增大，我國電網(wǎng)規(guī)模也不斷擴大，測量準確度問題逐漸開始引起人們重視。由于測量裝置的更新?lián)Q代，類型越來越多，導致在測量中會出現(xiàn)各種各樣的新問題。所以，在大型變電站設計中，要科學分析測量精度問題，根據(jù)電流互感器的結(jié)構特點進行研究，優(yōu)化選擇電流是互感器技術參數(shù)，保證電力測量的精確性和可靠性，同時加強電能質(zhì)量的監(jiān)測，提高測量管理，為國家經(jīng)濟發(fā)展提供基本用電保障。

參考文獻：

[1]令狐進軍.關于500kV變電站中電流互感器變比選擇問題的探究[J].科技與創(chuàng)新，2014（04）：25-26.

[2]干凌云.智能變電站中電流互感器實時響應性能研究分析[J].建筑工程技術與設計，2018，000（035）：2861.

[3]李偉.電子式電流互感器及數(shù)字化電站新技術研究[D].武漢：華中科技大學.

[4]張健康，粟小華，胡勇，etal.智能變電站保護用電流互感器配置問題及解決措施[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2014.

[5]凌盛，陳曉鑫.變電站二次回路設計中的電流互感器應用[J].電力與能源，2014，35（004）：533-534.

[6]胡偉，李卿，彭欣.關于電流互感器設計選擇時應注意的問題[C]//2011年云南電力技術論壇論文集（入選部分），2011.

作者簡介：

陳明輝（1984- ），男，甘肅慶陽人，本科，中石化第五建設有限公司，工程師，研究方向：石油化工領域變電站內(nèi)電氣調(diào)試技術。

劉剛（1984- ），男，陜西綏德人，本科，中石化第五建設有限公司，工程師，研究方向：石油化工領域電氣安裝技術及變電所電氣設備一次、二次調(diào)試技術。