10_kV站用变回路电流互感器的选择_唐忠达.pdf

80http:/电 力 勘 测 设 计第1期DOI：10.13500/j.dlkcsj.issn1671-9913.2023.01.01410 kV 站用变回路电流互感器的选择唐忠达(南瑞电力设计有限公司，江苏 南京 211000)摘要：站用变回路负荷电流较小，随着系统短路电流越来越大，有时可达负荷电流的数千倍，互感器的选择难以同时满足测量及计量精度、继电保护整定、短路不饱和等条件，这是目前工程设计普遍遇到的难题。结合相关文献，指出了当互感器额定准确限值电流大于 2 倍的保护装置一次电流整定值，且裕度系数不小于 2 时，在互感器过饱和的情况下，仍能够确保继电保护正确动作，提出了站用变回路电流互感器的选择方法，最后通过工程实例，计算了站用变回路电流互感器额定一次电流比与准确限值系数。关键词：站用变；电流互感器；饱和；整定中图分类号：TM645 文献标志码：A 文章编号：1671-9913(2023)01-80-04Selection of Current Transformer for 10 kV Auxiliary TransformerTANG Zhongda(NARI Electric Power Design Corporation,Nanjing 211000,China)Abstract:The load current of auxiliary transformer circuit is small.With the increase of short-circuit current in the system,sometimes thousands of times of load current,the selection of current transformer is difficult to meet the conditions of measurement and metering accuracy,relay protection setting,short-circuit unsaturated,which is a common problem in electric power engineering design.Combined with relevant literature,it is pointed out that when the rated accurate limit current of the current transformer is greater than 2 times of the setting value of the primary current of the protection device,and the coefficient is not less than 2,the relay protection can still operate correctly under the condition of current transformer oversaturation.The selection method of the current transformer in the circuit of the auxiliary transformer is proposed.Finally,the rated primary current ratio and accurate limit coefficient of current transformer in the auxiliary transformer is calculated through an example.Keywords:auxiliary transformer;current transformer;saturated;protection setting*收稿日期：2021-03-17 作者简介：唐忠达(1980)，男，高级工程师，从事电力工程设计与管理工作。0 引言电流互感器作为变电站中重要的电气设备，其用途是将一次大电流变换成二次小电流，供仪表及二次装置实现测量、计量、监控和保护作用。电流互感器参数选择不当，可能会造成测量或计量不准确，保护装置误动、拒动的后果，危及变电站的安全运行。站用变回路电流互感器因其回路工作电流较小，为满足测量与计量精度、保护装置可整定条件，需选择稍大于回路负荷电流的额定一次电流，但短路情况下往往难以满足互感器铁心不致饱和的要求；为满足短路不饱和条件，而选择较大的额定一次电流时，则会带来测量及计量精度降低、保护装置无法整定的问题。诸如站用变等大系统小电流回路电流互感器的选择，是目前工程设计的一个难题。8110kV 站用变回路电流互感器的选择http:/ 电网设计第1期 本文以某220 kV变电站10 kV站用变为例，提出了站用变回路电流互感器的选择方法，供类似变电站工程设计时参考。1 电流互感器的选择条件电流互感器的选择条件有负荷电流、短路热稳定及动稳定电流等，同时应满足测量及计量的精度或继电保护的要求1。1.1 测量及计量用电流互感器测量与计量用电流互感器额定一次电流按回路最大负荷电流选择，站用变回路最大负荷电流按 1.5 倍变压器额定电流确定，计算见式(1)1。计量用电流互感器应采用 S 类1。Ig=1.5 Sb3Un(1)式中：Ig为回路最大负荷电流，A；Sb为站用变压器容量，kVA；Un为回路额定电压，kV。电流互感器额定一次电流需结合产品一次电流的标准值序列选择，如选择非标准值，需与制造厂沟通，非标产品一方面会提高工程造价，一方面也会给后续工程运维带来困难，这在工程设计中是不推荐的。对于站用变等小电流回路电流互感器，尤其要注意能否满足短路动热稳定条件。互感器额定短路热稳定及动稳定电流一般会随着额定一次电流增大而增大，为保证精度，互感器一次电流尽量按接近于回路负荷电流选择。但对于小电流回路，额定一次电流选择过小，则可能无法满足短路动热稳定要求。电流互感器热稳定校验见式(2)2。Ith Id2t/tth(2)式中：Ith为互感器额定热稳定电流，kA；tth为互感器热稳定电流持续时间，s；Id为回路三相短路电流，kA；t 为短路电流持续时间，s。互感器热稳定电流可查询相关产品资料，或依据文献 3 所示的标准值确定。互感器热稳定电流持续时间为 1 s4。对于短路电流持续时间，站用变等小电流回路按所装设的保护装置动作时间确定1。电流互感器动稳定校验见式(3)2。Idyn ich(3)式中：Idyn为互感器额定动稳定电流，kA；ich为回路三相短路电流峰值，kA。1.2 保护用电流互感器35 kV 及以下保护用电流互感器一般采用P 类1。保护用电流互感器应满足回路发生故障时继电保护正确动作的要求。即发生短路时，互感器能将一次故障电流正确地传变到二次回路，而影响互感器能否准确传变故障电流的最重要因素是其铁心是否饱和1。在回路发生短路故障时，如互感器在故障后迅速饱和，将使互感器传变特性变差，不能准确传变故障电流，引起保护的拒动作或越级动作。为保证保护用互感器能够准确传变故障电流，一般要求互感器的额定准确限值电流不小于回路最大短路电流，即应满足式(4)要求1。Id KalfIpr(4)式中：Id为回路三相短路电流，A；Kalf为互感器准确限值系数；Ipr为互感器额定一次电流，A。站用变回路所装设的保护类型主要为电流速断保护、过电流保护5，保护用互感器还需满足二次电流整定值处于保护装置整定区间内，否则装置无法整定。保护装置二次电流整定值计算见式(5)6。Iz =IopKr(5)式中：Iz为保护装置二次电流整定值，A；kr为互感器额定电流比；Iop为电流保护一次电流整定值，A。电流保护一次电流整定值的计算见式(6)与式(7)。不同厂家生产的电流保护装置整定区间有所不同，国内主流保护装置生产厂家有南瑞继保、北京四方、国电南瑞、南自等，参考产品说明，保护装置电流整定区间基本为 0.1 In 20 In，其中 In 指的是互感器额定二次电流。保护用电流互感器也应满足负荷电流、短路动稳定及热稳定条件，计算同前述。2 站用变回路电流互感器的选择2.1 回路电流互感器选择存在的难题站用变回路容量小，负荷电流也较小，回82http:/电 力 勘 测 设 计第1期路发生短路时，短路电流可达负荷电流的数百甚至数千倍。电流互感器额定一次电流按负荷电流选择，保证了测量及计量的精度，确保保护装置可以整定。但由式(4)可知，则需大大提高互感器准确限值系数以满足短路时不饱和的条件。35 kV 及以下电流互感器准确限值系数标准值为 5、10、15、20、304，如采用更大的准确限值系数，不仅需与生产厂家协商，还会造成互感器体积变大，安装困难甚至无法安装，并提高工程造价，是不可取的。互感器准确限值系数选择标准值情况下，需极大地提高额定一次电流以满足短路时不饱和的条件，但会导致测量及计量误差大，保护装置无法整定。以某 10 kV 站用变回路为例，站用变压器容量 100 kVA，回路三相短路电流 20 kA，回路最大负荷电流 8.7 A，回路电流互感器额定二次电流 1 A，保护装置电流整定区间 0.1 20 A，考虑短路动热稳定因素，电流互感器额定一次电流选择 100 A，则电流保护二次电流整定值为0.12 A，可满足测量及计量精度、保护整定要求。此时为满足短路时不饱和的条件，要求互感器准确限值系数应不小于 200，但这是无法实现的。若互感器额定一次电流选择 700 A，准确限值系数为 30，可满足短路时不饱和条件，但电流保护二次电流整定值为 0.016 A，保护装置无法整定，且互感器额定一次电流远大于回路负荷电流，测量及计量精度极低。电流互感器设置多个绕组并采用不同变比可满足测量及计量精度和短路饱和条件，但仍无法同时解决保护装置整定的问题，这是目前工程设计中普遍遇到的一个难题。2.2 回路电流互感器的选择方法随着电力系统容量的不断增大，变电站低压侧短路电流也越来越大，诸如站用变等小电流回路电流互感器选择的难题也日益受到关注，相关机构亦做了些研究试验。按照研究试验的结果，文献 1,7 提到，在短路发生的开始阶段，即使二次电流波形畸变增大，二次电流的有效值、平均值以及基波值是增加的。若一次电流整定值不超过互感器准确限值电流的 0.5 倍，且具有一定的裕度，则互感器过饱和情况下保护装置仍能够正确动作。鉴于此，小电流回路保护用电流互感器额定一次电流的选择，可先考虑满足保护整定的需要，同时保证互感器额定准确限值电流大于保护最大一次电流整定值 2 倍，并留有一定裕度，裕度系数建议不小于21，这样可确保保护装置可整定，也确保互感器短路饱和时保护装置的可靠动作。站用变回路过电流保护按变压器高压侧额定最大负荷整定，计算见式(6)6。Iop1=Krel KolI1rKr(6)式中：Iop1为过电流保护一次电流整定值，A；Krel为可靠系数，取 1.2；Kol为过负荷系数，对于变电站可取 1.3 1.5；Kr为返回系数，取 0.9；I1r为变压器高压侧额定电流，A。站用变回路速断保护按躲过变压器低压侧出口最大三相短路电流整定，计算见下式6。Iop2=Lrel Id2(7)式中：Iop2为速断保护一次电流整定值，A；Krel为可靠系数，取 1.3；Id2为变压器低压侧出口最大三相短路电流，A。保护用电流互感器裕度系数计算见下式1。K=Kalf1Kalf 2(8)式中：k 为互感器保护裕度系数；Kalf1为互感器拟选定的准确限值系数；Kalf2为按保护二次电流整定值所确定的准确限值系数。为满足测量及计量精度要求，希望互感器额定一次电流越小越好，但可能无法满足短路动热稳定条件，而需选择较大的额定一次电流，同时考虑站用变回路的实际负荷更小，为提高测量及计量精度，电流互感器变比宜是可变的。设计可变变比互感器有 2 种方式实现：一次绕组串联或并联，绕组二次设置抽头。一次绕组串联或并联对于