套管式电流互感器是什么？结构原理、型号参数与选型安装指南
全面解析套管式电流互感器（套管CT）的结构组成、与穿墙式支柱式对比、变压器配套应用及选型要点
一、什么是套管式电流互感器
套管式电流互感器，又称套管CT（Bushing Current Transformer）或油纸电容式电流互感器，是一种专门安装在电力变压器、油浸式电抗器等设备高压套管内部或套管外部的电流测量和保护装置。
套管式电流互感器是电力变压器重要的配套设备之一，主要用于变压器差动保护、变压器后备保护、母线保护以及电能计量等场合。由于其安装在变压器套管上，可以直接获取变压器各侧的电流信号，是变压器保护系统的核心组成部分。
图1：套管式电流互感器安装在电力变压器套管上的结构示意
套管式CT的主要特点
变压器配套专用
专门为电力变压器配套设计，可直接获取变压器各侧电流信号
高压绝缘设计
与变压器套管一体化设计，具有完善的高压绝缘结构
多铁芯灵活配置
可配置多个独立铁芯，满足差动、备保、计量等多种保护需求
精度稳定可靠
采用油纸绝缘，精度等级稳定，使用寿命长
💡 核心应用场景
套管式电流互感器主要应用于35kV~500kV电力变压器的继电保护和电能计量。在变压器保护中，套管CT是变压器纵联差动保护的重要电流信号来源，其性能直接影响保护动作的正确性。
二、套管式电流互感器结构组成
套管式电流互感器按安装位置分为套管内安装型和套管外安装型两种，其结构各有特点：
2.1 套管内安装型（正立式）
套管CT安装在变压器套管的油箱内部，环绕套管内导体设置：
- 一次导体：即变压器绕组的引出线，直接穿过CT铁芯
- 铁芯组件：采用环形铁芯，环绕一次导体
- 二次绕组：缠绕在铁芯上，匝数根据变比确定
- 绝缘支撑：采用绝缘纸和撑条固定铁芯位置
- 二次引出：通过套管将军箱内部的二次线引出到端子箱
2.2 套管外安装型（倒立式）
套管CT安装在变压器套管的油箱外部，CT本身浸在变压器油中或独立油箱内：
- 独立结构：CT具有独立的油箱或采用SF₆气体绝缘
- 一次导体：套管内导体从CT中心穿过
- 二次引出：从CT底部或侧面引出到端子箱
- 维护便利：可在变压器不停电情况下更换CT
图2：正立式与倒立式套管CT结构对比
2.3 二次绕组配置
套管式电流互感器通常配置多个独立铁芯，以满足变压器保护的多样化需求：
| 铁芯序号 | 用途 | 精度等级 | 额定负荷 | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| T1（第1铁芯） | 纵联差动保护 | 5P或10P | 根据保护整定 | 短时热电流倍数高 |
| T2（第2铁芯） | 高压侧后备保护 | 5P | 标准负荷 | – |
| T3（第3铁芯） | 中压侧后备保护 | 5P | 标准负荷 | 三绕组变压器 |
| T4（第4铁芯） | 电能计量 | 0.2S或0.5 | 计量负荷 | 计量专用 |
2.4 绝缘结构
套管式CT的绝缘系统是其技术核心，主要包括：
- 主绝缘：采用油浸绝缘纸或SF₆气体绝缘
- 电容型绝缘：通过电容屏均匀电压分布，用于高压产品
- 密封结构：确保绝缘油或气体不泄漏
- 膨胀器：补偿温度变化引起的体积变化
三、套管式电流互感器工作原理与分类
3.1 基本工作原理
套管式电流互感器的工作原理与其他类型CT完全相同，基于电磁感应定律。当变压器绕组引出的一次导体中有交流电流流过时，在CT铁芯中产生交变磁通，感应出与一次电流成比例的二次电流。
核心特点
套管式CT的一次电流就是变压器绕组的负载电流。一次电流的范围与变压器的容量和电压等级直接相关，通常从几十安培到几千安培不等。
3.2 主要分类
按安装位置分类
- 套管内安装型（正立式）：安装在油箱内部套管上
- 套管外安装型（倒立式）：安装在油箱外部
按绝缘方式分类
- 油浸式：绝缘油+绝缘纸，经济可靠
- SF₆气体绝缘式：环保、维护少
- 干式：环氧树脂浇注，户内适用
按铁芯数量分类
- 单铁芯型：单一测量或保护
- 多铁芯型：2~4个独立铁芯
按保护用途分类
- 差动保护专用：高精度保护铁芯
- 后备保护专用：标准保护铁芯
- 计量专用：高精度测量铁芯
3.3 主要技术参数
| 参数名称 | 典型值范围 | 说明 |
|---|---|---|
| 系统电压 | 35kV~500kV | 变压器额定电压 |
| 一次电流 | 50A~3000A | 对应变压器容量 |
| 二次电流 | 1A或5A | 常用1A(远距离) |
| 额定短时热电流 | 25kA~63kA | 1秒热稳定电流 |
| 额定动稳定电流 | 62.5kA~160kA | 峰值耐受电流 |
| 额定负荷 | 15VA~50VA | 单铁芯额定输出 |
| 局部放电 | ≤10pC | 考核绝缘质量 |
四、套管式电流互感器型号规格参数表
4.1 型号命名规则
4.2 常见型号参数表
| 型号 | 系统电压(kV) | 一次电流(A) | 变比 | 铁芯配置 | 精度等级 | 绝缘类型 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| LR-35-100/5 | 35 | 100 | 100/5 | 2铁芯 | 5P/0.5 | 油浸式 |
| LR-35-200/5 | 35 | 200 | 200/5 | 2铁芯 | 5P/0.5 | 油浸式 |
| LR-35-400/5 | 35 | 400 | 400/5 | 3铁芯 | 5P/0.5/0.2S | 油浸式 |
| LRD-110-600/5 | 110 | 600 | 600/5 | 3铁芯 | 5P/5P/0.5 | 油浸式(电容型) |
| LRD-110-1200/1 | 110 | 1200 | 1200/1 | 4铁芯 | 5P/5P/5P/0.2S | 油浸式(电容型) |
| LRD-220-1200/1 | 220 | 1200 | 1200/1 | 4铁芯 | 5P/5P/5P/0.5 | SF₆气体绝缘 |
| LRD-220-2000/1 | 220 | 2000 | 2000/1 | 4铁芯 | 5P/5P/5P/0.2S | SF₆气体绝缘 |
| LRD-500-2000/1 | 500 | 2000 | 2000/1 | 5铁芯 | 5P/5P/5P/0.5/0.5 | SF₆气体绝缘 |
4.3 外形尺寸参考
| 电压等级 | 安装方式 | 主体高度(mm) | 套管高度(mm) | 重量(kg) |
|---|---|---|---|---|
| 35kV | 油箱内/油箱外 | 400~600 | 600~800 | 150~300 |
| 110kV | 油箱外 | 600~800 | 1000~1400 | 400~600 |
| 220kV | 油箱外 | 800~1000 | 1800~2200 | 800~1200 |
| 500kV | 油箱外 | 1000~1400 | 3500~4000 | 2000~3000 |
五、套管式与穿墙式、支柱式电流互感器对比
穿墙式、支柱式、套管式是三种最常见的电流互感器类型，适用于不同的应用场景。
5.1 三种类型综合对比表
| 对比项目 | 穿墙式CT | 支柱式CT | 套管式CT |
|---|---|---|---|
| 安装位置 | 开关柜/配电箱 | 支柱绝缘子上 | 变压器套管上 |
| 一次导体 | 外部母排穿过 | 内置导体 | 套管内导体 |
| 电压等级 | 0.4~35kV | 6~220kV | 35~500kV |
| 主要用途 | 配电测量保护 | 线路/母线保护 | 变压器保护 |
| 铁芯数量 | 1~2个 | 2~4个 | 2~5个 |
| 绝缘方式 | 树脂浇注 | 油浸/SF₆ | 油纸/SF₆ |
| 维护方式 | 可不断电维护 | 需停电维护 | 需变压器配合 |
| 价格水平 | 低~中 | 中~高 | 高 |
5.2 选择建议
💡 选型参考
- 变压器保护：必须选用套管CT，一次电流直接取自变压器绕组引出线
- 高压线路/母线保护：选用支柱式CT，绝缘性能好，稳定可靠
- 中低压配电：选用穿墙式CT，安装方便，性价比高
- 改造项目：优先考虑穿墙式，可不停电安装
图3：穿墙式、支柱式、套管式电流互感器应用场景对比
六、套管式电流互感器变压器配套应用
6.1 双绕组变压器配套
典型配置
以110kV/35kV双绕组变压器为例：
- 高压侧（110kV）：配置LRD-110系列套管CT，3~4个铁芯
- 低压侧（35kV）：配置LR-35系列套管CT，2~3个铁芯
铁芯分配示例
- T1：纵联差动保护（高压侧）
- T2：高压侧后备保护
- T3：低压侧后备保护
- T4：电能计量
6.2 三绕组变压器配套
典型配置
以220kV/110kV/35kV三绕组变压器为例：
- 高压侧（220kV）：LRD-220系列，4个铁芯
- 中压侧（110kV）：LRD-110系列，4个铁芯
- 低压侧（35kV）：LR-35系列，3个铁芯
保护配置
- 各侧分别配置差动保护铁芯和后备保护铁芯
- 计量铁芯集中配置在高压侧
6.3 自耦变压器配套
特殊考虑
自耦变压器因其结构特点，在配置套管CT时需要特别考虑：
- 公共绕组电流：差动保护需考虑串联绕组和公共绕组的电流差
- 励磁涌流：自耦变压器励磁涌流较大，保护铁芯需选择高饱和倍数
- 过电压：需考虑中性点接地方式的雷电和操作过电压
图4：三绕组电力变压器套管CT配置示意
七、套管式电流互感器选型要点指南
7.1 选型步骤
确定变压器参数
明确变压器电压等级、额定容量、额定电流，以便确定CT一次电流和电压等级
确定保护配置
根据变压器保护配置要求，确定需要的保护类型（差动、备保、计量）
确定铁芯配置
根据保护配置要求，确定CT铁芯数量和精度等级
校验动热稳定
校验CT能承受变压器出口短路的电动力和热效应
确定安装方式
根据变压器套管结构，确定正立式或倒立式安装
7.2 选型参数对照表
| 选型参数 | 确定依据 | 注意事项 |
|---|---|---|
| 系统电压 | 变压器额定电压 | 考虑系统最高电压 |
| 一次电流 | 变压器额定电流×1.2~1.4 | 考虑过载和励磁涌流 |
| 变比 | 一次电流/5A或1A | 考虑保护整定和计量要求 |
| 短时热电流 | ≥变压器出口短路电流 | 校验1秒或4秒热稳定 |
| 动稳定电流 | ≥短路冲击电流峰值 | 校验电动力承受 |
| 铁芯精度 | 保护5P,计量0.2S | 差动保护用P级 |
| 安装方式 | 套管结构决定 | 正立式/倒立式 |
7.3 变压器容量与CT选型对照
| 变压器容量(MVA) | 电压等级(kV) | 额定电流(A) | 推荐CT变比 | 推荐CT型号 |
|---|---|---|---|---|
| 6.3 | 35 | 104 | 150/5 | LR-35-200/5 |
| 10 | 35 | 165 | 200/5 | LR-35-300/5 |
| 31.5 | 110 | 165 | 200/5 | LRD-110-300/5 |
| 50 | 110 | 262 | 300/5 | LRD-110-400/5 |
| 120 | 220 | 315 | 400/1 | LRD-220-500/1 |
| 180 | 220 | 472 | 600/1 | LRD-220-800/1 |
| 240 | 220 | 630 | 800/1 | LRD-220-1000/1 |
八、套管式电流互感器安装与调试
8.1 安装前检查
- 外观检查：检查CT外壳有无损伤、变形
- 铭牌核对：确认型号、变比与设计一致
- 极性测试：用变比电桥测试各铁芯极性
- 绝缘测试：测量二次绕组对地绝缘电阻
- 油样检查：对油浸式CT进行油色、油位检查
8.2 安装要点
- 套管清洁：安装前彻底清洁套管表面，确保密封
- CT就位：将CT套入套管导体，注意方向和位置
- 固定安装：使用配套夹具固定CT，防止移动
- 二次接线：按图纸连接二次回路，极性正确
- 接地连接：CT底座可靠接地
- 密封检查：确认CT与套管连接处密封良好
8.3 调试项目
✅ 安装后调试项目
- 极性测试：确认各铁芯极性与铭牌一致
- 变比测试：在额定电流附近验证变比精度
- 励磁特性：测试铁芯励磁曲线，判断饱和特性
- 二次回路绝缘：≥100MΩ
- 相位检查：三相CT相位关系正确
- 差动保护校验：六角图测试正确
九、常见问题FAQ
+
主要区别在于一次导体的来源：
- 套管式CT：一次导体是变压器绕组的引出线，CT直接套在套管内导体上
- 支柱式CT：一次导体是独立的载流导体，CT安装在支柱绝缘子上
在变压器保护中，必须使用套管式CT，因为差动保护需要获取变压器各侧的真实一次电流。
+
变压器纵联差动保护的工作原理是比较变压器各侧电流的矢量和。正常运行时，各侧电流矢量和为零（考虑变比和相位补偿后）；变压器内部故障时，矢量和不为零，保护动作。
只有套管CT才能直接测量变压器各侧绕组的真实一次电流，这是差动保护正确动作的前提。
+
套管CT的一次电流选择要考虑：
- 变压器额定电流：CT一次电流应大于变压器额定电流
- 变压器过载能力：考虑短时过载，通常按额定电流的1.2~1.4倍选择
- 励磁涌流：变压器空投时产生大电流，CT不能饱和
- 短路电流：需校验热稳定和动稳定
+
P级铁芯：准确限值系数为额定电流的倍数（如5P10表示10倍额定电流时误差不超过5%）
PR级铁芯：具有低剩磁系数（通常≤10%），铁芯剩磁小，更适合变压器差动保护，能更快从饱和状态恢复
对于变压器差动保护，建议优先选用PR级铁芯。
+
可以，但需要注意：
- 同一铁芯的多个负载总阻抗之和≤CT额定负荷
- 不同用途（计量/保护）的负载应分开接在不同铁芯上
- 差动保护和后备保护不能共用同一铁芯
- 建议使用中间继电器或分配端子进行分配
十、套管式电流互感器典型应用案例
案例一：110kV变压器差动保护配套
项目概况：某110kV变电站，主变压器容量50MVA，需要配置完整的继电保护和电能计量系统。
选型方案：
- 高压侧（110kV）：LRD-110-600/1，4铁芯（5P/5P/5P/0.2S）
- 低压侧（35kV）：LR-35-1000/5，3铁芯（5P/5P/0.5）
铁芯分配：
- T1：高压侧差动保护
- T2：高压侧后备保护
- T3：低压侧后备保护
- T4：电能计量
案例二：220kV自耦变压器保护配套
项目概况：某220kV自耦变压器，容量180/180/60MVA（三侧），高-中压侧有电气联系。
选型方案：
- 高压侧：LRD-220-1200/1，5铁芯
- 中压侧：LRD-110-1600/1，5铁芯
- 低压侧：LR-35-2000/5，3铁芯
技术特点：选用PR级铁芯用于差动保护，防止励磁涌流和故障切除时CT饱和。