500 kV變電站主變差動保護用TPY級電流互感器參數優化

李穎瑾，王文莉，梅 芳

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

0 引言

通常500 kV變電站規劃安裝4×750 MVA主變，本期安裝2×750 MVA主變。變壓器多選用單相自耦無勵磁調壓變壓器，其相關參數如下：

容量：250/250/80 MVA

接線組別：Ia0i0

短路電壓百分比：UkI-II%=16，UkI-III%=54，UkII-III%=36

通常500 kV采用一個半斷路器接線，220 kV采用雙母線單分段接線，35 kV采用按變壓器單元制單母線接線，不帶總斷路器。

1 主變差動保護用TPY級繞組參數的計算依據

主變壓器保護采用微機保護，電氣量主、后備保護按雙重化配置，雙套保護配置不同的電流互感器繞組。用于主變差動保護的各側繞組皆選用TPY級繞組，各側二次側電流均選為1 A，通常500 kV側變比為3 000～4 000/1 A，220 kV側為2 000～2 500/1 A，35 kV側為2 500/1 A。

電流互感器的二次負載一般可用阻抗Zb（Ω）或容量Sb（VA）來表示。兩者之間的關系為：Zb=Sb/Isn2，對二次額定電流為1 A時，Zb=Sb。通常TPY級二次繞組容量選為15 VA，但隨著電子式儀表及微機保護的廣泛應用，控制保護大量下放，二次負載大大降低，相應的二次負載也可選用較低的額定值，以降低TPY繞組的體積及整體造價。

根據《電流互感器和電壓互感器選擇及計算導則》7.4.2.2條“高壓側為330 kV～500 kV的降壓變壓器的差動保護回路各側均宜選用TPY級電流互感器。高、中壓側宜按外部線路故障C-O-C-O工作循環校驗暫態特性。低壓側為三角形接線時，可按外部三相短路C-O工作循環校驗。”本文依托山東省典型變電站參數，對變壓器差動保護用TPY級電流互感器的參數進行計算、選擇。

1.1 一般計算原則

根據電流互感器的訂貨技術規范書中廠家提供的電流互感器的固有參數及設計院選取的相關參數，如Tp、Ts、Kssc、Kd、Rct和Rbn等，校驗互感器性能是否滿足實際穩態短路電流倍數及規定工作循環的要求。Tp為一次時間常數，Ts為二次時間常數，Kssc為額定對稱短路倍數，Kd為額定暫態面積系數，Rct為電流互感器二次繞組電阻，Tb為互感器實際外接負載，Rbn為電流互感器額定負載。

電流互感器額定二次極限電動勢為

式中，Ktd為暫態面積系數。

電流互感器的等效二次極限電動勢E′a1為

式中：Ktd′為實際的暫態面積系數；Kpcf為保護校驗系數。

電流互感器的額定等效二次極限電動勢Ea1應大于保護要求的等效二次感應電動勢E′a1。

TPY電流互感器應按暫態誤差ε=100 Ktd′/ωTs%，校驗實際誤差不應超過10%。

1.2 短路電流的選取

對差動保護用的TPY級繞組按照區外故障不誤動作為校驗條件，區內故障應可靠動作。

當主變500 kV側進線處發生短路，為區外故障，流經主變500 kV側CT的短路電流為500 kV系統及220 kV經主變提供的，經計算，主要為系統提供的短路電流，總值約為50 kA，需進行C-O操作循環校驗。當與主變同串的出線發生短路，流經主變短路電流與進線處相同，都約為50 kA，但因線路故障啟動重合閘，因此需進行C-O-C-O操作循環的校驗。綜上所述，需按較嚴重情況校驗，即短路電流為50 kA，按C-O-C-O操作循環進行校驗。

2 TPY級電流互感器各參數計算

變壓器為500/220/35 kV自耦變壓器，容量為750 kVA。高壓側短路電流為50 kA,系統一次時間常數Tp=0.1 s,中壓側短路電流為12 kA,系統一次時間常數Tp=0.06 s。變壓器差動保護各側均選用TPY電流互感器，校驗條件是：高、中壓側按外部線路故障并重合閘時，差動保護不誤動，即要求保證C-0.1s-O-0.8s-C-0.1 s-O工作循環電流互感器不致暫態飽和。低壓側按外部三相短路C-0.1 s-O工作循環進行校驗。

2.1 變壓器500 kV側TPY參數選擇

變壓器500 kV側額定電流為867 A。500 kV側母線采用一個半斷路器接線，電流互感器選用TPY級，變比選為2 500/1A，Kssc=20，Tp=0.1s，Rct=9Ω，Rbn=10 Ω，Tsn=0.8s，互感器額定工作循環為C-0.1 s-O-0.5s-C-0.04s-O，即t'=0.1 s，tfr=0.5 s，t″=0.04 s，Ktd可按給定的兩次通電工作循環帶入有關參數求得：

由此根據式（1）求出電流互感器額定二次極限電動勢為

現校驗電流互感器是否滿足要求。

計算實際負載：

選擇控制電纜為銅芯4mm2，電纜長度為240 m，電纜的電阻為

接觸電阻共取0.1Ω，（不按每點計）

(4)熱量分配:三餐熱量分配一般為1/5,2/5,2/5或1/3,1/3,1/3或四餐1/7,2/7,2/7,2/7。三餐飲食內容要搭配均用,每餐均有糖類、脂肪和蛋白質,且要定時。可按病人生活習慣、病情及配合治療的需要來調整[3]。

單相短路時，Klx.zk＝2，短路電流通過中性線，電阻為三相短路時的兩倍。

每套保護裝置負載Pj為0.5 VA,TPY級繞組接主變縱差保護一套裝置

即實際二次負載Rb為2.706Ω,則實際二次時間常數為

按校驗條件C-0.1 s-O-0.8 s-C-0.1 s-O工作循環，根據式（3）求出要求的暫態面積系數為：

考慮最嚴重條件下穿越電流為最大短路電流，即Kpcf=Iscmax/Ipn=50 000/2 500=20，實際的Rb=2.6，根據式（2），所選用電流互感器的等效二次極限電動勢E′a1為：

E′a1=Ktd′Kpcf（Rct+Rb）=29.28×20×（9＋2.6）=6793 V

E′a1小于電流互感器額定等效二次極限電動勢Ea1=7 790 V，符合要求。

TPY級電流互感器實際工作的暫態誤差

符合不超出10%的要求。

由上計算，TPY級電流互感器參數選為：變比2500/1 A，Kssc=20，額定工作循環為C-0.1s-O-0.5s-C-0.04s-O,10 VA。

2.2 變壓器220 kV側TPY參數選擇

變壓器220 kV側額定電流為1970 A，220 kV側短路穿越變壓器電流為12 kA。電流互感器選用TPY級，變比選為2 500/1 A，Kssc=15，Tp=0.06 s，Rct=9 Ω，Rbn=10 Ω，Tsn=0.6 s，互感器額定工作循環為C-0.1s-O，即t′=0.1 s,額定暫態面積系數Ktd為

根據式（1），求出電流互感器額定二次極限電動勢為

計算實際負載：

選擇控制電纜為銅芯4mm2，電纜長度為300 m，根據式（4），電纜的電阻為

接觸電阻共取0.1 Ω，（不按每點計），根據式（5）

單相短路時，Klx.zk＝2，短路電流通過中性線，電阻為三相短路時的兩倍。

每套保護裝置負載Pj為0.5 VA,TPY級繞組接主變縱差保護一套裝置，根據式（6）

即實際二次負載Rb為3.24 Ω，根據式（7）實際二次時間常數為

按220kV短路并進行重合閘為校驗條件，220 kV側一次時間常數取0.06 s，工作循環按C-0.1 s-O-0.8 s-C-0.1 s-O，根據式（3），暫態面積系數K′td為

中壓側短路穿越電流為12 kA，Kpcf=12 000/2 500=4.8,實際的Rb=3.14 Ω，根據式（2），所選用電流互感器的等效二次極限電動勢為

E′a1小于電流互感器額定等效二次極限電動勢Ea1=4 218 V，符合要求。

TPY級電流互感器實際工作的暫態誤差，根據式（8）為

ε=100Ktd′/ωTs%=100×26.64/（314×0.93）=9.12%

符合不超出10%的要求,但接近允許誤差極限，宜適當提高220 kV側的TPY互感器額定二次負載Rbn，例如提高到15 Ω,或提高二次時間常數Tsn，例如提高到0.8 s，可增加誤差裕度。

3 結論

主變500 kV側TPY級電流互感器參數可優化為：變比2 500/1 A，Kssc=20，額定工作循環為C-0.1 s-O-0.5s-C-0.04s-O，10VA，原二次繞組容量15 VA可優化為10 VA。

以往工程中，220 kV側TPY級電流互感器參數選擇為：變比2 500/1 A，Kssc=20，額定工作循環為C-0.1 s-O-0.5 s-C-0.04 s-O，15 VA，GIS外形較小的設備廠如平高東芝廠等無法安裝下此TPY繞組。由以上計算及咨詢電流互感器廠家，TPY級電流互感器參數選為：變比2 500/1 A，Kssc=15，額定工作循環為C-0.1 s-O，10 VA，Tsn=0.8 s，GIS外形較小的設備廠皆可滿足此TPY繞組的安裝空間，解決了以往工程中TPY繞組受限于GIS訂貨廠家的問題，優化了TPY繞組的設計參數，節省了工程投資。