淺談變電站站用變壓器保護(hù)用電流互感器二次參數(shù)選擇

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

淺談變電站站用變壓器保護(hù)用電流互感器二次參數(shù)選擇

陳智遠(yuǎn) 黃福全 李洪衛(wèi)

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

站用變壓器容量遠(yuǎn)小于系統(tǒng)短路容量，站用變壓器保護(hù)用電流互感器的參數(shù)選擇需考慮兼顧保護(hù)裝置的精確性和電流互感器穩(wěn)態(tài)性能要求，參數(shù)選擇困難已經(jīng)成為了一個(gè)突出的問(wèn)題。本文通過(guò)站用變保護(hù)整定實(shí)例和理論分析，給出了站用變保護(hù)用電流互感器參數(shù)選擇的原則；同時(shí)本文討論并給出了電流互感器參數(shù)選擇存在困難時(shí)的三種輔助解決方案。

站用變壓器；電流互感器；飽和

隨著系統(tǒng)容量不斷擴(kuò)大,變電站低壓側(cè)系統(tǒng)短路電流越來(lái)越大,某些特殊負(fù)荷（如站用變壓器）正常工作電流較小，在這些設(shè)備出口短路時(shí)，短路電流可能達(dá)到正常工作電流的數(shù)千倍。

電流互感器額定一次電流通常按負(fù)荷電流選擇，以便于測(cè)量和保護(hù)整定。這樣確定的互感器在短路時(shí)需要承受數(shù)千倍的短路電流，鐵芯可能?chē)?yán)重飽和而影響其傳變特性。若電流互感器按在短路故障時(shí)不飽和條件選擇，則電流互感器額定一次電流將遠(yuǎn)大于負(fù)荷電流，這將造成保護(hù)裝置整定計(jì)算困難﹑測(cè)量精度難以保證。這在正常負(fù)荷電流較小的回路的電流互感器的選擇始終是矛盾的，致使設(shè)備選擇面臨兩難的局面。

1 站用變壓器保護(hù)定值整定實(shí)例

1.1 站用變保護(hù)準(zhǔn)確性校驗(yàn)

某220kV變電站站用變壓器參數(shù)如下：站用變?nèi)萘?00 kVA﹑高壓側(cè)電壓等級(jí)10.5 kV﹑高壓側(cè)額定電流21.99A﹑CT變比600/1。按照南方電網(wǎng)繼電保護(hù)整定規(guī)程，站用變過(guò)電流保護(hù)電流定值按躲站用變額定負(fù)荷電流整定，一次整定值為：

Ie——站用變額定電流；

Kk——可靠系數(shù)，取1.3～2；

Kfh——返回系數(shù)，微機(jī)型保護(hù)取0.95～1；

則該站用變保護(hù)過(guò)電流保護(hù)的一次定值為：I′set=46.179A

過(guò)電流保護(hù)定值按照CT變比600/1折算至二次側(cè)后，

站用變保護(hù)選用某公司RCS-9621C型微機(jī)保護(hù)裝置，該裝置對(duì)過(guò)電流保護(hù)整定范圍的要求是.01In～20In，因此過(guò)電流保護(hù)定值最小只能整定為0.1A，無(wú)法滿足規(guī)程要求（In—保護(hù)裝置二次額定電流，此處為1A）。

1.2 電流互感器性能校驗(yàn)

該站用變壓器選用的電流互感器參數(shù)如下：電流互感器容量Sn=10VA﹑準(zhǔn)確限值系數(shù)Kalf=20﹑二次額定負(fù)載Rbn=10Ω﹑電流互感器內(nèi)阻Rct=6Ω﹑

一次額定電流Ipn=600A﹑二次額定電流Ipn=1A。

1.2.1 一般選擇校驗(yàn)

根據(jù)深圳電網(wǎng)短路計(jì)算結(jié)果，220kV變電站10kV側(cè)保護(hù)故障校驗(yàn)電流Ipcf=30kA，額定準(zhǔn)確限值一次電流：Ipal=Kalf×Ipn=600×20=1.2kA，則Ipal＜Ipct，該電流互感器不滿足一般選擇校驗(yàn)的要求。

1.2.2 穩(wěn)態(tài)性能校驗(yàn)

該電流互感器二次負(fù)載Rb=0.14+0.5 =0.64Ω，則額定二次極限電動(dòng)勢(shì)：Es1=Kalf×Isn×（Rct+Rbn）=320V，繼電保護(hù)動(dòng)作性能校驗(yàn)要求的二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：

表1 站用變壓器CT最大一次額定電流

Es=K×Kpcf×Isn×（Rct+Rb）=332V

K——暫態(tài)系數(shù)，取1。

Kpcf——保護(hù)校驗(yàn)系數(shù)，等于Ipcf/Ipn。

則Es1＜Es，該電流互感器不滿足穩(wěn)態(tài)性能校驗(yàn)要求，存在CT飽和的風(fēng)險(xiǎn)。

2 站用變壓器保護(hù)用電流互感器的參數(shù)選擇

按照《DL_T_866-2004電流互感器和電壓互感器選擇及計(jì)算導(dǎo)則》的規(guī)定，110kV及以下系統(tǒng)保護(hù)用電流互感器一般按照穩(wěn)態(tài)條件選擇，選用P類(lèi)互感器。

2.1 一次額定電流Ipn的選擇

電流互感器應(yīng)根據(jù)其所屬一次設(shè)備的額定電流或最大工作電流選擇適當(dāng)?shù)念~定一次電流，并應(yīng)使得在額定電流比條件下的二次電流滿足該回路保護(hù)裝置的準(zhǔn)確性要求。

為滿足保護(hù)裝置準(zhǔn)確性要求，保證保護(hù)裝置可以對(duì)站用變過(guò)電流保護(hù)進(jìn)行整定，則站用變電流互感器一次額定電流應(yīng)滿足。

表1給出了常見(jiàn)容量的站用變壓器保護(hù)用電流互感器可選的最大一次額定電流。

2.2 電流互感器容量和準(zhǔn)確限值系數(shù)的選擇

按照表1給出的計(jì)算結(jié)果，文中實(shí)例中站用變的電流互感器一次額定電流應(yīng)選為400A，則繼電保護(hù)動(dòng)作性能校驗(yàn)要求的二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Es增大為498V，更加不滿足穩(wěn)態(tài)性能校驗(yàn)的要求。

由電流互感器穩(wěn)態(tài)性能的研究分析可知，電流互感器滿足穩(wěn)態(tài)性能校驗(yàn)要求的充要條件是：Es1＜Es，即：

上式中選擇暫態(tài)系數(shù)K﹑保護(hù)校驗(yàn)系數(shù)Kpcf均由系統(tǒng)決定，因此可通過(guò)選擇更大的準(zhǔn)確限值系數(shù)Kalf﹑額定容量Rbn的電流互感器或降低實(shí)際二次負(fù)荷使電流互感器達(dá)到穩(wěn)態(tài)飽和性能要求。

如果電流互感器的準(zhǔn)確限值系數(shù)Kalf改選用40（其他參數(shù)同前），Es1增大為640V，則電流互感器滿足穩(wěn)態(tài)性能要求；如果電流互感器的額定負(fù)載Rbn改為20Ω（其他參數(shù)同前），Es1增大為780V，則電流互感器滿足要求；站用變保護(hù)電流互感器的二次負(fù)載僅有一套保護(hù)裝置和連接電纜，僅能通過(guò)增大電纜截面積來(lái)減少二次負(fù)載，對(duì)二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Es的影響較小，若二次負(fù)載降低為Rb降低為0.6Ω（其他參數(shù)同前），Es降低為495V，仍不滿足穩(wěn)態(tài)性能要求。

綜上所述，如果文中站用變選擇變比為400/1﹑準(zhǔn)確限值系數(shù)Kalf=40，額定負(fù)載Rbn=20Ω,內(nèi)阻Rct=6Ω的電流互感器，則額定二次極限電動(dòng)勢(shì)：

電流互感器可滿足穩(wěn)態(tài)性能校驗(yàn)要求，并留有較大裕度。

3 電流互感器參數(shù)選擇困難時(shí)的解決辦法

3.1 合理選擇站用變壓器容量

按照南方電網(wǎng)典型設(shè)計(jì)規(guī)定，站用變壓器的容量：

K1—站用動(dòng)力負(fù)荷換算系數(shù)，一般取0.85；

P1—站用動(dòng)力負(fù)荷之和(kW)；

P2—站用電熱負(fù)荷之和(kW)；

P3—站用照明負(fù)荷之和(kW)。

站用變壓器容量按照上述原則選取，110kV 變電站宜選用200kVA 站用變壓器，220kV 變電站宜選用315kVA或400kVA 站用變壓器，500kV 變電站宜選用630kVA 或800kVA 站用變壓器。

站用變負(fù)荷電流與短路電流相差巨大是造成過(guò)電流保護(hù)定值無(wú)法滿足裝置準(zhǔn)確度要求的根本原因。因此，可考慮適當(dāng)增加站用變?nèi)萘?，進(jìn)而提高電流互感器一次額定電流的取值范圍，可使電流互感器同時(shí)滿足穩(wěn)態(tài)校驗(yàn)和裝置準(zhǔn)確度的要求。

3.2 速斷和過(guò)電流保護(hù)選取不同CT變比

站用變過(guò)電流保護(hù)為變低故障的后備保護(hù)，開(kāi)關(guān)切除時(shí)間整定為30s，因此無(wú)需考慮站用變發(fā)生極端故障（高壓側(cè)出口三相金屬性短路），故障電流過(guò)大導(dǎo)致電流互感器飽和對(duì)其造成的影響。鑒于此，可考慮將速斷保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)選取不同的CT變比，速斷保護(hù)主要考慮抗CT飽和，可適當(dāng)取較大的CT變比和準(zhǔn)確限值系數(shù)；過(guò)電流保護(hù)主要考慮保護(hù)定值的準(zhǔn)確性，使用較小CT變比。

3.3 電流互感器與保護(hù)裝置使用不同的二次額定電流

若電流互感器二次額定電流Isn為5A﹑保護(hù)裝置二次額定電流In由5A改為1A，保護(hù)定值按實(shí)際CT變比整定，保護(hù)裝置準(zhǔn)確度要求降至原來(lái)的1/5，可通過(guò)增大一次額定電流滿足電流互感器穩(wěn)態(tài)校驗(yàn)的要求。

對(duì)于文中站用變壓器，若電流互感器二次額定電流Isn=5A，保護(hù)裝置二次額定電流In=1A，則其一次額定電流

即互感器的一次額定電流Ipn可選擇1000A，可滿足CT穩(wěn)態(tài)性能校驗(yàn)的要求。

反之，若電流互感器二次額定電流Isn為1A﹑保護(hù)裝置二次額定電流In由1A改為5A，保護(hù)定值按實(shí)際CT變比整定，保護(hù)裝置的準(zhǔn)確度要求增大至原來(lái)的5倍，更加不滿足裝置準(zhǔn)確度的要求。

4 站用變壓器CT參數(shù)選擇原則

站用變保護(hù)電流互感器參數(shù)的選擇應(yīng)綜合考慮保護(hù)裝置準(zhǔn)確性和互感器穩(wěn)態(tài)飽和性能，應(yīng)遵守以下原則：

4.1 一次額定電流應(yīng)根據(jù)站用變?nèi)萘亢捅Ｗo(hù)裝置準(zhǔn)確性要求進(jìn)行選擇，確保保護(hù)裝置不出現(xiàn)定值無(wú)法整定的情況。

4.2 二次額定負(fù)載和準(zhǔn)確限值系數(shù)應(yīng)在盡量取大值，并按照互感器穩(wěn)態(tài)性能要求進(jìn)行校驗(yàn)，并保留適當(dāng)裕度，確保在極端情況下電流互感器亦不會(huì)出現(xiàn)飽和的情況。

5 CT參數(shù)選擇困難時(shí)的解決辦法

當(dāng)按照4原則仍無(wú)法選擇合適電流互感器時(shí)，可考慮以下方法：

5.1 適當(dāng)選取大容量的站用變壓器，提升站用變額定電流，保證在滿足保護(hù)裝置準(zhǔn)確性的前提下，電流互感器可選取較大的一次額定電流以滿足穩(wěn)態(tài)性能校驗(yàn)的要求。

5.2 對(duì)于新建及技改工程，可考慮增加電流互感器二次繞組，同時(shí)修改保護(hù)裝置邏輯，速斷保護(hù)按照互感器穩(wěn)態(tài)性能校驗(yàn)的要求選用較大一次額定電流的繞組，過(guò)電流保護(hù)按照準(zhǔn)確性的要求選用較小一次額定電流的繞組。對(duì)于存量站用變保護(hù)，可考慮修改保護(hù)邏輯，過(guò)電流保護(hù)改用測(cè)量組采樣值，速斷保護(hù)選用互感器保護(hù)繞組，并按照穩(wěn)態(tài)性能校驗(yàn)的要求調(diào)整繞組二次抽頭。

5.3 對(duì)于滿足互感器穩(wěn)態(tài)性能校驗(yàn)的要求，但不滿足保護(hù)裝置準(zhǔn)確性要求的情況，可將電流互感器二次額定電流選為5A，保護(hù)裝置二次額定電流選為1A。

[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]袁季修.保護(hù)用電流互感器應(yīng)用指南[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

TM63

A