陈学良　陈平

摘 要：电流互感器广泛用于配电网线路中实现对三相电流及零序电流的采集，与配电开关设备例如柱上开关成套设备、环网柜成套设备及故障指示器等配合使用，实现对配电线路的实时在线监测。由于配电线路负荷是复杂多变的，不同季节，不同时间段负荷的波动性较大，而且电流互感器一经安装后输出变比又是固定的。因此只能通过手动接线的方式来调整电流互感器的二次输出变比，此方法效率低下。负荷的波动不仅使得电流互感器失去其测量作用，导致线路保护装置无法启动，甚至导致配电线路发生安全事故，影响供电的可靠性。因此，本文从研究电流互感器的工作原理出发，提出一种10kV配电网负荷自适应测量及保护方法，对于配电网发展具有十分重要的意义。

关键词：电流互感器；测量；保护；负荷自适应

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.147

1 引言

电流互感器应用于配电线路采集主要有测量用电流互感器和保护用电流互感器。测量用电流互感器采集精度高，但易饱和，采集电流范围小。保护用电流互感器采集误差大，不易饱和，采集范围为额定电流的10～20倍都能保持良好的线性范围。通常，这两种电流互感器独立安装使用，也可以是同一电流互感器多触头双绕组出线，同时具有测量及保护功能，并具备不同的输出变比。

目前电流互感器都是出厂前设定好某一变比，使用时根据不同的负荷情况再手动调整其二次出线触头，改变其输出变比。这种依靠人工手动调整其输出变比的方式工作量大，效率低，还易出错。如果不随负荷波动及时调整其输出变比又会导致如下情况，以一种常见的变比为200-400-600/5的多触头双绕组电流互感器为例，其保护精度为5P10，测量精度为0.5级，安装时根据配电线路当前负荷情况（<200A，200A～400A，400A～600A），将电流互感器的变比设定为200/5或400/5或600/5，保护电流互感器能在10倍额定电流（<2000A，2000A～4000A，4000A～6000A）情况下能保持线性（精度为5%），测量电流互感器能在5%～120%（10A～240A，20A～480A，30A～720A）范围内电流采集精度达到0.5%。

情况1、当电流互感器输出变比设定在200/5这一档位，负荷电流在某一时段达到240A以上时，如果不自动及时调整电流互感器的输出变比，配电线路发生短路故障情况下（2000A～6000A），保护电流互感器会因饱和达不到采集效果，同时，测量电流互感器也会随着负荷电流的增大其采集误差越来越大，测量精度也达不到量测要求，甚至饱和，这时保护电流互感器和测量电流互感器会同时失去作用，相應的配电开关设备失去监测及保护功能。

情况2、当电流互感器输出变比设定在400/5或600/5这一档位时，保护电流互感器在4A或6A以下的负荷电流因其采集精度问题而采集不到负荷电流，当配电线路在此条件下发生接地故障时，保护电流互感器因采集不到配电线路负荷电流，从而导致相应的配电开关设备失去接地保护的作用，当负荷电流在10A～20A或10A到30A时，测量电流互感器随着负荷电流的变小采集误差也越来越大，测量电流互感器也会失去其作用。

诸如以上情况都是因电流互感器的输出变比不能随负荷波动而做出自动调整从而导致配电开关设备失去保护及测量作用，甚至导致配电线路发生安全事故，影响供电的可靠性。在当前，随着用电负荷情况的日趋复杂和多变，如果电流互感器不能随负荷的波动自动调整其变比输出，将会有很大的安全隐患，相应的产品也会逐渐失去其使用价值。

2 10kV配电网负荷自适应测量及保护的实现方法及原理

本论文提出一种10kV配电网负荷自适应测量及保护方法， 针对目前配电开关成套设备广泛使用的电流互感器在保护及测量方面存在的问题，从影响配电开关成套设备实际测量及保护的根本原因出发，将传统多触头双绕组电流互感器输出变比触头的状态信息接入配电终端中，根据配电线路负荷变化情况实时控制电流互感器的输出变比触头，从而实现了配电开关成套设备负荷自适应电流采集及保护。提高了配电开关成套设备的采集精度和保护可靠性 ，增加了电流互感器的使用寿命，减少了配电线路安全隐患，保证了配电开关成套设备的产品性能及安全稳定运行。

如图1所示为10kV配电网负荷自适应测量及保护方法及原理图，所用的电流互感器为常见的一种三触头双绕组电流互感器，三触头分别引出不同的变比端子：600/5、400/5、200/5。每一个触头再引出两个绕组，一个作为保护采集用，精度为5P10。另一个作为测量采集用，精度为0.5级，此种电流互感器为穿芯式，直接穿过电力电缆线，采集电力线缆上的负荷电流。与三触头双绕组电流互感器触头相接的为三个大功率继电器，控制三个继电器的带电状态，从而切换电流互感器的输出变比，当KM1、KM3全为0（失电为0，得电为1），KM2为任意状态时（0或1），即配电开关成套设备的默认状态下，电流互感器的输出变比为200/5。当KM1=1、KM2=0时，KM3为任意状态时（0或1），电流互感器的输出变比为400/5。当KM2=1、KM3=1时，KM1为任意状态时（0或1），电流互感器的输出变比为600/5。保护采集模块与测量采集模块为配电终端一部分，主要接收并采集电流互感器所采集的电力线路的电流信号（保护用和测量用）。

配电终端里CPU的I/O口与三个继电器的线圈相接，中间加装光耦隔离，控制三个继电器的通断状态，从而改变电流互感器的输出变比。同时，可根据三个继电器的有电无电状态判断电流互感器工作时的输出变比。

3 10kV配电网负荷自适应测量及保护判据和算法

如图2所示为10kV配电网负荷自适应测量及保护判据和算法示意图。

（1）当电流互感器检测到的负荷电流在200A以下时，KM1带电或KM3带电，配电终端延时5秒，控制输出使得KM1失电，KM3失电。此时电流互感器的输出变比调整为200/5。

（2）当电流互感器检测到的负荷电流在200A～400A时，KM1无电或KM2带电，配电终端延时5秒，控制输出使得KM1带电，KM2失电。此时电流互感器的输出变比调整为400/5。

（3）当电流互感器检测到的负荷电流在400A以上时，KM2无电或KM3无电，配电终端延时5秒，控制输出使得KM2得电，KM3得电。此时电流互感器的输出变比调整为600/5。

4 结论

本论文将传统多触头双绕组电流互感器输出变比触头的状态信息接入配电终端中，根据配电线路负荷变化情况实时控制电流互感器的输出变比触头，从而实现了配电开关成套设备负荷自适应电流采集及保护。提高了配电开关成套设备的采集精度和保护可靠性，增加了电流互感器的使用寿命，减少了配电线路安全隐患，保证了配电开关成套设备的产品性能及安全稳定运行。

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作者简介：陈学良（1992-），男，研究方向：电力系统继电保护。