第三章 模拟量采集系统（一）：电压/电流互感器（PT/CT）的原理与选型

各位同行，今天我们来聊聊继电保护装置最前端的“眼睛”——电压互感器和电流互感器。说白了，保护装置要判断电力系统有没有故障，首先得知道电压多高、电流多大。但一次侧的高电压、大电流，装置直接扛不住，必须靠PT和CT来“翻译”成二次侧能用的低电压、小电流。

我个人习惯把互感器比作“传感器”。你想想看，没有它们，后面的ADC采样、保护算法全是空谈。我在项目中遇到过不少因为互感器选型不当导致的保护误动或拒动，嗯，这里面的坑，咱们一个一个说清楚。

3.1 电压互感器（PT）的原理与选型

电压互感器，本质上就是个降压变压器。一次绕组接高压母线，二次绕组输出标准的100V或100/√3 V。为什么是100V？这是行业标准，方便不同厂家设备互联。

选型时，我建议重点关注三个参数：

• 额定电压比：比如10kV/100V，对应变比100:1。注意一次侧要选系统额定电压，别选错了。
• 准确级：保护用PT一般选0.5级或0.2级。0.2级精度更高，但价格也贵。我个人习惯，主保护用0.2级，后备保护用0.5级就够了。
• 容量：PT二次侧带载能力，单位VA。别选太小，否则接多个保护装置时电压会掉。

3.2 电流互感器（CT）的原理与选型

CT的原理和PT类似，但有个关键区别：CT二次侧绝对不能开路！为什么？因为CT一次电流是系统决定的，二次开路时，励磁电流会变得极大，产生高电压，击穿绝缘，甚至爆炸。我见过一次事故，就是CT二次端子松动，结果把保护装置烧了。所以，CT二次回路必须可靠短接，这是铁律。

CT选型，核心参数是：

• 额定电流比：比如600A/5A，变比120:1。注意一次电流要大于系统最大负荷电流，一般取1.2~1.5倍。
• 准确级：保护用CT常用5P20或10P20。5P20的意思是：在20倍额定电流下，复合误差不超过5%。说白了，就是故障时CT还能保持精度。
• 额定负荷：CT二次侧能带的阻抗，单位Ω。选型时，要确保二次回路总阻抗不超过CT额定负荷，否则CT会饱和。

3.3 互感器的误差与精度等级

误差这东西，说白了就是“理想和现实的差距”。PT和CT都有两种误差：比值误差和相位误差。比值误差影响幅值测量，相位误差影响功率和方向判断。

精度等级怎么理解？比如0.5级PT，在额定电压下，比值误差不超过±0.5%，相位误差不超过±20分。你想想看，如果保护装置要精确计算阻抗，相位误差大了，方向元件就可能误判。

我在项目中遇到过一件事：某线路保护在区外故障时误动，查了半年，最后发现是CT相位误差偏大，导致方向元件误判。后来换了更高精度的CT，问题消失。所以，对于方向保护、差动保护这类对相位敏感的场合，我建议选高精度互感器。

3.4 二次回路接线方式

二次回路接线，看似简单，其实门道很多。常见的接线方式有：

• 星形接线（Y接）：三相PT或CT的二次侧接成星形，中性点引出。这种接线能同时测量相电压和线电压，也能测量零序电压/电流。我习惯在保护装置里用Y接，因为信息最全。
• 三角形接线（Δ接）：三相二次侧首尾相连，引出三个线电压。这种接线只能测线电压，不能测相电压和零序。常用于测量表计，保护装置用得少。
• 开口三角接线：专门用于零序电压测量。三相二次绕组首尾串联，开口处输出3U0。注意，开口三角的极性不能接反，否则零序电压会抵消。

举个例子，一个典型的110kV线路保护，PT二次采用Y接，CT二次也采用Y接，中性点接地。这样，保护装置能同时获取三相电压、三相电流和零序分量，实现距离保护、方向保护、零序保护等功能。

嗯，这里还要提一句：二次回路接地问题。PT和CT的二次侧必须有一点接地，防止一次高压窜入二次侧。但注意，只能一点接地，多点接地会形成环流，影响测量精度。我见过有人把PT二次侧在两端都接地，结果环流导致电压测量偏差，保护装置频繁报警。

好了，这一章的内容就到这里。下一章我们聊聊ADC采样和滤波，那是把模拟量变成数字量的关键一步。各位回去可以看看自己项目里的互感器选型，有没有踩过我说的那些坑？