主變壓器高壓側電流互感器抗短路電流性能驗證

諶爭鳴，李升健，周 寧，張 妍

（江西省電力科學研究院，江西南昌 330096）

0 引言

根據2011年全省短路電流計算的結果，發現省內存在部分TA短路電流倍數超標，不滿足電流互感器準確限制系數的要求。

在發現問題的電流互感器中，本文選取了220 kV某變電站1號主變高壓側電流互感器，在我省首次采用了“二次極限電動勢法”和RTDS數字仿真，進行其抗短路電流性能的驗證。所采用的驗證方法，對其他電流互感器的驗證具有指導作用。此次驗證的依據是《DL/T 866-2004電流互感器和電壓互感器選擇及計算導則》。

1 基本數據

1.1 一次接線圖及運行方式

220 kV采用線路變壓器組接線。正常運行時，110 kV和10 kV母線分裂運行。1號主變110 kV側接I母，2號主變110 kV側接II母。1號主變高壓側雙重化配置了許繼廠生產的微機變壓器保護，型號為WBH-801和WBH-802。該變電站作為負荷端，未配置220 kV線路保護，線路故障時，由電源端側保護切除故障。由于采用線路變壓器組接線，未配置母線保護。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年短路計算數據，該變電站1號主變高壓側最大短路電流水平如表1所示。

表1 1號主變高壓側最大短路電流表

1號主變高壓側電流互感器TA15和TA16額定電流800/5A，型號及準確限制系數10P20，額定容量30VA。

2 性能驗算

2.1 對電流互感器的性能要求

1）要求保護區內故障時，電流互感器誤差不致影響保護可靠動作。主要考慮對1號主變差流速斷保護的影響。

2）要求保護區外最嚴重故障時電流互感器誤差不會導致保護誤動作或無選擇性動作。主要考慮對1號主變差動保護的影響。

根據以上性能要求，對電流互感器在區內故障點k3和區外故障點k1、k5時的性能進行驗算和論證。

2.2 驗算

2.2.1 驗算方法

采用“二次極限電動勢法”，額定二次極限電動勢取實測的拐點電壓。

2.2.2 CT15和CT16的拐點電壓值

CT15和CT16的拐點電壓值取至220 kV變電站1號主變高壓側電流互感器伏安特性和10%誤差曲線測試報告，具體數值如表2所示。

表2 CT15和CT16的拐點電壓

2.2.3 二次感應電動勢

根據測試數據計算出二次感應電動勢暫態值（給定暫態系數取1），詳見表3和4。

表3 二次暫態電動勢值

表4 二次穩態電動勢值

2.3 驗算結論

由表2、3、4可知，k1、k5短路時，CT15、CT16三相二次感應電動勢暫態值和穩態值均小于拐點電壓，CT不會發生飽和。k3短路時，CT15、CT16三相二次感應電動勢暫態值遠大于拐點電壓，將導致CT深度暫態飽和，不能正確傳變一次電流。CT15、CT16三相二次感應電動勢穩態值略大于拐點電壓，CT將發生較淺度穩態飽和。

為了進一步分析CT的飽和程度，在RTDS實時仿真系統上進行了數字仿真。

3 數字仿真

3.1 仿真計算

3.1.1 故障點設置

故障點設置在1號主變高壓側出口k3點。根據系統參數計算，系統阻抗角為87.5°，取故障初始角為-2.5°，即當變電站220 kV A相電壓的相角為-2.5°時，發生三相短路故障，此時1號主變高壓側CT A相故障電流暫態非周期分量含量最大，暫態飽和最嚴重。故障持續時間設置為200 ms。

3.1.2 一次短路電流及波形

系統最大方式運行情況下，k3點短路時，1號主變高壓側一次最大短路電流的仿真結果，見表5。

表5 k3點短路時高壓側仿真結果

仿真值與理論計算值基本吻合，說明了仿真模型的準確性。

k3點發生三相短路時，1號主變高壓側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間軸的一側，而B、C相中的非周期分量含量較小，這與故障初始角有關。

圖2 1號主變高壓側的一次電流仿真波形

3.1.3 二次短路電流及波形

系統最大方式運行情況下，k3點短路時，1號主變高壓側二次最大短路電流的仿真結果，見表6。

表6 k3點短路時，1號主變高壓側二次最大短路電流

1號主變高壓側CT15、CT16二次電流暫態仿真波形，見圖4、圖5。可以看出：

1）A、B、C三相二次暫態電流波形呈尖頂波狀，畸變嚴重，表明CT均發生了暫態飽和。

圖3 高壓側CT15的二次電流仿真波形

圖4 高壓側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CT15二次電流暫態誤差要大一些。

3.2 仿真結論

數字仿真與性能驗證結果相一致，相互印證，即在k3短路時，CT15和CT16會發生暫態飽和，且二次電流波形畸變較嚴重，暫態誤差很大，遠超過誤差規定值10%，最大暫態誤差為48.38%，最小暫態誤差為17.75%。

4 評估結論及效果

通過驗算，CT15和CT16三相CT在嚴重的外部短路（k1、k5）故障時，誤差在規定值之內，變壓器差動保護不會發生誤動；驗算和仿真表明，在嚴重的區內短路（k3點）故障時，CT15和CT16暫態飽和，二次電流波形發生畸變，不能正確傳變一次電流。

本次技術評估，為220 kV變電站1號主變高壓側電流互感器的技術改造提供決策依據，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號主變保護正確動作，而避免造成停電事故或設備損壞事故的發生，社會和經濟效益顯著。

[1]DL/T 866-2004，電流互感器和電壓互感器選擇及計算導則[S].

[2]吳罡.電流互感器飽和特性分析[J].南京供電技術，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，2009,30（8）：133-134.