電力用互感器和電能計(jì)量裝置設(shè)計(jì)選型與應(yīng)用

本書所闡述的互感器和計(jì)量裝置都是電力系統(tǒng)中普通的設(shè)備，也是人們了
解和檢測(cè)電力的必要手段。 世紀(jì) 年代以前，受計(jì)劃經(jīng)濟(jì)模式的制約，互感
器產(chǎn)品基本維持品種單一的局面， 年代至今，由于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的促進(jìn)，互感器
產(chǎn)品呈現(xiàn)出種類齊全、技術(shù)先進(jìn)、與國際同步的良好局面，可以全面地滿足用
戶的需要。
近年來，由于電力電子器件和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，我國電力系統(tǒng)正經(jīng)
歷著一場(chǎng)新的改革，兩網(wǎng)改造和電力體制改革促進(jìn)了這一進(jìn)程，電力設(shè)備正朝
著現(xiàn)代化、集約化、智能化、小型化的目標(biāo)努力。由于互感器的服務(wù)對(duì)象諸如
控制、保護(hù)、測(cè)量等設(shè)備的電子化以及布置方式的變化，從而其電氣特性相應(yīng)
變化，常規(guī)的感應(yīng)型互感器產(chǎn)品正面臨著小、輕型光電互感器或其他類傳感器
的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)機(jī)電式電能表正逐步被功能強(qiáng)大、維護(hù)方便的電子式電能表及其
計(jì)費(fèi)網(wǎng)絡(luò)取代，可以預(yù)料，電力網(wǎng)絡(luò)二次系統(tǒng)的革命必將引起與之相關(guān)設(shè)備的
更新?lián)Q代。
本書著眼于電力工程的設(shè)計(jì)、選型、安裝、維護(hù)應(yīng)用，從基本原理到最新
標(biāo)準(zhǔn)以及應(yīng)用要求作了較為詳盡的闡述，有些觀點(diǎn)是作者長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，
錯(cuò)誤之外，敬請(qǐng)批評(píng)。
本書編寫過程中，中山市泰峰電氣有限公司何見光廠長(zhǎng)、徐世超總工、何
澤堅(jiān)副廠長(zhǎng)，提供了豐富的技術(shù)資料，參與了相關(guān)工作，提供了很大支持。沈
變互感器制造有限公司尹世安總工，沈陽互感器廠林貴文總工提供了相關(guān)的技
術(shù)資料。侯炳蘊(yùn)先生校審了全書，提出了很多寶貴意見。在此，深表致謝！
作 者
年 月這樣，為了降低對(duì)電流互感器的過高要求，就必須選擇合理接線，必要時(shí)，還要采取一
定的限制短路電流的措施。
隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，注重生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本和電能消耗，因此，對(duì)電能計(jì)量準(zhǔn)
確度的要求也相應(yīng)提高。
根據(jù) 《電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程》的規(guī)定，用電負(fù)荷按電能計(jì)量所計(jì)
電量的多少和計(jì)量對(duì)象的重要程度分為五類，各類計(jì)量裝置所要求的電流互感器和電壓互感
器的準(zhǔn)確等級(jí)，如表 所示。
類電能計(jì)量裝置
月平均電量 萬 及以上或變壓器容量為 及以上的高壓計(jì)費(fèi)用戶、
及以上發(fā)電機(jī)、發(fā)電企業(yè)上網(wǎng)電量、電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)之間的電量交換點(diǎn)、省級(jí)電網(wǎng)經(jīng)
營企業(yè)與其供電企業(yè)的供電關(guān)口計(jì)量點(diǎn)的電能計(jì)量裝置。
類電能計(jì)量裝置
月平均用電量 萬 及以上或變壓器容量為 及以上的高壓計(jì)費(fèi)用戶、
及以上發(fā)電機(jī)、供電企業(yè)之間的電量交換點(diǎn)的電能計(jì)量裝置。
類電能計(jì)量裝置
月平均用電量 萬 及以上或變壓器容量為 及以上的高壓計(jì)費(fèi)用戶、
以下發(fā)電機(jī)、發(fā)電企業(yè)廠（站）用電量、供電企業(yè)內(nèi)部用于承包考核的計(jì)
量點(diǎn)、考核有功電量平衡的 及以上的送電線路電能計(jì)量裝置。
類電能計(jì)量裝置
負(fù)荷容量為 以下的計(jì)費(fèi)用戶、發(fā)供電企業(yè)內(nèi)部經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)分析、考核用的電
能計(jì)量裝置。
類電能計(jì)量裝置
單相供電的電力用戶計(jì)費(fèi)用電能計(jì)量裝置。根據(jù)互感器的選擇原則，電流互感器的額定一次電流應(yīng)滿足電力負(fù)荷的要求，同時(shí)在規(guī)
定的負(fù)荷范圍內(nèi)還應(yīng)滿足準(zhǔn)確等級(jí)的要求。但上述要求并不是在任何情況下都能協(xié)調(diào)一致
的。下列情況下，兩者是矛盾的。
系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)線，負(fù)荷不固定，互感器額定電流往往按最大負(fù)荷電流或輸電線路、
斷路器的額定電流選擇，電流互感器不可能在全范圍內(nèi)滿足準(zhǔn)確級(jí)要求。
）電力饋線的遠(yuǎn)景負(fù)荷和近期負(fù)荷相差懸殊，而互感器按遠(yuǎn)景最大負(fù)荷選擇，電流
互感器的準(zhǔn)確級(jí)不能滿足近期負(fù)荷的要求。
特殊負(fù)荷，如電氣化鐵路、軋鋼等電力饋線電流互感器額定一次電流按短時(shí)最大
負(fù)荷選擇，而在正常工況下通過互感器的負(fù)荷電流很小，無法滿足準(zhǔn)確度要求。
繼電保護(hù)裝置和測(cè)量、計(jì)量裝置對(duì)互感器額定一次電流和準(zhǔn)確度要求不同。繼電保護(hù)用
電流互感器，要求其在額定電流和準(zhǔn)確限值電流情況下，滿足誤差限值的要求，而且更為注
重在準(zhǔn)確限值一次電流條件下輸出符合要求的二次電流，保證保護(hù)裝置正確可靠動(dòng)作（或
不動(dòng)作）。由于一般情況下，準(zhǔn)確限值電流越大，額定電流下越易滿足規(guī)定誤差要求。所以
繼電保護(hù)用電流互感器希望選擇足夠大的額定一次電流。額定一次電流越大，準(zhǔn)確限值系數(shù)
可以相應(yīng)降低。
與保護(hù)用電流互感器不同，測(cè)量或計(jì)量用電流互感器要求在正常工作范圍內(nèi)保證其準(zhǔn)確
度，所以測(cè)量或計(jì)量用電流互感器的額定一次電流應(yīng)盡量接近正常負(fù)荷電流，且互感器應(yīng)滿
足儀表保安系數(shù)（ 的要求。
所以，要求電流互感器額定一次電流同時(shí)滿足負(fù)荷的要求，繼電保護(hù)的要求和測(cè)量、計(jì)
量?jī)x表的要求，并在額定一次電流的規(guī)定變化范圍內(nèi)，滿足準(zhǔn)確度的要求往往存在著較大的
矛盾。
表 為繼電保護(hù)用電流互感器的誤差限值，表 為測(cè)量用和 級(jí)測(cè)量用電流互感器
的誤差限值。
對(duì)于負(fù)荷較穩(wěn)定的回路，為滿足保護(hù)裝置和測(cè)量、計(jì)量?jī)x表準(zhǔn)確度的要求，電流互感器
的額定一次電流宜取回路負(fù)荷電流的 倍，對(duì)于負(fù)荷波動(dòng)范圍較大、保護(hù)準(zhǔn)確限位系
數(shù)較大或系統(tǒng)短路容量較大的情況，為滿足負(fù)荷和測(cè)量、計(jì)量?jī)x表的要求，電流互感器宜采
用 測(cè)量級(jí)，額定一次電流宜取回路負(fù)荷電流的 倍。例如，某 配電系統(tǒng)，配電負(fù)荷波動(dòng)范圍為 ，其正常負(fù)荷電流為
，系統(tǒng)短路電流為 ，如果選用變比為 的電流互感器，其動(dòng)、熱穩(wěn)定電流無
法滿足要求，準(zhǔn)確限值系數(shù)也受到限制，且低負(fù)荷時(shí)，互感器的準(zhǔn)確等級(jí)也難以滿足要求。
如果采用變比為 ，測(cè)量級(jí)為 的多次級(jí)互感器，不僅動(dòng)、熱穩(wěn)定電流可滿足要求，準(zhǔn)
確限值一次電流可提高到 倍多，且在低負(fù)荷時(shí)，準(zhǔn)確等級(jí)也可基本滿足要求。
對(duì)多次級(jí)電流互感器，不同功能的次級(jí)，可以采用不同的變化，保護(hù)用次級(jí)額定一次電
流可為正常負(fù)荷電流的 倍，測(cè)量、計(jì)量用次級(jí)額定一次電流宜取正常負(fù)荷電流的
倍左右。如上例中，保護(hù)次級(jí)可取 ；計(jì)量次級(jí)可取 或
表 列出了普通測(cè)量用電流互感器和 級(jí)測(cè)量用電流互感器的技術(shù)指標(biāo)比較，由于在
選擇時(shí)，普通型互感器的一次電流選得接近實(shí)際負(fù)荷，相應(yīng)變比較小，而 級(jí)互感器一次電
流選得較大，相應(yīng)變比較大，從而，前者熱穩(wěn)定電流、動(dòng)穩(wěn)定電流、準(zhǔn)確限值系數(shù)均較大，
而后者較小。
通常 取 取負(fù)荷電流的 倍，由此可以得出，在負(fù)荷電流和
系統(tǒng)短路電流一定的情況下，采用加大額定一次電流的 級(jí)電流互感器，其動(dòng)熱穩(wěn)定電流倍
數(shù)為普通互感器的 ，準(zhǔn)確限值系數(shù)也相應(yīng)減小。顯然，這樣組合的電流互感器，
誤差限值在允許范圍之內(nèi)，保證了測(cè)量、計(jì)量準(zhǔn)確度，滿足了測(cè)量、計(jì)量?jī)x表的要求；降低
了動(dòng)熱穩(wěn)定性和準(zhǔn)確限值的要求，易于滿足繼電保護(hù)裝置的要求。反過來，在相同性能參數(shù)的條件下， 級(jí)互感器承受系統(tǒng)的短路強(qiáng)度大大增加。這樣組合，測(cè)量、計(jì)量用鐵芯較普通
測(cè)量鐵芯性能提高，造價(jià)增加，但對(duì)整個(gè)互感器而言，由于動(dòng)熱穩(wěn)定性的要求降低，尺寸減
小，總的成本降低，綜合造價(jià)減小了。
電流互感器作為測(cè)量?jī)x表、計(jì)量裝置和繼電保護(hù)的電流源，由于各自的功能不同，準(zhǔn)確
等級(jí)不同，對(duì)額定電流范圍要求也不相同，從而要求電流互感器具有不同功能的二次繞組，
通常，每個(gè)二次繞組，都有獨(dú)立的鐵芯。
通常電流互感器應(yīng)具備測(cè)量用、計(jì)量用和繼電保護(hù)用二次繞組，由于繼電保護(hù)功能的不
同，尚需設(shè)置多個(gè)保護(hù)用二次繞組，當(dāng)計(jì)量裝置的準(zhǔn)確等級(jí)較低時(shí)，也可將測(cè)量和計(jì)量?jī)x表
合用一個(gè)二次繞組。當(dāng)某一類功能的二次負(fù)荷過大或有特殊要求時(shí)，也可設(shè)置專用的互感
器，如計(jì)量專用互感器等。
不同的保護(hù)功能，要求不同的電流互感器二次繞組。母線、線路以及發(fā)電機(jī)、變壓器、
電抗器、電容器等主設(shè)備的繼電保護(hù)，有主保護(hù)、后備保護(hù)和輔助保護(hù)，一些 及以
上的母線、線路以及大型發(fā)電機(jī)、變壓器，還要裝設(shè)雙重快速保護(hù)。這樣，繼電保護(hù)用電流
互感器二次繞組的數(shù)目，要視被保護(hù)對(duì)象的種類、所要裝設(shè)的保護(hù)類型、以及對(duì)可靠性的要
求等方面的情況而定。例如， 線路，只要裝 個(gè)；而 線路，要裝 個(gè)。