發電廠CT二次回路負載計算實例

摘要：發電廠生產中的重要環節是電氣一二次的電流傳變，文章旨在將CT的基本電磁原理與電氣CT一次、二次實驗的各種方法結合推導出CT實際數據，對比該組CT附近的短路計算實例，多角度對CT的負載增加允許裕度加以闡述；同時結合以差動回路增加零功率保護為例開展分析，以目前常用的油浸式電流互感器出廠實驗方法和單出線220MW機組機端側短路為例，得出差動回路增加零功率負載后仍能夠滿足3%誤差要求的重要結論。文章同時解釋了CT誤差的三種典型分析方法，對比各自特點引述了實驗的各種必要條件，上述三部分互相關聯且有機結合為本文的主要架構。

關鍵詞：電流互感器；電流傳變；CT負載

前言

發電廠重要關口計量設備、重要保護設備CT的測量誤差直接關系到經濟效益和安全生產。以往的各種關于CT誤差及測量的教材都是單一的敘述原理，缺少實際的應用指導性，本文綜合實際生產和理論分析給讀者一個CT應用及計算的完整實例，希望能夠為同行業者提供一定的參考價值。

1 新加負載的CT組別選取

在進行發電廠電氣和繼電保護技術改造時大多涉及CT問題。CT是一種特殊的變壓器，其磁電等效電路如下面的圖２所示，每一個一次側的輸入電流對應著一組負載電流和勵磁電流，二次負載容量的增加就是負載阻抗的增加，會直接導致CT勵磁電流的增加和二次負載電流的減小。二次負載電流就是我們需要精確傳變的數值，保護回路增加負載后是必須實驗和計算其誤差的。目前大部分發變組保護如靈敏性較高的差動回路是3%的誤差要求（不同保護類型對應不同的誤差要求，一般的CT誤差為10%允許值），對于這個增加的誤差驗證無誤后新的二次設備才可以投入使用。

2 伏安特性比較負載電阻法

CT負載誤差的實驗和計算需要幾個圖表結合實驗數據理解，通常的純理論定量算法是“伏安特性比較負載電阻法”，首先測算該CT二次的勵磁電流在0.5-10A范圍內對應的勵磁電壓數值，即所謂的伏安特性實驗。然后據此計算其在短路時對應的二次允許負載。

圖1 CT伏安特性試驗原理接線圖2 CT一次折算至二次側等效阻抗

圖3 CT一次折算至二次側等效阻抗圖4 CT伏安特性曲線

試驗如圖1所示，雙線圈分別為CT的一次側和二次側。升流變模擬接入CT一次側，電流表和電壓表接入二次側。圖１中的電流對應的是I0為純勵磁電流，電壓是U0，它包含CT勵磁阻抗和二次漏抗的電壓；Z0為勵磁阻抗；Z2為二次漏抗，對于220kVCT二次繞組漏抗Z2近似為CT二次繞組直流電阻。ZL為計算出的允許負載阻抗。

關于表1的解釋，I0為CT勵磁電流，U0為勵磁電壓，E0為勵磁電動勢，ZL為負載阻抗，當電流互感器一、二次電流誤差限制在3%時，二次負載ZL中的電流就相當于9.7倍的勵磁電流，根據阻抗并聯分流原理可知Z0兩端電壓除以9.7即為Z0右側總阻抗，再減去Z2即為負載阻抗ZL。公式（3）計算倍數公式：式中I2n為CT二次額定電流；I0為折算到二次的電流互感器勵磁電流，10·I0即為CT一次側傳變的總電流。

表1 CT伏安特性及負載計算一覽表：

表1

3 結合短路計算判定CT誤差

前面說過假設在差動保護回路的一側CT需要增加負載時，就必須計算負載阻抗的增加是否影響差動CT的誤差。用繼電保護實驗儀對二次負載回路通電流測電壓，可以計算出增加后的實際總負載阻抗。利用當年的最新等值電抗短路計算能得到實際短路倍數，用后者與計算倍數接近的理論阻抗值對比實際總負載阻抗，大于實際負載時則滿足要求。計算短路電流及實際短路倍數：在圖５中選定四個短路點，d1、d2、d3、d4分別對應CT1和CT2。根據圖五簡單計算短路電流：

首先：以圖５為例首先進行等值電抗的計算。

公式（3-1）

X1*主變折算到系統側的等值電抗。Ud：主變短路電壓比Ud=14.1%。SJ：基準容量1000MW。SG.N：主變額定容量250MW。

公式（3-2）

Ｘ２*：發電機折算到系統側的等值電抗。

X\"d：次暫態電抗 (飽和值) 0.1639。

SG.N：發電機額定容量258.8MW。

其次：計算（圖５）的d3、d4點短路電流。

(1) d3點短路時發電機所供短路電流計算：

1）發電機供短路電抗：

公式（3-3）

2）發電機基準容量下的額定電流為：

公式（3-4）

SG.N:發電機額定電壓15.75KV。

3）d3點短路時發電機所供短路電流為：

公式（3-5）

(2) d4點短路時系統供短路電流：

1）首先折算到基準容量下的發電機電壓側額定電流為

2）其次計算系統供短路電流

（按當年最大運行方式下系統等值電抗XJS=0.0893）

經過上述短路計算可知：對于CT2而言，d3短路時電流方向是發電機供，短路電流為62.648 kA 為最大短路電流； 實際短路倍數M=62.64/12.5=5.01，以上計算表示在CT2安裝點短路能通過5.011倍的CT額定電流。找一個大于且接近實際短路倍數的計算倍數例如6倍，找到表１中M=6對應的ZL=9.7Ω。假設測算后的實際負載總阻抗ZS為9Ω（前面講過可實驗得到）， 計算結果可見ZS＜ZL，表示在6倍短路電流下能滿足本CT誤差要求。

4 “拐點電壓法”和“限制曲線法”

下面介紹兩種比較方便的算法：“拐點電壓法”和“限制曲線法”。這兩種算法基于理論算法的基礎上，仍然需要伏安實驗數值，只是實際短路電流不需要考慮。

“拐點電壓法”顧名思義在CT的磁滯回線第一象限段找到一個點，在這一點上隨著一次電流的增加其勵磁電壓很難升高，把這一點作為CT傳變性能惡化的拐點，所有的實際負載都與這一點對應的數值進行比較即可。根據表１的伏安特性數值繪制伏安特性曲線圖４，找出拐點例如299V，對應的負載ZL是9.7Ω，測算后的實際負載總阻抗ZS為9Ω，如果ZS＜ZL，判定合格。

“限制曲線法”是根據CT出廠實驗中的“CT準確限制曲線”（圖６）及“型號”折算，例如：某CT型號“2500/1A，5P80”，5P80代表80倍額定電流小于5%誤差，經查“CT準確限制曲線”可知80倍對應7VA，將二次額定電流1A和限制功率7VA帶入公式S=I?ZL，可知ZL=7Ω，測算后的實際負載總阻抗ZS假設為9Ω，ZS＞ZL，判定為不合格。

5 結束語

本文對CT負載容量及誤差從實驗和應用及短路計算的角度結合分析，希望能幫助讀者從數據層面掌握本廠實際生產中CT的負載情況，超出單純判定CT合格的基本要求，在經濟效益上有所提升。例如：如何最大限度的提高傳變精度（關口表、RTU等）；如何在繼電保護工作中解決直阻偏大的誤差計算問題；如何結合短路計算預判系統大短路電流穿越時造成CT飽和傳變特性惡化的保護拒動；如何在基建期間精確選型CT設備；筆者水平有限，文中總結提煉的內容或許有不妥之處，請同行業者多多指正，謝謝！

參考文獻

[1]王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用[M].中國電力出版社2002年1月第二版 8-15頁.

[2]李發海，朱東起.（電機學）中央廣播電視大學出版社，1999年3月第二版30-45頁.