变电站常用电流互感器简述
云南省电力设计院有限责任公司、昆明理工大学马自伟、谢静，在2017年第1期《电气技术》杂志上撰文，结合变电站工程中常用电流互感器型号，介绍了不同类型互感器结构及特点，并对设备选型提出建议。
电流互感器（Current Transformer，以下简称CT）作为变电站中关键设备之一，其作用是将一次侧大电流转换为较小的二次电流，供保护、测量和计量用，额定二次电流为5A或1A。
由于使用条件、安装位置不同，CT的选型也不同。对于初入设计行业的新员工而言，并不明白设备型号所代表的含义，也不了解各型号设备具有何种结构和特点。
国内有关CT的技术论文大多围绕设备的某一项具体问题进行研究，尚无综述性的文章，因此，有必要对变电站中常用CT做一全面介绍，以供设计人员参考。
1 CT原理结构
传统的CT基于电磁感应原理，由相互绝缘的一次绕组、二次绕组、铁心等部分组成。一次绕组的匝数N1较少，直接串联于电源线路中，二次绕组的匝数N2较多，与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷Z串联形成闭合回路。理想情况下，一、二次绕组和电流遵循I1N1=I2N2的关系。
实际工程应用中，CT多采用穿心式结构，即铁芯采用硅钢片擀卷制成环形，一次导体从环形铁芯中穿过，二次绕组缠绕在环形铁芯上，如图1所示。
图1 穿心式电流互感器结构原理图
由于系统近、远期负荷水平变化较大，为满足CT在量程25%~100%范围内精确测量[1-2]，二次绕组通常采用多抽头的方式，实现不同变比，以满足不同时期负荷电流的测量需要。
同时，继电保护、测量、计量所要求的变比和容量不尽相同，因此通常将不同级次的二次绕组做成独立绕组，每个独立绕组可根据需要做成多抽头，如图2所示。以计量级为例，二次绕组设中间抽头，可实现两个变比，假设1K1-1K3变比为1000:1，则1K1-1K2变比为500:1。
图2 多变比带抽头CT原理图
在系统容量大、电压等级高的回路中，负荷电流从几百安到几千安变化，单靠二次绕组抽头来实现更多变比在技术上比较困难，因此需要将一次绕组设计为可串、并联结构，通过调节一次接线端拨片来实现一次绕组的串、并联接线，如图3、图4所示。
当为串联接线时，穿过二次线圈的一次绕组匝数为两匝；并联接线时，一次绕组匝数为一匝。因此串联时的变比为并联时的一半。同样以计量级为例，一次绕组串联时，1K1-1K3变比为500:1，1K1-1K2变比为250:1；一次绕组并联时，1K1-1K3变比为1000:1，1K1-1K2变比为500:1。
由此可见，此类CT变比更灵活，可满足电流变化范围较大、测量精度要求较高的工况。
图3 一次绕组串联接线图
图4 一次绕组并联接线图
2 常用型号介绍
根据绝缘介质的不同，CT分为干式、油浸式、SF6气体绝缘、环氧树脂浇注绝缘等类型[3]，按安装方式分为户外独立式、套管式、支柱式、穿墙式、母线式等类型，按二次绕组的安装位置又分为正立式和倒置式。
工程中常用CT型号有LB、LVB、LVQB(T)、LZZB(J)、LRB、LXK、LMZB等。在变电站工艺系统中，不同配电装置采用的CT型号不同。
2.1 LB型CT
LB型为正立式CT，为早期电网中广泛采用的型号，电压等级可从35 kV到220 kV。设备型号中字母L表示电流互感器，B表示带保护级。此类设备一次导体为U形结构，主绝缘采用高压电缆纸包绕在一次导体上，二次绕组穿过U形导体位于下部，产品内部注入变压器油，如图5所示。
此类设备的优点：设计和制造成熟，运行基本稳定，重心低，耐震性能好，便于运输等。但也存在显著的缺点：由于采用油纸绝缘结构，制造工艺不良时容易导致绝缘缺陷存在，为日后运行埋下安全隐患[4-6]；同时运维麻烦，需要定期监测内部绝缘状况；一次导体太长，损耗大，散热性能差；结构复杂，重量大；容量低；动热稳定性受限；经济性能差等。
目前新建的变电站中，LB型CT很少再用于110 kV及以上配电装置，仅用于小电流、低电压回路，如变压器中性点放电间隙回路。
图5 正立式CT内部结构图
2.2 LVB型CT
型号中字母V表示倒置式。和LB型相比，CT二次绕组置于产品头部，绕组采用绝缘包扎后置于环形屏蔽罩中，一次导电杆从屏蔽罩中心穿过，二次绕组引线通过引线导管引至底座上的接线盒，瓷套内部采用油纸绝缘结构，如图6所示。
此类型号设备优点：二次绕组置于屏蔽罩内，漏磁小，暂态性能好，能满足继电保护TP级的精度要求；结构紧凑，一次导体短，通流能力大，损耗小，散热好；动热稳定性好。缺点是：头重脚轻，耐震性能差；同其它油纸绝缘结构设备一样，存在绝缘缺陷和运维麻烦的问题。
在目前运行的变电站中，仍有少部分CT采用LVB型，主要用于35 kV~750 kV配电装置，但也存在逐渐被新型CT取代的趋势。
2.3 LVQB（T）型CT
设备型号中字母Q表示气体绝缘，T表示带暂态保护。结构上与LVB型相同，区别在于内部采用SF6气体绝缘。此类设备为新型产品，具有LVB型设备的所有优点，并且重量更轻，维护方便，不存在火灾危险，避免了油纸复合绝缘设备所具有的缺点，因而在近年的电网运用中得到广泛使用。
相比LVB型设备，LVQB(T)型设备经济性更佳。对于耐震性，近年所生产的LVQB(T)型设备已能满足8度地震烈度地区的使用安装要求，另外还可在设计中采用加装橡胶垫片的方法减缓地震冲击，因而此类型号CT应用前景广阔。
图6 倒置式CT内部结构图
2.4 LZZB(J)型CT
设备型号中第一个字母Z表示支柱式，第二个字母Z表示浇注绝缘，J表示加强型。LZZB（J）型CT采用环氧树脂全封闭浇注，适用于全工况，尺寸小，重量轻，不需要特别维护，不仅用作CT设备，还可用于母线支撑，广泛用于35 kV及以下开关柜设备。
2.5 LR(B)型CT
型号中字母R表示套管式，若仅用于测量或计量级，则为LR型，用于保护级则为LRB型。主要用于变压器、电抗器、罐式断路器等场合。根据绝缘介质不同，又分为LRZB型绝缘浇注式、LRGB型干式套管CT等。
2.6 LXK型CT
型号中字母X表示零序型，K表示开合式，主要用于35kV及以下电缆回路零序电流保护用，户内安装。该类型CT为开合式，用树脂浇注成半圆形，然后用加紧箍连接。安装时将互感器分为两半，然后合为一体，安装极为方便。一般要求电缆外径不大于120mm。
2.7 干式CT
干式CT是继油浸式、SF6气体绝缘CT之后推出的一种新型设备，其特点是无油、无气、无瓷。结构上主要由U形一次导体、箱体、硅橡胶外套等部分组成，二次绕组置于底座箱体中，见图7所示。内绝缘采用聚四氟乙烯薄膜缠绕在一次导体上，外敷电容屏以使沿面电场分布均匀。
外绝缘采用硅橡胶外套。此类CT缺点是对绝缘包绕工艺要求较高，工艺不良时容易埋下安全隐患，且二次绕组不可拆卸，现场不可修复。但其重量轻、维护少、耐污和抗老化性能好，因此近来在一些中、低压户外布置场合逐渐被使用。
图7 干式CT结构图
2.8 其它型号CT
低压配电系统中还有LMZB、LD(F)Z、LA等多种型号CT，型号中字母M表示母线式，D表示单匝贯穿式，F表示复匝贯穿式，A表示穿墙式，均为绝缘浇注型。如图8所示。
图8 其它型号CT外形图
3 结束语
综上所述，LB、LVB型油浸式CT属于老旧产品，目前已逐渐被新型的LVQB型SF6气体绝缘CT取代，可广泛用于各电压等级。干式CT为新型产品，由于其独特的优势，有望在在中、低压户外布置场合广泛使用。
在变电站设计中，选择CT型号时，不仅要考虑CT安装位置、工艺要求，还应考虑所处的环境条件，选择适宜的CT型号。同样在编制设备订货规范书时，应准确书写设备型号，切忌张冠李戴，应避免定错设备的情况发生。
提供以下建议：
（1）地震烈度8度及以下地区，35 kV及以上敞开式配电装置优先选用LVQB型设备，地震烈度高于8度地区，宜选用套管CT；
（2）选用套管CT时，注意区别LR型测量型CT和LRB保护型CT；
（3）低电压、小电流回路优先选用LB型设备；
（4）开关柜中优先选用LZZBJ型设备。