淺談變電站站用變壓器保護用電流互感器二次參數選擇

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

淺談變電站站用變壓器保護用電流互感器二次參數選擇

陳智遠 黃福全 李洪衛

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

站用變壓器容量遠小于系統短路容量，站用變壓器保護用電流互感器的參數選擇需考慮兼顧保護裝置的精確性和電流互感器穩態性能要求，參數選擇困難已經成為了一個突出的問題。本文通過站用變保護整定實例和理論分析，給出了站用變保護用電流互感器參數選擇的原則；同時本文討論并給出了電流互感器參數選擇存在困難時的三種輔助解決方案。

站用變壓器；電流互感器；飽和

隨著系統容量不斷擴大,變電站低壓側系統短路電流越來越大,某些特殊負荷（如站用變壓器）正常工作電流較小，在這些設備出口短路時，短路電流可能達到正常工作電流的數千倍。

電流互感器額定一次電流通常按負荷電流選擇，以便于測量和保護整定。這樣確定的互感器在短路時需要承受數千倍的短路電流，鐵芯可能嚴重飽和而影響其傳變特性。若電流互感器按在短路故障時不飽和條件選擇，則電流互感器額定一次電流將遠大于負荷電流，這將造成保護裝置整定計算困難﹑測量精度難以保證。這在正常負荷電流較小的回路的電流互感器的選擇始終是矛盾的，致使設備選擇面臨兩難的局面。

1 站用變壓器保護定值整定實例

1.1 站用變保護準確性校驗

某220kV變電站站用變壓器參數如下：站用變容量400 kVA﹑高壓側電壓等級10.5 kV﹑高壓側額定電流21.99A﹑CT變比600/1。按照南方電網繼電保護整定規程，站用變過電流保護電流定值按躲站用變額定負荷電流整定，一次整定值為：

Ie——站用變額定電流；

Kk——可靠系數，取1.3～2；

Kfh——返回系數，微機型保護取0.95～1；

則該站用變保護過電流保護的一次定值為：I′set=46.179A

過電流保護定值按照CT變比600/1折算至二次側后，

站用變保護選用某公司RCS-9621C型微機保護裝置，該裝置對過電流保護整定范圍的要求是.01In～20In，因此過電流保護定值最小只能整定為0.1A，無法滿足規程要求（In—保護裝置二次額定電流，此處為1A）。

1.2 電流互感器性能校驗

該站用變壓器選用的電流互感器參數如下：電流互感器容量Sn=10VA﹑準確限值系數Kalf=20﹑二次額定負載Rbn=10Ω﹑電流互感器內阻Rct=6Ω﹑

一次額定電流Ipn=600A﹑二次額定電流Ipn=1A。

1.2.1 一般選擇校驗

根據深圳電網短路計算結果，220kV變電站10kV側保護故障校驗電流Ipcf=30kA，額定準確限值一次電流：Ipal=Kalf×Ipn=600×20=1.2kA，則Ipal＜Ipct，該電流互感器不滿足一般選擇校驗的要求。

1.2.2 穩態性能校驗

該電流互感器二次負載Rb=0.14+0.5 =0.64Ω，則額定二次極限電動勢：Es1=Kalf×Isn×（Rct+Rbn）=320V，繼電保護動作性能校驗要求的二次感應電動勢：

表1 站用變壓器CT最大一次額定電流

Es=K×Kpcf×Isn×（Rct+Rb）=332V

K——暫態系數，取1。

Kpcf——保護校驗系數，等于Ipcf/Ipn。

則Es1＜Es，該電流互感器不滿足穩態性能校驗要求，存在CT飽和的風險。

2 站用變壓器保護用電流互感器的參數選擇

按照《DL_T_866-2004電流互感器和電壓互感器選擇及計算導則》的規定，110kV及以下系統保護用電流互感器一般按照穩態條件選擇，選用P類互感器。

2.1 一次額定電流Ipn的選擇

電流互感器應根據其所屬一次設備的額定電流或最大工作電流選擇適當的額定一次電流，并應使得在額定電流比條件下的二次電流滿足該回路保護裝置的準確性要求。

為滿足保護裝置準確性要求，保證保護裝置可以對站用變過電流保護進行整定，則站用變電流互感器一次額定電流應滿足。

表1給出了常見容量的站用變壓器保護用電流互感器可選的最大一次額定電流。

2.2 電流互感器容量和準確限值系數的選擇

按照表1給出的計算結果，文中實例中站用變的電流互感器一次額定電流應選為400A，則繼電保護動作性能校驗要求的二次感應電動勢Es增大為498V，更加不滿足穩態性能校驗的要求。

由電流互感器穩態性能的研究分析可知，電流互感器滿足穩態性能校驗要求的充要條件是：Es1＜Es，即：

上式中選擇暫態系數K﹑保護校驗系數Kpcf均由系統決定，因此可通過選擇更大的準確限值系數Kalf﹑額定容量Rbn的電流互感器或降低實際二次負荷使電流互感器達到穩態飽和性能要求。

如果電流互感器的準確限值系數Kalf改選用40（其他參數同前），Es1增大為640V，則電流互感器滿足穩態性能要求；如果電流互感器的額定負載Rbn改為20Ω（其他參數同前），Es1增大為780V，則電流互感器滿足要求；站用變保護電流互感器的二次負載僅有一套保護裝置和連接電纜，僅能通過增大電纜截面積來減少二次負載，對二次感應電動勢Es的影響較小，若二次負載降低為Rb降低為0.6Ω（其他參數同前），Es降低為495V，仍不滿足穩態性能要求。

綜上所述，如果文中站用變選擇變比為400/1﹑準確限值系數Kalf=40，額定負載Rbn=20Ω,內阻Rct=6Ω的電流互感器，則額定二次極限電動勢：

電流互感器可滿足穩態性能校驗要求，并留有較大裕度。

3 電流互感器參數選擇困難時的解決辦法

3.1 合理選擇站用變壓器容量

按照南方電網典型設計規定，站用變壓器的容量：

K1—站用動力負荷換算系數，一般取0.85；

P1—站用動力負荷之和(kW)；

P2—站用電熱負荷之和(kW)；

P3—站用照明負荷之和(kW)。

站用變壓器容量按照上述原則選取，110kV 變電站宜選用200kVA 站用變壓器，220kV 變電站宜選用315kVA或400kVA 站用變壓器，500kV 變電站宜選用630kVA 或800kVA 站用變壓器。

站用變負荷電流與短路電流相差巨大是造成過電流保護定值無法滿足裝置準確度要求的根本原因。因此，可考慮適當增加站用變容量，進而提高電流互感器一次額定電流的取值范圍，可使電流互感器同時滿足穩態校驗和裝置準確度的要求。

3.2 速斷和過電流保護選取不同CT變比

站用變過電流保護為變低故障的后備保護，開關切除時間整定為30s，因此無需考慮站用變發生極端故障（高壓側出口三相金屬性短路），故障電流過大導致電流互感器飽和對其造成的影響。鑒于此，可考慮將速斷保護和過電流保護選取不同的CT變比，速斷保護主要考慮抗CT飽和，可適當取較大的CT變比和準確限值系數；過電流保護主要考慮保護定值的準確性，使用較小CT變比。

3.3 電流互感器與保護裝置使用不同的二次額定電流

若電流互感器二次額定電流Isn為5A﹑保護裝置二次額定電流In由5A改為1A，保護定值按實際CT變比整定，保護裝置準確度要求降至原來的1/5，可通過增大一次額定電流滿足電流互感器穩態校驗的要求。

對于文中站用變壓器，若電流互感器二次額定電流Isn=5A，保護裝置二次額定電流In=1A，則其一次額定電流

即互感器的一次額定電流Ipn可選擇1000A，可滿足CT穩態性能校驗的要求。

反之，若電流互感器二次額定電流Isn為1A﹑保護裝置二次額定電流In由1A改為5A，保護定值按實際CT變比整定，保護裝置的準確度要求增大至原來的5倍，更加不滿足裝置準確度的要求。

4 站用變壓器CT參數選擇原則

站用變保護電流互感器參數的選擇應綜合考慮保護裝置準確性和互感器穩態飽和性能，應遵守以下原則：

4.1 一次額定電流應根據站用變容量和保護裝置準確性要求進行選擇，確保保護裝置不出現定值無法整定的情況。

4.2 二次額定負載和準確限值系數應在盡量取大值，并按照互感器穩態性能要求進行校驗，并保留適當裕度，確保在極端情況下電流互感器亦不會出現飽和的情況。

5 CT參數選擇困難時的解決辦法

當按照4原則仍無法選擇合適電流互感器時，可考慮以下方法：

5.1 適當選取大容量的站用變壓器，提升站用變額定電流，保證在滿足保護裝置準確性的前提下，電流互感器可選取較大的一次額定電流以滿足穩態性能校驗的要求。

5.2 對于新建及技改工程，可考慮增加電流互感器二次繞組，同時修改保護裝置邏輯，速斷保護按照互感器穩態性能校驗的要求選用較大一次額定電流的繞組，過電流保護按照準確性的要求選用較小一次額定電流的繞組。對于存量站用變保護，可考慮修改保護邏輯，過電流保護改用測量組采樣值，速斷保護選用互感器保護繞組，并按照穩態性能校驗的要求調整繞組二次抽頭。

5.3 對于滿足互感器穩態性能校驗的要求，但不滿足保護裝置準確性要求的情況，可將電流互感器二次額定電流選為5A，保護裝置二次額定電流選為1A。

[1]DL/T 866-2004，電流互感器和電壓互感器選擇及計算導則[S].

[2]袁季修.保護用電流互感器應用指南[M].北京：中國電力出版社，2004.

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