路径: 主页 > GB > 第72页 > GBZ20840.100-2023 | 标准编号 | GB/Z 20840.100-2023 (GB/Z20840.100-2023) | | 中文名称 | 互感器 第100部分：电力系统保护用电流互感器应用导则 | | 英文名称 | Instrument transformers - Part 100: Guidance for application of current transformers in power system protection | | 行业 | 国家标准 | | 中标分类 | K41 | | 国际标准分类 | 29.180 | | 字数估计 | 106,111 | | 发布日期 | 2023-12-28 | | 实施日期 | 2024-07-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/Z 20840.100-2023: 互感器 第100部分：电力系统保护用电流互感器应用导则
ICS 29.180
CCSK41
中华人民共和国国家标准化指导性技术文件
互感器 第100部分:电力系统保护用
电流互感器应用导则
(IEC TR61869-100:2017,MOD)
2023-12-28发布
2024-07-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅴ
引言 Ⅶ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语、定义和符号 1
4 电流互感器设计过程中的责任 5
4.1 历史 5
4.2 电流互感器设计过程细分 5
5 暂态设计的基本理论方程 6
5.1 电路 6
5.2 暂态现象 10
6 工作循环 14
6.1 C-O工作循环 14
6.2 C-O-C-O工作循环 38
6.3 暂态设计汇总 42
7 暂态面积系数Ktd的数值计算法 43
7.1 概述 43
7.2 基本电路 44
7.3 算法 45
7.4 计算方法 45
7.5 参考算例 46
8 铁芯饱和与剩磁 49
8.1 饱和的常规定义 49
8.2 有气隙铁芯与无气隙铁芯 52
8.3 产生剩磁可能的原因 54
9 实用性建议 57
9.1 同一绕组规定不同PR准确级的风险 57
9.2 TPY级暂态面积系数Ktd对相位差Δφ和二次回路时间常数Ts的限制 57
10 不同准确级之间的关系 57
10.1 概述 57
10.2 极限条件下的电动势计算 58
10.3 极限条件下励磁(或磁化)电流的计算 58
10.4 应用示例 59
10.5 准确级规范的最低要求 59
10.6 用有气隙铁芯代替无气隙铁芯 60
11 保护功能及其对CT规范的修正 61
11.1 概述 61
11.2 一般应用建议 61
11.3 过流保护:ANSI代码:50/51/50N/51N/67/67N;IEC 符号:I > 64
11.4 距离保护:ANSI编码:21/21N;IEC 符号:Z< 66
11.5 差动保护 73
附录A(资料性) 本文件对IEC TR61869-100:2017进行更正的内容 82
附录B(资料性) C-O工作循环软件代码 84
附录C(资料性) 计算暂态面积系数Ktd的软件代码 87
参考文献 94
图1 故障初始角γ的定义 2
图2 保护回路的主要部件 6
图3 完整电气回路 7
图4 一次短路电流 8
图5 LCT的非线性磁通 9
图6 电流互感器的线性化励磁电感 9
图7 用非线性模型仿真的单相短路特性 11
图8 三相短路特性 12
图9 磁通的构成 13
图10 两个不同故障初始角的短路电流 15
图11 最高磁通值Ψmax的曲线 15
图12 50Hz和φ=70°时四种情况下的一次电流曲线 16
图13 影响电流互感器磁饱和的短路电流四种典型情况 17
图14 暂态系数计算的有关时间范围 19
图15 50Hz下出现第一个磁通峰值时间与Tp的关系 20
图16 最不利故障初始角θtf,Ψmax与Tp和t'al的函数关系 21
图17 最不利故障初始角γtf,Ψmax与Tp和t'al的函数关系 21
图18 用最不利故障初始角θtf,Ψmax计算的Ktf,Ψmax 22
图19 Ktf,Ψmax和γtf,Ψmax的极坐标图 22
图20 时间范围1中Ktf的确定 23
图21 一次电流曲线(50Hz、Tp=1ms、γΨmax=166°、t'al=2ms) 28
图22 最不利故障初始角(50Hz、Tp=50ms、,Ts=61ms) 29
图23 不同时间范围的暂态系数 29
图24 50Hz、Ts=61ms时不同t'al下所有时间范围内的Ktf 30
图25 图24的局部放大图 31
图26 较小一次时间常数下的一次电流 31
图27 某一较小一次时间常数下的Ktf值 32
图28 不同故障初始角下的短路电流 33
图29 不同故障初始角的暂态系数 33
图30 每个时间步长下最不利故障初始角(50Hz) 34
图31 两个不同故障初始角的一次电流(16.67Hz) 34
图32 不同故障初始角的暂态系数(16.67Hz) 35
图33 每个时间步长下最不利故障初始角(16.67Hz) 35
图34 参考文献[5]给出的故障发生情况 36
图35 若干年中故障的统计分布 37
图36 用不同故障初始角γ计算的暂态系数Ktf 38
图37 无气隙铁芯在C-O-C-O工作循环中的磁通 39
图38 带气隙铁芯在C-O-C-O工作循环中典型磁通曲线(在第二次通电期间磁通较高) 40
图39 带气隙铁芯在C-O-C-O工作循环中的典型磁通曲线(在第一次通电期间磁通较高) 40
图40 在C-O-C-O循环中允许饱和情况下的磁通曲线 41
图41 铁芯饱和用以降低磁通峰值 42
图42 暂态设计的曲线汇总 43
图43 数值法计算Ktd的基本电路图 44
图44 C-O工作循环中的Ktd计算 46
图45 C-O-C-O工作循环中第一个循环没有磁饱和时的Ktd计算 47
图46 C-O-C-O工作循环中第一个循环有磁饱和时的Ktd计算 47
图47 非对称性降低后C-O-C-O工作循环中Ktd的计算 48
图48 t'al和t″al较小时C-O-C-O工作循环中Ktd的计算 48
图49 无气隙铁芯C-O-C-O工作循环的Ktd计算 49
图50 GB 1208和GB/T 20840.2的饱和磁通定义对比 50
图51 GB 1208定义的剩磁系数Kr 50
图52 应用直流法确定带气隙铁芯的饱和磁通与剩磁通 51
图53 应用直流法确定无气隙铁芯的饱和磁通与剩磁通 51
图54 电弧炉变压器CT二次电流故障录波 54
图55 四线连接 55
图56 自动重合闸时第二次故障期间的CT二次电流故障录波 56
图57 定时限特性的速断/延时过流保护(ANSI代码50/51)的应用 64
图58 延时过流保护时间特性 65
图59 CT配置示例(延时过流保护) 65
图60 距离保护原理(时间-距离图) 66
图61 距离保护原理(R/X 图) 67
图62 距离保护CT设计示例 68
图63 C-O-C-O工作循环中的一次电流 70
图64 暂态系数Ktf及其包络线Ktfp 71
图65 TPY级CT的暂态系数Ktf(第一次故障期间出现饱和) 71
图66 TPZ级CT的暂态系数Ktf(第一次故障期间出现饱和) 72
图67 TPX级CT的暂态系数Ktf 72
图68 差动保护原理 73
图69 变压器差动保护(故障) 74
图70 变压器差动保护 75
图71 母差保护(区外故障) 77
图72 母差保护用CT的电流仿真 79
图73 简单双端线路的CT设计 80
表1 短路电流初始角的四种典型情况 16
表2 暂态设计的公式汇总 43
表3 饱和点定义对比 52
表4 测量的剩磁系数 53
表5 同一绕组不同PR级规定 57
表6 电动势定义 58
表7 电动势值的转换 58
表8 计算系数间的转换 58
表9 限值电流的定义 59
表10 准确级规范的最低要求 59
表11 有气隙与无气隙铁芯的特征 60
表12 应用建议 61
表13 TPY级铁芯扩大面积系数计算结果 76
表14 PX级铁芯扩大面积系数计算结果 77
表15 线路差动保护计算方案 81
表A.1 本文件对IEC TR61869-100:2017进行更正的内容 82
前言
本文件按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
本文件是GB/T (Z)20840《互感器》的第100部分。GB/T (Z)20840已经发布了以下部分:
---第1部分:通用技术要求;
---第2部分:电流互感器的补充技术要求;
---第3部分:电磁式电压互感器的补充技术要求;
---第4部分:组合互感器的补充技术要求;
---第5部分:电容式电压互感器的补充技术要求;
---第6部分:低功率互感器的补充通用技术要求;
---第7部分:电子式电压互感器;
---第8部分:电子式电流互感器;
---第9部分:互感器的数字接口;
---第14部分:直流电流互感器的补充技术要求;
---第15部分:直流电压互感器的补充技术要求;
---第100部分:电力系统保护用电流互感器应用导则;
---第102部分:带有电磁式电压互感器的变电站中的铁磁谐振;
---第103部分:互感器在电能质量测量中的应用。
本文件修改采用IEC TR61869-100:2017《互感器 第100部分:电力系统保护用电流互感器应用
导则》。文件类型由IEC 的技术报告调整为我国的国家标准化指导性技术文件。
本文件与IEC TR61869-100:2017相比做了下述结构调整:
---增加了附录A;
---本文件的附录B、附录C对应IEC TR61869-100:2017的附录A、附录B。
本文件与IEC TR61869-100:2017的技术差异及其原因如下:
---删除了IEC TR61869-100:2017的术语“3.1.7时间”,因术语与其概念一样,且与缩略语重复;
---将“注”的内容调整为正文(见6.1.3.6),以完善标准技术内容;
---删除了IEC TR61869-100:2017的8.2最后一段、11.2.1中第2段第1句话、表12的倒数第1
行和倒数第3行的有关高阻抗保护方面的内容,以符合我国的实际情况;
---在“不再需要力矩,1A的额定电流是足够的,甚至0.1A的值现在正在讨论并已经用于特殊领
域”后增加了“但是,对于一次电流很大(如发电机出口用10000A以上)的暂态保护用电流互
感器,二次电流可选用较大值,如5A(这是从CT制造角度考虑),相应的电阻性负荷也应按照
电流的平方进行换算”(见11.2.2),以符合我国的实际情况;
---将“ALF或Kssc大于等于20”更改为“ALF或Kssc大于或等于10”(见11.3.2),以符合我国的
实际情况;
---删除了IEC TR61869-100:2017中11.5.6有关“高阻抗差动保护”的内容,以符合我国的实际
情况。
本文件做了下列编辑性改动:
---重新绘制了全文的图,将图中的曲线说明直接标注在图中。将图3、图43和图59中电感符号
调整为国内常用符号;
---将IEC TR61869-100:2017的三相端子标志均由“L1、L2、L3”调整为“A、B、C”;
---对IEC TR61869-100:2017中未编号的公式予以编号并调整了全文的其他公式编号;
---将3.1.3中“注1”改为“注”;
---图14中增加了纵坐标和ttfp,max处的竖线;
---将图24上面一段文字中的“δ=3°”调整为“Δφ=3°”;
---图31纵坐标中删除了“标幺值”;
---图38增加了t″al及对其的说明,图39增加了对t″al的说明;
---式(30)前面的一句话中增加了表示短路电流交流磁通分量的符号“^Ψsc”;
---图43符号说明中删除了重复的一个im;
---将10.4第一段中的“TPY20×5.5”改为“TPY级,Kssc=20,Ktd=5.5”;
---表10关于TPX、TPY和TPZ的要求中增加了引语“标准规范:”,并将“注”调整为“注1”,增
加了“注2:对暂态准确级而言,GB/T 20840.2规定两种规范方法是不能混合使用的,否则对
电流互感器的要求可能过分”,同时将脚注与注的内容互换了位置;
---对11.4.3.1.2、11.5.2和11.5.3.2增加了引导语,对11.4.3.1.2中“注”的内容进行改动;
---增加了11.4.3.1.3的注;
---更改了图68中电流流向;
---调整了表2和表3的格式,对表2部分内容的表述形式进行了调整,表4、表5、表7、表8、
表11、表13、表14和表15补全表头及部分内容,表6和表9增加了表头,对表13的脚注形式
进行了调整,表15中删除了第一列“Ktd=0.5(1)”的上角标;
---更正了IEC TR61869-100:2017中的错误,见附录A;
---用资料性引用的GB/T 20840.2替换了IEC 61869-2(见4.1、5.1.1、5.1.2、6.1.3.6、6.3、7.1、
8.1.2、8.1.4、10.1);
---用资料性引用的GB 16847替换了IEC 60044-6(见4.1、4.2、5.1.1、5.2.3、6.1.3.2、6.3、8.1.2、
11.1);
---用资料性引用的GB 1208替换了IEC 60044-1(见8.1.2、8.2、11.1);
---删除了IEC TR61869-100:2017中资料性引用的IEC 60617-3:1996(见11.1)。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国电器工业协会提出。
本文件由全国互感器标准化技术委员会(SAC/TC222)归口。
本文件起草单位:国网江西省电力有限公司电力科学研究院、沈阳变压器研究院有限公司、南京南
瑞继保电气有限公司、中国电力科学研究院有限公司、大连第一互感器有限责任公司、浙江天际互感器
股份有限公司、江苏科兴电器有限公司、云南电网有限责任公司电力科学研究院、大连北方互感器集团
有限公司、西安高压电器研究院股份有限公司、国网陕西省电力公司电力科学研究院。
本文件主要起草人:晏年平、刘玉风、万华、张宇、须雷、刘勇、沙玉洲、赵希才、唐福新、杨峰、汪本进、
刘红文、徐碧川、陈连友、曾磊磊、刘彬、吕航、冯建华、邓小聘、杨晓西。
引 言
互感器标准的制定,是为了给互感器建立一套最佳的评价准则,为互感器从原材料选择、设计、生
产、检验、选用、运行及维护等方面所需的注意事项提供指导。GB/T (Z)20840旨在规定适用于互感器
的设计、制造、试验、运行及维护等方面的遵循原则和相关规则,拟由14个部分构成。
---第1部分:通用技术要求。目的在于规定适用于各类互感器设计制造和生产试验等所需要遵
循的通用技术要求。
---第2部分:电流互感器的补充技术要求。目的在于规定适用于各类电流互感器的补充技术
要求。
---第3部分:电磁式电压互感器的补充技术要求。目的在于规定适用于各类电磁式电压互感器
的补充技术要求。
---第4部分:组合互感器的补充技术要求。目的在于规定适用于各类组合互感器的补充技术
要求。
---第5部分:电容式电压互感器的补充技术要求。目的在于规定适用于各类电容式电压互感器
的补充技术要求。
---第6部分:低功率互感器的补充通用技术要求。目的在于规定适用于各类低功率互感器的补
充技术要求。
---第7部分:电子式电压互感器。目的在于规定适用于各类电子式电压互感器的补充技术要求。
---第8部分:电子式电流互感器。目的在于规定适用于各类电子式电流互感器的补充技术要求。
---第9部分:互感器的数字接口。目的在于规定适用于各类电子式互感器数字接口的技术要求。
---第10部分:低功率无源电流互感器的补充技术要求。目的在于确立适用于各类低功率无源电
流互感器的补充技术要求。
---第11部分:低功率无源电压互感器的补充技术要求。目的在于确立适用于各类低功率无源电
压互感器的补充技术要求。
---第14部分:直流电流互感器的补充技术要求。目的在于规定适用于各类直流电流互感器的补
充技术要求。
---第15部分:直流电压互感器的补充技术要求。目的在于规定适用于各类直流电压流互感器的
补充技术要求。
---第100部分:电力系统保护用电流互感器应用导则。目的在于对各类电流互感器在电力系统
保护的应用方面提供指导。
---第102部分:带有电磁式电压互感器的变电站中的铁磁谐振。目的在于对各类带有电磁式电
压互感器的变电站有关铁磁谐振的产生机理和抑制等方面提供指导。
---第103部分:互感器在电能质量测量中的应用。目的在于对各类互感器在电能质量测量的应
用方面提供指导。
GB/T (Z)20840通过14个部分明确了各类互感器产品的技术规范,给出了具体的技术要求、试验
项目、试验程序、试验方法及运行指导等。通过确立各类产品明确的范围、术语、技术要求和试验要求
等,让从事相关产品设计、生产、试验及使用等方面的人员能够更加清晰、准确地进行操作,从而为设计、
制造高质量的产品奠定基础,更好地促进贸易、交流和技术合作,并为我国电网的正常运行提供保障。
自GB 16847-1997《保护用电流互感器暂态特性技术要求》颁布以来,暂态保护用电流互感器的应
用范围不断扩大。因此,根据电力系统要求进行设计的理论背景变得越来越复杂。本文件是对
GB/T 20840.2的技术内容的补充,同时,对GB/T 20840.2中有关暂态保护特性的背景资料及其历史版
本中的技术内容进行了比对和解释,对用户进一步理解GB/T 20840.2的技术内容是有帮助的。
互感器 第100部分:电力系统保护用
电流互感器应用导则
1 范围
本文件给出了理解电磁式电流互感器(CT)定义及其要求的先进信息,以便给一般用户或专家提供
信息,帮助继电保护装置制造商、电流互感器制造商和项目工程师理解电流互感器如何响应简化的或标
准化的短路电流信号。在必要之处,也涉及了一些抽象性的概念,并讨论了电流互感器设计过程中职责
方面的问题。
本文件适用于符合GB/T 20840.2要求的保护用电磁式电流互感器。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于
本文件。
GB/T 15544.1-2023 三相交流系统短路电流计算 第1部分:电流计算(IEC 60909-0:2016,
MOD)
注:GB/T 15544.1-2023被引用的内容与IEC 60909-0......
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