电力用互感器和电能计量装置设计选型与应用

本书所阐述的互感器和计量装置都是电力系统中普通的设备，也是人们了
解和检测电力的必要手段。 世纪 年代以前，受计划经济模式的制约，互感
器产品基本维持品种单一的局面， 年代至今，由于市场经济的促进，互感器
产品呈现出种类齐全、技术先进、与国际同步的良好局面，可以全面地满足用
户的需要。
近年来，由于电力电子器件和计算机技术的广泛应用，我国电力系统正经
历着一场新的改革，两网改造和电力体制改革促进了这一进程，电力设备正朝
着现代化、集约化、智能化、小型化的目标努力。由于互感器的服务对象诸如
控制、保护、测量等设备的电子化以及布置方式的变化，从而其电气特性相应
变化，常规的感应型互感器产品正面临着小、轻型光电互感器或其他类传感器
的挑战，传统机电式电能表正逐步被功能强大、维护方便的电子式电能表及其
计费网络取代，可以预料，电力网络二次系统的革命必将引起与之相关设备的
更新换代。
本书着眼于电力工程的设计、选型、安装、维护应用，从基本原理到最新
标准以及应用要求作了较为详尽的阐述，有些观点是作者长期实践经验的总结，
错误之外，敬请批评。
本书编写过程中，中山市泰峰电气有限公司何见光厂长、徐世超总工、何
泽坚副厂长，提供了丰富的技术资料，参与了相关工作，提供了很大支持。沈
变互感器制造有限公司尹世安总工，沈阳互感器厂林贵文总工提供了相关的技
术资料。侯炳蕴先生校审了全书，提出了很多宝贵意见。在此，深表致谢！
作 者
年 月这样，为了降低对电流互感器的过高要求，就必须选择合理接线，必要时，还要采取一
定的限制短路电流的措施。
随着市场经济的发展，注重生产效率、降低生产成本和电能消耗，因此，对电能计量准
确度的要求也相应提高。
根据 《电能计量装置技术管理规程》的规定，用电负荷按电能计量所计
电量的多少和计量对象的重要程度分为五类，各类计量装置所要求的电流互感器和电压互感
器的准确等级，如表 所示。
类电能计量装置
月平均电量 万 及以上或变压器容量为 及以上的高压计费用户、
及以上发电机、发电企业上网电量、电网经营企业之间的电量交换点、省级电网经
营企业与其供电企业的供电关口计量点的电能计量装置。
类电能计量装置
月平均用电量 万 及以上或变压器容量为 及以上的高压计费用户、
及以上发电机、供电企业之间的电量交换点的电能计量装置。
类电能计量装置
月平均用电量 万 及以上或变压器容量为 及以上的高压计费用户、
以下发电机、发电企业厂（站）用电量、供电企业内部用于承包考核的计
量点、考核有功电量平衡的 及以上的送电线路电能计量装置。
类电能计量装置
负荷容量为 以下的计费用户、发供电企业内部经济技术指标分析、考核用的电
能计量装置。
类电能计量装置
单相供电的电力用户计费用电能计量装置。根据互感器的选择原则，电流互感器的额定一次电流应满足电力负荷的要求，同时在规
定的负荷范围内还应满足准确等级的要求。但上述要求并不是在任何情况下都能协调一致
的。下列情况下，两者是矛盾的。
系统间联络线，负荷不固定，互感器额定电流往往按最大负荷电流或输电线路、
断路器的额定电流选择，电流互感器不可能在全范围内满足准确级要求。
）电力馈线的远景负荷和近期负荷相差悬殊，而互感器按远景最大负荷选择，电流
互感器的准确级不能满足近期负荷的要求。
特殊负荷，如电气化铁路、轧钢等电力馈线电流互感器额定一次电流按短时最大
负荷选择，而在正常工况下通过互感器的负荷电流很小，无法满足准确度要求。
继电保护装置和测量、计量装置对互感器额定一次电流和准确度要求不同。继电保护用
电流互感器，要求其在额定电流和准确限值电流情况下，满足误差限值的要求，而且更为注
重在准确限值一次电流条件下输出符合要求的二次电流，保证保护装置正确可靠动作（或
不动作）。由于一般情况下，准确限值电流越大，额定电流下越易满足规定误差要求。所以
继电保护用电流互感器希望选择足够大的额定一次电流。额定一次电流越大，准确限值系数
可以相应降低。
与保护用电流互感器不同，测量或计量用电流互感器要求在正常工作范围内保证其准确
度，所以测量或计量用电流互感器的额定一次电流应尽量接近正常负荷电流，且互感器应满
足仪表保安系数（ 的要求。
所以，要求电流互感器额定一次电流同时满足负荷的要求，继电保护的要求和测量、计
量仪表的要求，并在额定一次电流的规定变化范围内，满足准确度的要求往往存在着较大的
矛盾。
表 为继电保护用电流互感器的误差限值，表 为测量用和 级测量用电流互感器
的误差限值。
对于负荷较稳定的回路，为满足保护装置和测量、计量仪表准确度的要求，电流互感器
的额定一次电流宜取回路负荷电流的 倍，对于负荷波动范围较大、保护准确限位系
数较大或系统短路容量较大的情况，为满足负荷和测量、计量仪表的要求，电流互感器宜采
用 测量级，额定一次电流宜取回路负荷电流的 倍。例如，某 配电系统，配电负荷波动范围为 ，其正常负荷电流为
，系统短路电流为 ，如果选用变比为 的电流互感器，其动、热稳定电流无
法满足要求，准确限值系数也受到限制，且低负荷时，互感器的准确等级也难以满足要求。
如果采用变比为 ，测量级为 的多次级互感器，不仅动、热稳定电流可满足要求，准
确限值一次电流可提高到 倍多，且在低负荷时，准确等级也可基本满足要求。
对多次级电流互感器，不同功能的次级，可以采用不同的变化，保护用次级额定一次电
流可为正常负荷电流的 倍，测量、计量用次级额定一次电流宜取正常负荷电流的
倍左右。如上例中，保护次级可取 ；计量次级可取 或
表 列出了普通测量用电流互感器和 级测量用电流互感器的技术指标比较，由于在
选择时，普通型互感器的一次电流选得接近实际负荷，相应变比较小，而 级互感器一次电
流选得较大，相应变比较大，从而，前者热稳定电流、动稳定电流、准确限值系数均较大，
而后者较小。
通常 取 取负荷电流的 倍，由此可以得出，在负荷电流和
系统短路电流一定的情况下，采用加大额定一次电流的 级电流互感器，其动热稳定电流倍
数为普通互感器的 ，准确限值系数也相应减小。显然，这样组合的电流互感器，
误差限值在允许范围之内，保证了测量、计量准确度，满足了测量、计量仪表的要求；降低
了动热稳定性和准确限值的要求，易于满足继电保护装置的要求。反过来，在相同性能参数的条件下， 级互感器承受系统的短路强度大大增加。这样组合，测量、计量用铁芯较普通
测量铁芯性能提高，造价增加，但对整个互感器而言，由于动热稳定性的要求降低，尺寸减
小，总的成本降低，综合造价减小了。
电流互感器作为测量仪表、计量装置和继电保护的电流源，由于各自的功能不同，准确
等级不同，对额定电流范围要求也不相同，从而要求电流互感器具有不同功能的二次绕组，
通常，每个二次绕组，都有独立的铁芯。
通常电流互感器应具备测量用、计量用和继电保护用二次绕组，由于继电保护功能的不
同，尚需设置多个保护用二次绕组，当计量装置的准确等级较低时，也可将测量和计量仪表
合用一个二次绕组。当某一类功能的二次负荷过大或有特殊要求时，也可设置专用的互感
器，如计量专用互感器等。
不同的保护功能，要求不同的电流互感器二次绕组。母线、线路以及发电机、变压器、
电抗器、电容器等主设备的继电保护，有主保护、后备保护和辅助保护，一些 及以
上的母线、线路以及大型发电机、变压器，还要装设双重快速保护。这样，继电保护用电流
互感器二次绕组的数目，要视被保护对象的种类、所要装设的保护类型、以及对可靠性的要
求等方面的情况而定。例如， 线路，只要装 个；而 线路，要装 个。