中壓電流互感器主要參數(shù)選擇

劉隨生

(江蘇天能電力設(shè)計(jì)咨詢有限公司，南京 211103)

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中壓電流互感器主要參數(shù)選擇

劉隨生

(江蘇天能電力設(shè)計(jì)咨詢有限公司，南京 211103)

中壓電流互感器主要參數(shù)選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)回路最大工作電流、外部短路電流或最大保護(hù)動(dòng)作電流整定值初步選擇變比和額定準(zhǔn)確限值系數(shù)，合理選擇額定動(dòng)、熱穩(wěn)定電流。根據(jù)實(shí)際二次回路負(fù)荷選擇二次繞組額定輸出容量，必要時(shí)需要驗(yàn)算二次感應(yīng)電勢(shì)，中壓電流互感器準(zhǔn)確限值系數(shù)可以按規(guī)范公式進(jìn)行修正。

電流互感器；參數(shù)選擇；短路電流

1 電流互感器保護(hù)用繞組額定準(zhǔn)確限值系數(shù)選擇

電流互感器保護(hù)用繞組額定準(zhǔn)確限值系數(shù)選擇按外部短路電流選擇。中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電流互感器和電壓互感器選擇及計(jì)算規(guī)程》(DL/T 866—2015)(以下簡稱DL/T 866)第8.2.4條規(guī)定，在外部短路電流下，3～35 kV系統(tǒng)電流互感器應(yīng)能滿足準(zhǔn)確限值系數(shù)要求。 假設(shè)短路電流Id=18 kA，電流互感器額定一次電流選擇Ipr=600 A，準(zhǔn)確限值系數(shù)ALF選擇30，額定準(zhǔn)確限值一次電流Ipal=ALF×Ipr=30×600=18 000(A)，剛好滿足[1]。

但對(duì)于有些回路，電流互感器額定一次電流選擇600 A太大。例如接地變回路，假設(shè)10 kV接地變一次容量為630 kVA，其最大工作電流為Ig為36.4 A，測(cè)量用二次繞組變比若選擇100/1 A，保護(hù)用二次繞組變比則宜選擇為200/1 A，即宜采用1：2的關(guān)系，比例再大可能會(huì)帶來制造困難。而準(zhǔn)確限值系數(shù)ALF選擇大于30也會(huì)帶來制造困難。如此就難以滿足DL/T 866第8.2.4條規(guī)定。

如果外部短路電流更大，則一般饋線和并聯(lián)電容器無功補(bǔ)償回路也難以滿足DL/T 866第8.2.4條規(guī)定。

2 按保護(hù)最大動(dòng)作電流整定值選擇

DL/T 866第8.2.5條規(guī)定，當(dāng)3～35 kV系統(tǒng)電流互感器最大限值電流小于系統(tǒng)最大短路電流時(shí)，其最大限值電流宜按大于保護(hù)最大動(dòng)作電流整定值的2倍來選擇[2]。

以接地變回路為例來選擇，保護(hù)最大動(dòng)作電流整定值即速斷定值。

(1) 接地變壓器原始參數(shù)

額定一次容量630 kVA，變壓比10/0.4 kV，短路電壓uk%=4.5%，額定電流In=36.4 A。

10 kV系統(tǒng)短路電流18 kA，短路容量Qd為327.3 MVA，折合到630 kVA系統(tǒng)電抗值XS為0.001 92Ω。

接地變壓器380 V側(cè)短路總電抗X∑=0.045+0.001 92=0.046 92 (Ω)。

(2)接地變壓器保護(hù)整定計(jì)算

高壓側(cè)保護(hù)設(shè)有電流速斷及過電流保護(hù)。電流速斷整定電流按躲過接地變壓器低壓側(cè)出口最大三相短路電流整定：

=1 034(A)

(1)

式中Kk——可靠系數(shù)；

電流互感器保護(hù)用二次繞組額定一次電流選擇Ipr=200 A，額定準(zhǔn)確限值系數(shù)ALF選擇20，額定準(zhǔn)確限值一次電流Ipal=ALF×Ipr==4 000 A，大于2Iop=2×1 034=2 068(A)，滿足規(guī)程要求。

當(dāng)然，對(duì)于小變比電流互感器，更要注意校核動(dòng)、熱穩(wěn)定。電流互感器產(chǎn)品一般標(biāo)示額定1 s短時(shí)熱穩(wěn)定電流值。在接地變回路示例中，選擇電流互感器1 s額定短時(shí)熱電流應(yīng)大于：

(2)

Qd=Id2td=182×4=1 296(A2·s)

式中Gd——熱效應(yīng)。

額定動(dòng)穩(wěn)定電流應(yīng)大于：

(3)

式中Kch——沖擊系數(shù)。

3 電流互感器二次繞組額定輸出容量選擇

3.1 電流互感器測(cè)量用二次繞組輸出容量

二次負(fù)荷Zb計(jì)算公式為：

Zb=∑KmcZm+KlcZl+Rc

(4)

式中Zm——儀表電流線圈的阻抗；

Zl——連接導(dǎo)線單程的阻抗，可忽略電抗，僅計(jì)及電阻；

Rc——接觸電阻，取0.05～0.10 Ω；

Kmc——儀表接線的阻抗換算系數(shù)；

Klc——連接線的阻抗換算系數(shù)。

以測(cè)量(計(jì)量)裝置采用電子式儀表裝設(shè)于開關(guān)柜上為例，柜內(nèi)連接導(dǎo)線采用2.5 mm2的銅線、單程長度約5 m，導(dǎo)線電阻R=ρ×L/S=0.017 5×5×2/2.5=0.07(Ω)，采用兩相星形接線(中性線負(fù)載與相線負(fù)載相同)，驗(yàn)算如下：

儀表電流線圈的阻抗取值參見DL/T 866，按Isr=1A折算。

二次電流為1A的電流互感器測(cè)量用二次繞組額定輸出容量應(yīng)大于：Isr2Zb=12×1.95=1.95(VA)，若額定輸出容量選擇為5 VA：1.95÷5=39%，在25%～100%范圍間，因此實(shí)際選擇二次額定輸出容量為5 VA比較適當(dāng)。

若測(cè)量(計(jì)量)裝置在二次設(shè)備室集中組屏，由于連接電纜較長，電流互感器二次額定輸出容量有可能需要更大，但多數(shù)是主變壓器中低壓回路測(cè)量(計(jì)量)裝置才集中組屏，而該回路工作電流一般都較大，電流互感器變比都選擇的較大，選擇較大的二次額定輸出容量比較容易。

但是，測(cè)量用二次繞組額定輸出容量選擇過大也是不合適的：第一方面，由于電流互感器準(zhǔn)確誤差限值標(biāo)準(zhǔn)值是針對(duì)一次電流在額定電流的25%～100%范圍，一次電流超出這個(gè)范圍二次電流誤差值就會(huì)超過標(biāo)準(zhǔn)值，特別是實(shí)際一次電流小于25%額定電流時(shí)；第二方面，儀表保安系數(shù)FS額定值是對(duì)應(yīng)額定二次負(fù)荷的，對(duì)于制造完成的電流互感器，其FS實(shí)際值與二次負(fù)荷成反比關(guān)系。因此，如果實(shí)際二次負(fù)荷小于額定負(fù)荷，則FS實(shí)際值就會(huì)大于其額定值。

根據(jù)有關(guān)研究，隨著二次負(fù)荷功率因數(shù)的增大，中壓電流互感器的比值差絕對(duì)值逐漸減小，相位差逐漸增大。當(dāng)一次負(fù)荷電流增大時(shí)，比值差和相位差誤差受功率因數(shù)的影響變小，誤差曲線較為平坦。

因此，對(duì)于測(cè)量用二次繞組，希望實(shí)際二次負(fù)荷要與額定負(fù)荷盡量接近。

3.2 保護(hù)用電流互感器二次繞組輸出容量

二次負(fù)荷Zb可計(jì)算公式為：

Zb=∑KrcRr+KlcRl+Rc

(5)

式中Rr——保護(hù)裝置電流回路的電阻；

Rl——連接導(dǎo)線單程的電阻；

Rc——接觸電阻，取0.05～0.10 Ω；

Krc——保護(hù)裝置電流回路接線的阻抗換算系數(shù)；

Klc——連接線的阻抗換算系數(shù)。

以保護(hù)裝置采用微機(jī)型裝設(shè)于開關(guān)柜上為例，柜內(nèi)連接導(dǎo)線采用2.5 mm2的銅線、單程長度約5 m，導(dǎo)線電阻R=ρ×L/S=0.017 5×5×2/2.5=0.07(Ω)，采用兩相星形接線(中性線負(fù)載與相線負(fù)載相同)，驗(yàn)算如下：

Zb=∑KrcRr+KlcRl+Rc

=2×1+2×0.07+0.1=2.24(Ω)

各參數(shù)取值參見DL/T 866，按Isr=1 A折算。

二次電流為1A的電流互感器保護(hù)用二次繞組額定輸出容量應(yīng)大于：Isr2Zb=12×2.24=2.24(VA)，實(shí)際選擇二次額定輸出容量應(yīng)適當(dāng)提高，以減小二次感應(yīng)電勢(shì)，提高抗飽和能力。因此，工程中選擇5 VA比較適當(dāng)。

若保護(hù)裝置在二次設(shè)備室集中組屏，由于連接電纜較長，電流互感器二次額定輸出容量需要更大，但多數(shù)是主變壓器回路保護(hù)裝置才集中組屏，而該回路工作電流一般都較大，電流互感器變比都選擇的較大，選擇較大的二次額定輸出容量比較容易。

同時(shí)需要注意，有些回路一個(gè)電流互感器保護(hù)用二次繞組可能接多個(gè)保護(hù)裝置，這種情況下所有保護(hù)裝置的電阻都應(yīng)計(jì)算在內(nèi)(在計(jì)算示例中僅按一個(gè)保護(hù)裝置計(jì)算)。

對(duì)于保護(hù)用繞組，從繼電保護(hù)的角度講，實(shí)際二次負(fù)荷小于額定負(fù)荷是有利的。但過大的額定輸出容量使電流互感器的體積、重量和成本過大，導(dǎo)致費(fèi)用增加，有時(shí)也會(huì)給工程實(shí)施帶來不必要的困難。

4 按額定二次極限電勢(shì)或準(zhǔn)確限值系數(shù)曲線驗(yàn)算

電流互感器額定準(zhǔn)確限值一次電流應(yīng)大于保護(hù)校驗(yàn)故障電流，考慮互感器暫態(tài)飽和影響，準(zhǔn)確限值系數(shù)應(yīng)大于KKpcf，同時(shí)額定二次負(fù)荷應(yīng)大于實(shí)際二次負(fù)荷。

對(duì)不滿足這些要求的電流互感器，可按額定二次極限電勢(shì)或?qū)嶋H準(zhǔn)確限值系數(shù)曲線驗(yàn)算。下面以接地變回路為例進(jìn)行驗(yàn)算。

(1)對(duì)于低漏磁電流互感器，額定二次極限電勢(shì)可按下列公式計(jì)算。電流互感器P級(jí)繞組的額定二次極限電勢(shì)：

Esl=KalfIsr(Rct+Rb)

=20×1×(3.5+5)=170(V)

(6)

式中Kalf——準(zhǔn)確限值系數(shù)；

Isr——額定二次電流；

Rct——電流互感器二次繞組電阻。

電流互感器二次繞組電阻與額定變比、準(zhǔn)確限值系數(shù)及額定輸出容量等因素有關(guān)，通常100/5～600/5 A互感器可取0.2～0.3 Ω, 100/1～600/1 A互感器可取3～4 Ω；Rb為電流互感器額定負(fù)荷，Rb=5÷12=5(Ω)。

繼電保護(hù)動(dòng)作性能校驗(yàn)要求的二次感應(yīng)電勢(shì)可計(jì)算為：

Es=KKpcfIsr(Rct+Rb′)

=2×14.4×1×(3.5+2.24)=165.3(V)

Kpcf=18÷1.25=14.4

(7)

式中Kpcf——保護(hù)校驗(yàn)系數(shù)，與繼電保護(hù)動(dòng)作原理有關(guān)。本例保護(hù)出口短路電流18 kA；

K——給定暫態(tài)系數(shù)，取2；

Rb′——電流互感器實(shí)際二次負(fù)荷。

電流互感器額定二次極限電勢(shì)應(yīng)符合規(guī)定：Esl≥Es，本例驗(yàn)算結(jié)果滿足要求。

(2)非低漏磁的電流互感器可按實(shí)際準(zhǔn)確限值系數(shù)曲線驗(yàn)算。根據(jù)電流互感器實(shí)際二次負(fù)荷，由制造商提供的額定準(zhǔn)確限值系數(shù)與二次負(fù)荷的關(guān)系曲線(見圖1)，選取實(shí)際的準(zhǔn)確限值系數(shù)。

圖1 額定準(zhǔn)確限值系數(shù)與二次負(fù)荷的關(guān)系曲線

5 實(shí)際準(zhǔn)確限值系數(shù)

根據(jù)實(shí)際負(fù)荷修正中壓電流互感器準(zhǔn)確限值系數(shù)應(yīng)按下式計(jì)算(以接地變回路為例)：

(8)

式中Kalf′——在實(shí)際負(fù)荷下的準(zhǔn)確限值系數(shù)；

Kalf——互感器的額定準(zhǔn)確限值系數(shù)；

Rct——互感器二次繞組電阻(75℃)；

Rb′——實(shí)際負(fù)荷，Ω；

Rb——互感器標(biāo)定的額定負(fù)荷，Ω。

6 結(jié)語

中壓電流互感器主要參數(shù)選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)回路最大工作電流、外部短路電流或最大保護(hù)動(dòng)作電流整定值初步選擇變比和準(zhǔn)確限值系數(shù)。對(duì)于小變比電流互感器，更要注意校核動(dòng)、熱穩(wěn)定。根據(jù)實(shí)際二次回路負(fù)荷選擇二次繞組額定輸出容量，有時(shí)候還需要驗(yàn)算二次感應(yīng)電勢(shì)，中壓電流互感器準(zhǔn)確限值系數(shù)可以按規(guī)范公式進(jìn)行修正。

[1] 張杰梁，葉 玲，趙斯衎. 試論二次負(fù)荷功率因數(shù)對(duì)中壓電流互感器誤差的影響[J]. 工業(yè)計(jì)量, 2014, 24(1): 14-17.

[2] 沙玉洲, 袁 韜, 王 騫, 等. 電流互感器技術(shù)參數(shù)選擇問題的探討[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2009, 21(2): 126-128.

SHA Yu-zhou, YUAN Tao, WANG Qian, et al. Discussion on the selection of technical parameters of current transformers[J]. Proceedings of the CSU-EPSA,2009, 21(2): 126-128.

(本文編輯：趙艷粉)

Main Parameter Selection for MV Current Transformer

LIU Sui-sheng

(Jiangsu Tianneng electric power design & consulting Co., Ltd., Nnanjing 211103, China)

In selecting the main parameters of MV current transformer, the rated dynamic and thermal stable current should be reasonably selected based on the circuit maximum working current, external short circuit current, and maximum protection setting current for initial choice of rated and accuracy limitation coefficient. Secondary winding rated output capacity is selected according to the secondary loop actual load selection. When necessary, it requires to calculate the secondary induction potential. MV current transformer accuracy limitation coefficient can be modified according to the standard formula.

current transformer; parameter selection; short circuit current

10.11973/dlyny201605028

劉隨生(1963)，男，高級(jí)工程師，總工程師，從事電力工程設(shè)計(jì)工作。

TM452

A

2095-1256(2016)05-0652-04

2016-07-03