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)計咨詢有限公司，南京 211103)

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

電流互感器；參數(shù)選擇；短路電流

1 電流互感器保護用繞組額定準確限值系數(shù)選擇

電流互感器保護用繞組額定準確限值系數(shù)選擇按外部短路電流選擇。中華人民共和國電力行業(yè)標準《電流互感器和電壓互感器選擇及計算規(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，準確限值系數(shù)ALF選擇30，額定準確限值一次電流Ipal=ALF×Ipr=30×600=18 000(A)，剛好滿足[1]。

但對于有些回路，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，測量用二次繞組變比若選擇100/1 A，保護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，比例再大可能會帶來制造困難。而準確限值系數(shù)ALF選擇大于30也會帶來制造困難。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)電容器無功補償回路也難以滿足DL/T 866第8.2.4條規(guī)定。

2 按保護最大動作電流整定值選擇

DL/T 866第8.2.5條規(guī)定，當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，其最大限值電流宜按大于保護最大動作電流整定值的2倍來選擇[2]。

以接地變回路為例來選擇，保護最大動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)接地變壓器保護整定計算

高壓側(cè)保護設(shè)有電流速斷及過電流保護。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)；

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

當然，對于小變比電流互感器，更要注意校核動、熱穩(wěn)定。電流互感器產(chǎn)品一般標示額定1 s短時熱穩(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 電流互感器測量用二次繞組輸出容量

二次負荷Zb計算公式為：

Zb=∑KmcZm+KlcZl+Rc

(4)

式中Zm——儀表電流線圈的阻抗；

Zl——連接導線單程的阻抗，可忽略電抗，僅計及電阻；

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)。

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

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，因此實際選擇二次額定輸出容量為5 VA比較適當。

若測量(計量)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量(計量)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，由于電流互感器準確誤差限值標準值是針對一次電流在額定電流的25%～100%范圍，一次電流超出這個范圍二次電流誤差值就會超過標準值，特別是實際一次電流小于25%額定電流時；第二方面，儀表保安系數(shù)FS額定值是對應(yīng)額定二次負荷的，對于制造完成的電流互感器，其FS實際值與二次負荷成反比關(guān)系。因此，如果實際二次負荷小于額定負荷，則FS實際值就會大于其額定值。

根據(jù)有關(guān)研究，隨著二次負荷功率因數(shù)的增大，中壓電流互感器的比值差絕對值逐漸減小，相位差逐漸增大。當一次負荷電流增大時，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，對于測量用二次繞組，希望實際二次負荷要與額定負荷盡量接近。

3.2 保護用電流互感器二次繞組輸出容量

二次負荷Zb可計算公式為：

Zb=∑KrcRr+KlcRl+Rc

(5)

式中Rr——保護裝置電流回路的電阻；

Rl——連接導線單程的電阻；

Rc——接觸電阻，取0.05～0.10 Ω；

Krc——保護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)。

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

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

若保護裝置在二次設(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。

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

對于保護用繞組，從繼電保護的角度講，實際二次負荷小于額定負荷是有利的。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，導致費用增加，有時也會給工程實施帶來不必要的困難。

4 按額定二次極限電勢或準確限值系數(shù)曲線驗算

電流互感器額定準確限值一次電流應(yīng)大于保護校驗故障電流，考慮互感器暫態(tài)飽和影響，準確限值系數(shù)應(yīng)大于KKpcf，同時額定二次負荷應(yīng)大于實際二次負荷。

對不滿足這些要求的電流互感器，可按額定二次極限電勢或?qū)嶋H準確限值系數(shù)曲線驗算。下面以接地變回路為例進行驗算。

(1)對于低漏磁電流互感器，額定二次極限電勢可按下列公式計算。電流互感器P級繞組的額定二次極限電勢：

Esl=KalfIsr(Rct+Rb)

=20×1×(3.5+5)=170(V)

(6)

式中Kalf——準確限值系數(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荷，Rb=5÷12=5(Ω)。

繼電保護動作性能校驗要求的二次感應(yīng)電勢可計算為：

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——保護校驗系數(shù)，與繼電保護動作原理有關(guān)。本例保護出口短路電流18 kA；

K——給定暫態(tài)系數(shù)，取2；

Rb′——電流互感器實際二次負荷。

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

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

圖1 額定準確限值系數(shù)與二次負荷的關(guān)系曲線

5 實際準確限值系數(shù)

根據(jù)實際負荷修正中壓電流互感器準確限值系數(shù)應(yīng)按下式計算(以接地變回路為例)：

(8)

式中Kalf′——在實際負荷下的準確限值系數(shù)；

Kalf——互感器的額定準確限值系數(shù)；

Rct——互感器二次繞組電阻(75℃)；

Rb′——實際負荷，Ω；

Rb——互感器標定的額定負荷，Ω。

6 結(jié)語

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

[1] 張杰梁，葉 玲，趙斯衎. 試論二次負荷功率因數(shù)對中壓電流互感器誤差的影響[J]. 工業(yè)計量, 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)及其自動化學報, 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，高級工程師，總工程師，從事電力工程設(shè)計工作。

TM452

A

2095-1256(2016)05-0652-04

2016-07-03