蓄能水電廠發(fā)電機(jī)保護(hù)CT誤差曲線校核計(jì)算判據(jù)及應(yīng)用

王 方，杜 偉

（1.中國南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司檢修試驗(yàn)中心，廣東 廣州 511493；2.中國南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司惠州蓄能水電廠，廣東 惠州 516100）

蓄能水電廠發(fā)電機(jī)保護(hù)CT誤差曲線校核計(jì)算判據(jù)及應(yīng)用

王 方1，杜 偉2

（1.中國南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司檢修試驗(yàn)中心，廣東 廣州 511493；2.中國南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司惠州蓄能水電廠，廣東 惠州 516100）

當(dāng)一次系統(tǒng)故障產(chǎn)生最大短路電流時(shí)，為了使保護(hù)裝置能夠正確反應(yīng)一次系統(tǒng)狀況而正確動作，電流互感器的變比誤差必須在一定范圍內(nèi)。大型蓄能水電廠發(fā)電機(jī)保護(hù)CT數(shù)量多，且CT的規(guī)格型號也不一樣，本文列出判斷CT誤差曲線是否合格的3種判據(jù)，計(jì)算并校核了某蓄能水電廠實(shí)測的發(fā)電機(jī)保護(hù)CT誤差曲線，驗(yàn)證曲線結(jié)果正確。本文的計(jì)算校核方法為蓄能水電廠保護(hù)CT誤差曲線校驗(yàn)提供了驗(yàn)證方法，具有實(shí)踐指導(dǎo)意義。

發(fā)電機(jī)保護(hù)；最大短路電流；CT誤差曲線；判據(jù)

CT誤差曲線是保護(hù)用電流互感器的一個(gè)重要的基本特性，當(dāng)一次系統(tǒng)故障產(chǎn)生最大短路電流時(shí)，電流互感器一次電流通常比正常運(yùn)行時(shí)的電流大很多倍，電流互感器暫態(tài)飽和較嚴(yán)重，測量誤差也會擴(kuò)大[1]。某大型蓄能水電廠共安裝8臺立式單級混流可逆式水泵水輪機(jī)/發(fā)電電動機(jī)組，單機(jī)容量為300MW，由于蓄能水電廠機(jī)組運(yùn)行工況極其復(fù)雜，發(fā)電機(jī)保護(hù)CT配置數(shù)量較多，為了使發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置能夠正確反應(yīng)一次系統(tǒng)狀況而正確動作，電流互感器的變比誤差必須在一定范圍內(nèi)，因此，需要測試CT誤差曲線，校核電流互感器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)是否滿足要求。

1 CT誤差曲線校核計(jì)算判據(jù)

10 %誤差曲線：設(shè)定CT變比誤差為10%時(shí)，CT一次電流倍數(shù)K（K等于CT一次回路所允許的最大短路電流與一次回路額定電流之比）與CT二次側(cè)負(fù)載阻抗的關(guān)系曲線。

5 %誤差曲線的意義與10%誤差曲線類似，只是允許誤差為5%。從誤差曲線定義可知，不論是一次電流加大，還是二次負(fù)載阻抗增加，其結(jié)果都會引起電流互感器感應(yīng)電動勢的升高，從而擴(kuò)大CT變比誤差。本文所應(yīng)用的試驗(yàn)儀器為OMICRON-CTA CT多功能測試儀器，運(yùn)用該測試儀器可以同時(shí)測出CT二次回路的實(shí)際負(fù)載阻抗、伏安特性曲線和誤差曲線。

本文總結(jié)出以下3種判據(jù)來判斷CT是否滿足誤差精度要求。大型蓄能水電廠發(fā)電機(jī)保護(hù)CT配置數(shù)量較多，且CT規(guī)格型號不一樣，當(dāng)用其中一種判據(jù)不能準(zhǔn)確判斷該CT誤差精度是否滿足要求時(shí)，可選用另一種判據(jù)來判斷。

1.1 CT一次電流倍數(shù)判據(jù)

計(jì)算出CT一次回路的最大短路電流后，可算出該最大短路電流與CT一次回路額定電流的倍數(shù)KMAX；在誤差曲線上，根據(jù)CT二次側(cè)實(shí)際負(fù)載阻抗值可對應(yīng)找出CT一次電流所允許的最大倍數(shù)KL。若KMAX

1.2 二次極限感應(yīng)電勢判據(jù)

保護(hù)用CT的二次極限感應(yīng)電勢：準(zhǔn)確限值系數(shù)、額定二次電流、額定負(fù)荷與二次繞組阻抗的矢量和（該矢量值一般可用額定二次阻抗乘以經(jīng)驗(yàn)系數(shù)1.2來代替）這三者的乘積。計(jì)算二次極限感應(yīng)電勢后，在伏安特性曲線上查找該二次極限感應(yīng)電勢對應(yīng)的勵磁電流值；若該勵磁電流值≤CT二次額定電流值，則該CT誤差曲線合格[2]。

1.3 誤差曲線公式判據(jù)

CT伏安特性是指在電流互感器一次側(cè)開路的情況下，電流互感器二次側(cè)勵磁電流與電流互感器二次側(cè)所加電壓的關(guān)系曲線，其實(shí)際上就是鐵芯的磁化曲線。由CT伏安特性公式推算出誤差曲線的公式[2]為：

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知CT二次實(shí)際負(fù)載阻抗值、伏安特性曲線及拐點(diǎn)電壓。在伏安特性曲線上取拐點(diǎn)電壓所對應(yīng)的勵磁電壓和勵磁電抗（可取拐點(diǎn)附近的近似值），代入上述公式（1），可得出滿足誤差精度時(shí)，CT二次實(shí)際負(fù)載阻抗所對應(yīng)的CT一次電流所允許的最大倍數(shù)KL。若該倍數(shù)大于最大短路電流與CT一次回路額定電流的倍數(shù)KMAX，則認(rèn)為該CT誤差曲線合格[2]。

2 計(jì)算最大短路電流實(shí)例

某蓄能水電廠發(fā)電機(jī)額定電壓為18kV，額定功率為334MVA，可計(jì)算得發(fā)電機(jī)額定電流為10.713kA。圖中標(biāo)幺電抗均以1000MVA為容量基值，以1號發(fā)電機(jī)為例，保護(hù)短路計(jì)算用系統(tǒng)等效電路和參數(shù)見圖1。根據(jù)該蓄能水電廠發(fā)電機(jī)保護(hù)CT的配置位置，可分為兩種情況計(jì)算最大短路電流。

2.1 發(fā)電機(jī)出口短路最大電流

圖1 發(fā)電機(jī)保護(hù)短路計(jì)算用系統(tǒng)等值電路圖

18 kV發(fā)電機(jī)出口M點(diǎn)三相金屬性短路，由500kV系統(tǒng)側(cè)提供短路電流時(shí)，流過M點(diǎn)短路電流：

由發(fā)電機(jī)側(cè)提供短路電流時(shí)，流過M點(diǎn)的短路電流：

流過M點(diǎn)的最大短路電流可估算為由500kV系統(tǒng)側(cè)與發(fā)電機(jī)側(cè)同時(shí)提供的短路電流：

2.2 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)最大不平衡電流

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變壓器額定功率為583kVA，變比為18000/500，計(jì)算得接地變壓器一次側(cè)額定電流為18.7A。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接線圖如圖2所示。

圖2 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接線圖

根據(jù)導(dǎo)則DL/T 684-1999[3]，發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)的動作電壓應(yīng)躲過正常運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)的最大不平衡電壓，該不平衡電壓主要是基波零序電壓，此時(shí)中性點(diǎn)電壓的二次值≤5V，保護(hù)死區(qū)≤5%，通過中性點(diǎn)的最大零序電流為：

3 誤差曲線校核實(shí)例

根據(jù)某蓄能水電廠發(fā)電機(jī)保護(hù)CT的誤差曲線結(jié)果及上文提及的3個(gè)誤差精度判據(jù)，下面列舉4個(gè)保護(hù)CT的實(shí)例來驗(yàn)證誤差曲線是否滿足精度要求。

發(fā)電機(jī)差動保護(hù)CT、95%定子接地保護(hù)CT、100%定子接地保護(hù)CT、勵磁變高壓側(cè)CT的銘牌數(shù)據(jù)及實(shí)測值見表1。

表1 發(fā)電機(jī)保護(hù)CT銘牌數(shù)據(jù)及實(shí)測值

3.1 發(fā)電機(jī)差動保護(hù)CT誤差曲線校核

CT一次電流倍數(shù)K值與對應(yīng)的阻抗值如表2所示，誤差曲線圖見圖3。

表2 CT一次電流倍數(shù)K值與對應(yīng)的阻抗值

圖3 誤差曲線圖1

發(fā)電機(jī)出口最大短路電流為120.3kA，是發(fā)電機(jī)額定電流的11.33倍。發(fā)電機(jī)差動保護(hù)CT二次負(fù)載電阻為557.8mΩ，由上表2及圖3知，該負(fù)載電阻所對應(yīng)的CT一次電流倍數(shù)K遠(yuǎn)大于12，也遠(yuǎn)大于最大短路電流所對應(yīng)的CT一次電流倍數(shù)11.33，根據(jù)上文的CT一次電流倍數(shù)判據(jù)，可知該CT誤差曲線精度合格。

3.2 發(fā)電機(jī)95%定子接地保護(hù)CT誤差曲線校核

CT一次電流倍數(shù)K值與對應(yīng)的阻抗值如表3所示，誤差曲線圖見圖4。

表3 CT一次電流倍數(shù)K值與對應(yīng)的阻抗值2

中性點(diǎn)的最大零序電流為0.771A，是接地變壓器額定電流18.7A的0.041倍。實(shí)際負(fù)載電阻為765.4mΩ，由表3及圖4知，該負(fù)載電阻所對應(yīng)的CT一次電流倍數(shù)K>35，遠(yuǎn)大于中定點(diǎn)最大零序電流所對應(yīng)的CT一次電流倍數(shù)0.041，根據(jù)上文CT一次電流倍數(shù)判據(jù)，可知該CT誤差曲線精度合格。

圖4 誤差曲線圖2

3.3 發(fā)電機(jī)100%定子接地保護(hù)CT誤差曲線校核

CT一次電流倍數(shù)K值與對應(yīng)的阻抗值見表4，CT伏安特性數(shù)據(jù)見表5。

表4 CT一次電流倍數(shù)K值與對應(yīng)的阻抗值3

表5 CT伏安特性數(shù)據(jù)1

由表4及CT一次電流倍數(shù)判據(jù)不能準(zhǔn)確判斷該CT誤差曲線是否合格，此處用誤差曲線公式判據(jù)來判斷。由表1知，該CT拐點(diǎn)電壓為2.848V，實(shí)際負(fù)載阻抗值為1.293Ω。在CT伏安特性數(shù)據(jù)表上取拐點(diǎn)電壓2.848V附近的電壓和勵磁電抗：U=2.782V，L=74.7mH。將上述值代入公式（1）計(jì)算得：因數(shù)K=5.533，大于0.825倍，所以該CT誤差曲線合格。

3.4 勵磁變高壓側(cè)CT誤差曲線校核

CT一次電流倍數(shù)K值與對應(yīng)的阻抗值見表6，CT伏安特性數(shù)據(jù)見表7。

表6 CT一次電流倍數(shù)K值與對應(yīng)的阻抗值4

表7 CT伏安特性數(shù)據(jù)2

由表6及CT一次電流倍數(shù)判據(jù)不能準(zhǔn)確判斷CT誤差曲線是否合格。由表1知，實(shí)際負(fù)載電阻為764.8mΩ，準(zhǔn)確級為10P30，此處用二次極限感應(yīng)電勢判據(jù)來判斷：

（1）估算二次阻抗值為：1.2×0.7648=0.91776Ω

（2）計(jì)算二次極限感應(yīng)電勢：30×1×0.91776=27.5328V

（3）在CT伏安特性數(shù)據(jù)表上查找該二次極限感應(yīng)電勢27.5328V對應(yīng)的勵磁電流值略小于2.182mA，遠(yuǎn)小于CT額定電流1A。所以該誤差曲線精度合格。

4 結(jié)論

本文計(jì)算了某大型蓄能水電廠發(fā)電機(jī)一次回路最大短路電流，根據(jù)誤差曲線的判據(jù)，校核了該電廠發(fā)電機(jī)保護(hù)CT誤差曲線，該電廠發(fā)電機(jī)保護(hù)CT均滿足誤差精度要求，發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置能夠正確反應(yīng)一次系統(tǒng)狀況而正確動作。本文的計(jì)算校核方法為大型蓄能水電廠保護(hù)CT誤差曲線校驗(yàn)提供了驗(yàn)證方法，具有實(shí)踐指導(dǎo)意義。

[1]高占杰.CT伏安特性實(shí)驗(yàn)及10%誤差曲線[J].水電廠自動化,2008,29(1):78-80.

[2]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].

[3]DL/T 684-1999大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則[S].

[4]張 巖.發(fā)變組差動保護(hù)CT的10%誤差曲線校核計(jì)算[J].長春大學(xué)學(xué)報(bào),2012,22(6):652-659.

[5]張 迅，曾華榮,劉華麟.繼電保護(hù)受電流互感器飽和的影響及防誤動措施[J].南方電網(wǎng)技術(shù),2013,7(3):117-119.

The criterion and application to check and calculate the generation protection’s CT error curve of the pumped storage power station

WANG Fang1, DU Wei2

(1. CSG Power Generation Company Maintenance and Testing Center, Guangzhou 511493, China;2. CSG Power Generation Company Huizhou Pump Storage Power Station, Huizhou 516100, China）

The ratio error of current transformer must be within a certain range, to ensure the relay protection device have a correct reaction to the system conditions when a failure occurs in the system equipment and it produces maximum short circuit current.There are numbers of generation protection CT in the large pumped storage hydropower station. The specifications and the models of the CT are different. This article lists three criterions to judge whether CT error curve is qualified, calculates and checks those CT error curve measured in the large pumped storage power station, and proves the results are correct. The calculation method of this paper provides a verification method for the protection of the CT error curve of large pumped storage power station, and have a practical significance to those station.

Generator protection; Maximum short-circuit current; CT error curve; Criterion

TM77

A

1672-5387（2015）S-0060-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.S.018

2015-10-22

王 方（1984-），女，工程師，從事電氣自動化繼電保護(hù)工作。