主變壓器高壓側(cè)電流互感器抗短路電流性能驗(yàn)證

諶爭(zhēng)鳴，李升健，周 寧，張 妍

（江西省電力科學(xué)研究院，江西南昌 330096）

0 引言

根據(jù)2011年全省短路電流計(jì)算的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)省內(nèi)存在部分TA短路電流倍數(shù)超標(biāo)，不滿足電流互感器準(zhǔn)確限制系數(shù)的要求。

在發(fā)現(xiàn)問題的電流互感器中，本文選取了220 kV某變電站1號(hào)主變高壓側(cè)電流互感器，在我省首次采用了“二次極限電動(dòng)勢(shì)法”和RTDS數(shù)字仿真，進(jìn)行其抗短路電流性能的驗(yàn)證。所采用的驗(yàn)證方法，對(duì)其他電流互感器的驗(yàn)證具有指導(dǎo)作用。此次驗(yàn)證的依據(jù)是《DL/T 866-2004電流互感器和電壓互感器選擇及計(jì)算導(dǎo)則》。

1 基本數(shù)據(jù)

1.1 一次接線圖及運(yùn)行方式

220 kV采用線路變壓器組接線。正常運(yùn)行時(shí)，110 kV和10 kV母線分裂運(yùn)行。1號(hào)主變110 kV側(cè)接I母，2號(hào)主變110 kV側(cè)接II母。1號(hào)主變高壓側(cè)雙重化配置了許繼廠生產(chǎn)的微機(jī)變壓器保護(hù)，型號(hào)為WBH-801和WBH-802。該變電站作為負(fù)荷端，未配置220 kV線路保護(hù)，線路故障時(shí)，由電源端側(cè)保護(hù)切除故障。由于采用線路變壓器組接線，未配置母線保護(hù)。220 kV變電站一次接線圖，見圖1所示。

圖1 220 kV某變電站一次接線

1.2 2011年最大短路電流

2011年短路計(jì)算數(shù)據(jù)，該變電站1號(hào)主變高壓側(cè)最大短路電流水平如表1所示。

表1 1號(hào)主變高壓側(cè)最大短路電流表

1號(hào)主變高壓側(cè)電流互感器TA15和TA16額定電流800/5A，型號(hào)及準(zhǔn)確限制系數(shù)10P20，額定容量30VA。

2 性能驗(yàn)算

2.1 對(duì)電流互感器的性能要求

1）要求保護(hù)區(qū)內(nèi)故障時(shí)，電流互感器誤差不致影響保護(hù)可靠動(dòng)作。主要考慮對(duì)1號(hào)主變差流速斷保護(hù)的影響。

2）要求保護(hù)區(qū)外最嚴(yán)重故障時(shí)電流互感器誤差不會(huì)導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作或無選擇性動(dòng)作。主要考慮對(duì)1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)的影響。

根據(jù)以上性能要求，對(duì)電流互感器在區(qū)內(nèi)故障點(diǎn)k3和區(qū)外故障點(diǎn)k1、k5時(shí)的性能進(jìn)行驗(yàn)算和論證。

2.2 驗(yàn)算

2.2.1 驗(yàn)算方法

采用“二次極限電動(dòng)勢(shì)法”，額定二次極限電動(dòng)勢(shì)取實(shí)測(cè)的拐點(diǎn)電壓。

2.2.2 CT15和CT16的拐點(diǎn)電壓值

CT15和CT16的拐點(diǎn)電壓值取至220 kV變電站1號(hào)主變高壓側(cè)電流互感器伏安特性和10%誤差曲線測(cè)試報(bào)告，具體數(shù)值如表2所示。

表2 CT15和CT16的拐點(diǎn)電壓

2.2.3 二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算出二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)暫態(tài)值（給定暫態(tài)系數(shù)取1），詳見表3和4。

表3 二次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)值

表4 二次穩(wěn)態(tài)電動(dòng)勢(shì)值

2.3 驗(yàn)算結(jié)論

由表2、3、4可知，k1、k5短路時(shí)，CT15、CT16三相二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)暫態(tài)值和穩(wěn)態(tài)值均小于拐點(diǎn)電壓，CT不會(huì)發(fā)生飽和。k3短路時(shí)，CT15、CT16三相二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)暫態(tài)值遠(yuǎn)大于拐點(diǎn)電壓，將導(dǎo)致CT深度暫態(tài)飽和，不能正確傳變一次電流。CT15、CT16三相二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)穩(wěn)態(tài)值略大于拐點(diǎn)電壓，CT將發(fā)生較淺度穩(wěn)態(tài)飽和。

為了進(jìn)一步分析CT的飽和程度，在RTDS實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)上進(jìn)行了數(shù)字仿真。

3 數(shù)字仿真

3.1 仿真計(jì)算

3.1.1 故障點(diǎn)設(shè)置

故障點(diǎn)設(shè)置在1號(hào)主變高壓側(cè)出口k3點(diǎn)。根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算，系統(tǒng)阻抗角為87.5°，取故障初始角為-2.5°，即當(dāng)變電站220 kV A相電壓的相角為-2.5°時(shí)，發(fā)生三相短路故障，此時(shí)1號(hào)主變高壓側(cè)CT A相故障電流暫態(tài)非周期分量含量最大，暫態(tài)飽和最嚴(yán)重。故障持續(xù)時(shí)間設(shè)置為200 ms。

3.1.2 一次短路電流及波形

系統(tǒng)最大方式運(yùn)行情況下，k3點(diǎn)短路時(shí)，1號(hào)主變高壓側(cè)一次最大短路電流的仿真結(jié)果，見表5。

表5 k3點(diǎn)短路時(shí)高壓側(cè)仿真結(jié)果

仿真值與理論計(jì)算值基本吻合，說明了仿真模型的準(zhǔn)確性。

k3點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，1號(hào)主變高壓側(cè)CT一次故障電流仿真波形如圖3所示?？梢钥闯觯珹相故障電流含有較大的非周期分量，使故障電流波形偏向時(shí)間軸的一側(cè)，而B、C相中的非周期分量含量較小，這與故障初始角有關(guān)。

圖2 1號(hào)主變高壓側(cè)的一次電流仿真波形

3.1.3 二次短路電流及波形

系統(tǒng)最大方式運(yùn)行情況下，k3點(diǎn)短路時(shí)，1號(hào)主變高壓側(cè)二次最大短路電流的仿真結(jié)果，見表6。

表6 k3點(diǎn)短路時(shí)，1號(hào)主變高壓側(cè)二次最大短路電流

1號(hào)主變高壓側(cè)CT15、CT16二次電流暫態(tài)仿真波形，見圖4、圖5?？梢钥闯觯?/p>

1）A、B、C三相二次暫態(tài)電流波形呈尖頂波狀，畸變嚴(yán)重，表明CT均發(fā)生了暫態(tài)飽和。

圖3 高壓側(cè)CT15的二次電流仿真波形

圖4 高壓側(cè)CT16的二次電流仿真波形

2）A相二次電流非周期分量含量較多，引起的飽和程度最深，造成傳變后的二次電流幅值最小。

3）CT16比CT15二次電流暫態(tài)誤差要大一些。

3.2 仿真結(jié)論

數(shù)字仿真與性能驗(yàn)證結(jié)果相一致，相互印證，即在k3短路時(shí)，CT15和CT16會(huì)發(fā)生暫態(tài)飽和，且二次電流波形畸變較嚴(yán)重，暫態(tài)誤差很大，遠(yuǎn)超過誤差規(guī)定值10%，最大暫態(tài)誤差為48.38%，最小暫態(tài)誤差為17.75%。

4 評(píng)估結(jié)論及效果

通過驗(yàn)算，CT15和CT16三相CT在嚴(yán)重的外部短路（k1、k5）故障時(shí)，誤差在規(guī)定值之內(nèi)，變壓器差動(dòng)保護(hù)不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)；驗(yàn)算和仿真表明，在嚴(yán)重的區(qū)內(nèi)短路（k3點(diǎn)）故障時(shí)，CT15和CT16暫態(tài)飽和，二次電流波形發(fā)生畸變，不能正確傳變一次電流。

本次技術(shù)評(píng)估，為220 kV變電站1號(hào)主變高壓側(cè)電流互感器的技術(shù)改造提供決策依據(jù)，保證采用的電流互感器能正確傳變一次電流，確保220 kV變電站1號(hào)主變保護(hù)正確動(dòng)作，而避免造成停電事故或設(shè)備損壞事故的發(fā)生，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

[1]DL/T 866-2004，電流互感器和電壓互感器選擇及計(jì)算導(dǎo)則[S].

[2]吳罡.電流互感器飽和特性分析[J].南京供電技術(shù)，2009,35（3）：71-74.

[3]魏春林.電流互感器二次電流異常的幾種情況分析處理[J].電力建設(shè)，2009,30（8）：133-134.