10kV配電網負荷自適應測量及保護方法研究

陳學良　陳平

摘 要：電流互感器廣泛用于配電網線路中實現對三相電流及零序電流的采集，與配電開關設備例如柱上開關成套設備、環網柜成套設備及故障指示器等配合使用，實現對配電線路的實時在線監測。由于配電線路負荷是復雜多變的，不同季節，不同時間段負荷的波動性較大，而且電流互感器一經安裝后輸出變比又是固定的。因此只能通過手動接線的方式來調整電流互感器的二次輸出變比，此方法效率低下。負荷的波動不僅使得電流互感器失去其測量作用，導致線路保護裝置無法啟動，甚至導致配電線路發生安全事故，影響供電的可靠性。因此，本文從研究電流互感器的工作原理出發，提出一種10kV配電網負荷自適應測量及保護方法，對于配電網發展具有十分重要的意義。

關鍵詞：電流互感器；測量；保護；負荷自適應

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.147

1 引言

電流互感器應用于配電線路采集主要有測量用電流互感器和保護用電流互感器。測量用電流互感器采集精度高，但易飽和，采集電流范圍小。保護用電流互感器采集誤差大，不易飽和，采集范圍為額定電流的10～20倍都能保持良好的線性范圍。通常，這兩種電流互感器獨立安裝使用，也可以是同一電流互感器多觸頭雙繞組出線，同時具有測量及保護功能，并具備不同的輸出變比。

目前電流互感器都是出廠前設定好某一變比，使用時根據不同的負荷情況再手動調整其二次出線觸頭，改變其輸出變比。這種依靠人工手動調整其輸出變比的方式工作量大，效率低，還易出錯。如果不隨負荷波動及時調整其輸出變比又會導致如下情況，以一種常見的變比為200-400-600/5的多觸頭雙繞組電流互感器為例，其保護精度為5P10，測量精度為0.5級，安裝時根據配電線路當前負荷情況（<200A，200A～400A，400A～600A），將電流互感器的變比設定為200/5或400/5或600/5，保護電流互感器能在10倍額定電流（<2000A，2000A～4000A，4000A～6000A）情況下能保持線性（精度為5%），測量電流互感器能在5%～120%（10A～240A，20A～480A，30A～720A）范圍內電流采集精度達到0.5%。

情況1、當電流互感器輸出變比設定在200/5這一檔位，負荷電流在某一時段達到240A以上時，如果不自動及時調整電流互感器的輸出變比，配電線路發生短路故障情況下（2000A～6000A），保護電流互感器會因飽和達不到采集效果，同時，測量電流互感器也會隨著負荷電流的增大其采集誤差越來越大，測量精度也達不到量測要求，甚至飽和，這時保護電流互感器和測量電流互感器會同時失去作用，相應的配電開關設備失去監測及保護功能。

情況2、當電流互感器輸出變比設定在400/5或600/5這一檔位時，保護電流互感器在4A或6A以下的負荷電流因其采集精度問題而采集不到負荷電流，當配電線路在此條件下發生接地故障時，保護電流互感器因采集不到配電線路負荷電流，從而導致相應的配電開關設備失去接地保護的作用，當負荷電流在10A～20A或10A到30A時，測量電流互感器隨著負荷電流的變小采集誤差也越來越大，測量電流互感器也會失去其作用。

諸如以上情況都是因電流互感器的輸出變比不能隨負荷波動而做出自動調整從而導致配電開關設備失去保護及測量作用，甚至導致配電線路發生安全事故，影響供電的可靠性。在當前，隨著用電負荷情況的日趨復雜和多變，如果電流互感器不能隨負荷的波動自動調整其變比輸出，將會有很大的安全隱患，相應的產品也會逐漸失去其使用價值。

2 10kV配電網負荷自適應測量及保護的實現方法及原理

本論文提出一種10kV配電網負荷自適應測量及保護方法， 針對目前配電開關成套設備廣泛使用的電流互感器在保護及測量方面存在的問題，從影響配電開關成套設備實際測量及保護的根本原因出發，將傳統多觸頭雙繞組電流互感器輸出變比觸頭的狀態信息接入配電終端中，根據配電線路負荷變化情況實時控制電流互感器的輸出變比觸頭，從而實現了配電開關成套設備負荷自適應電流采集及保護。提高了配電開關成套設備的采集精度和保護可靠性 ，增加了電流互感器的使用壽命，減少了配電線路安全隱患，保證了配電開關成套設備的產品性能及安全穩定運行。

如圖1所示為10kV配電網負荷自適應測量及保護方法及原理圖，所用的電流互感器為常見的一種三觸頭雙繞組電流互感器，三觸頭分別引出不同的變比端子：600/5、400/5、200/5。每一個觸頭再引出兩個繞組，一個作為保護采集用，精度為5P10。另一個作為測量采集用，精度為0.5級，此種電流互感器為穿芯式，直接穿過電力電纜線，采集電力線纜上的負荷電流。與三觸頭雙繞組電流互感器觸頭相接的為三個大功率繼電器，控制三個繼電器的帶電狀態，從而切換電流互感器的輸出變比，當KM1、KM3全為0（失電為0，得電為1），KM2為任意狀態時（0或1），即配電開關成套設備的默認狀態下，電流互感器的輸出變比為200/5。當KM1=1、KM2=0時，KM3為任意狀態時（0或1），電流互感器的輸出變比為400/5。當KM2=1、KM3=1時，KM1為任意狀態時（0或1），電流互感器的輸出變比為600/5。保護采集模塊與測量采集模塊為配電終端一部分，主要接收并采集電流互感器所采集的電力線路的電流信號（保護用和測量用）。

配電終端里CPU的I/O口與三個繼電器的線圈相接，中間加裝光耦隔離，控制三個繼電器的通斷狀態，從而改變電流互感器的輸出變比。同時，可根據三個繼電器的有電無電狀態判斷電流互感器工作時的輸出變比。

3 10kV配電網負荷自適應測量及保護判據和算法

如圖2所示為10kV配電網負荷自適應測量及保護判據和算法示意圖。

（1）當電流互感器檢測到的負荷電流在200A以下時，KM1帶電或KM3帶電，配電終端延時5秒，控制輸出使得KM1失電，KM3失電。此時電流互感器的輸出變比調整為200/5。

（2）當電流互感器檢測到的負荷電流在200A～400A時，KM1無電或KM2帶電，配電終端延時5秒，控制輸出使得KM1帶電，KM2失電。此時電流互感器的輸出變比調整為400/5。

（3）當電流互感器檢測到的負荷電流在400A以上時，KM2無電或KM3無電，配電終端延時5秒，控制輸出使得KM2得電，KM3得電。此時電流互感器的輸出變比調整為600/5。

4 結論

本論文將傳統多觸頭雙繞組電流互感器輸出變比觸頭的狀態信息接入配電終端中，根據配電線路負荷變化情況實時控制電流互感器的輸出變比觸頭，從而實現了配電開關成套設備負荷自適應電流采集及保護。提高了配電開關成套設備的采集精度和保護可靠性，增加了電流互感器的使用壽命，減少了配電線路安全隱患，保證了配電開關成套設備的產品性能及安全穩定運行。

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作者簡介：陳學良（1992-），男，研究方向：電力系統繼電保護。