關于500kV變電站中電流互感器變比選擇問題的探究

摘 要：電流互感器在電力系統中具有廣泛的應用空間，例如電流和電壓的一次測量、計量和回路安全保護等，都需要其發揮作用。當前電力網絡體系已有了突飛猛進的發展，目前各地主網架為500 kV變電站，在實際生產生活中這種類型變電站的監控功能與調度功能正起著越來越重要的作用。在整個電力分配的調控體系里，最基本的測量數據是電力參數。因此，選擇正確的形式測算電力參數具有關鍵性的意義。

關鍵詞：電流互感器；500 kV變電站；繼電保護；測控

中圖分類號：TM452 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）04-0017-02

交流采樣具有以下幾個特點：采樣的高時效性、測量的準確性、良好的平穩性、信息資料的共享性和信息傳遞數字化的實現。它被運用在發電站和變電點的遠程控制、繼電維護、自動化體系中。因此，以“采集基本信息資料”為工作目標的交流采樣測定設備，必須具備很高的準確度，這一點已經受到越來越多使用者的重視。交流采樣不但有利于提高電能質量，同時又是電能保護和測量等工作的前提。在電流互感器的挑選過程中，還要考慮繼電保護、電能測算和自動化計算等因素。

1 問題簡述

500 kV晉中變電站的綜合自動化系統采用南自公司PS6800系統，實現對變電站監視、控制、繼保和自動裝置的聯網。500 kV和220 kV電壓的級別使用的都是1 A的電流傳感裝備，500 kV輸出線的電流互感裝備維護和測量變比都為4 000∶1.

在具體的使用過程中要先進行虛負載測試，以達到要求。對調控設備進行實、虛負載的檢查，具體操作過程必須符合《國家電網機構交流采樣計算設備檢驗標準》。研究表明，500 kV母線負荷在具體的工作過程中無法平衡，帶有功率的進線比出線的數值要高，最大的差異在51～61 MW之間。通過檢驗可知，候、晉兩回線負荷較輕，晉中變電站在受端，功率有時為0.1 MW，有的情況下能夠顯示到20.1 MW，甚至更大的值。當這兩條線的負荷在0.1 MW的情況下，500 kV線進出負載不平衡，差值可達到50 MW左右。候晉I線、II線測控裝置三相電流量測值正常，約20 mA，有功功率量測值跳變，從0直接跳為0.5 W或者更大，cosΦ約為0.5. 表1為該日候晉I線、II線每隔30 min的遙測測量值。

分析特定時間段的信息可以得出，雙回線的侯村站與晉中站的有功功率總數值之差為39.60 MW。

2 原因分析

SCS9706交采測量調控設備功率標的規定準確率為0.50%，由檢驗數據可知，候、晉雙回線調控裝置的平均差距低于0.50%，正好符合規定。

2.1 導致誤差的原因

在電力網絡體系里，設備問題是繼電保護出現誤差的主要因素，同時它又受以下幾方面的影響。

2.1.1 鐵芯截面的影響

通常條件下，不斷增大鐵芯截面面積能相應地改變鐵芯的磁通密度，同時可能會使勵磁電流數值不斷下降。在這些客觀條件的作用下，與之對應的角度差值和比值差也會發生變化。另外，電流互感設備里的鐵芯具有的磁通密度數值弱小，導磁系數值必然發生很大的調整，使其他類型電流的數值也出現縮減，所有的這些條件匯集在一起后必然會造成誤差。

2.1.2 線圈匝數的影響

電線環繞的圈數也會對設備的運轉產生一定的影響，其工作原理是電流互感設備在磁通密度數值方面的有效調整，通過增加電線環繞圈數，使磁通密度值下調，以此來降低計算的失誤率。但是，線圈數量不斷增加意味著會增大對銅的使用量，同時線路的平穩性和負載量會出現不穩定。此外，在遇到一些單圈數電流感應設備時，采用以上方法卻不能起到預期效果。

2.1.3 電流頻率變動的影響

電流互感設備工作時，電流的頻率通常不會有很大的變化。但是，在電力體系的工作過程中，如果頻率數值不斷增加，尤其是在大電流中使用定量電能時，必須要充分考慮上述條件，才能夠有效地降低鐵芯的磨損、磁通密度的調控，同時解決潛在的安全隱患，處理電流傳感設備問題。

2.2 測量值為0的原因

變電站在具體工作中，會受諧波等因素的影響，比如投切電容設備、調整開關的開合狀態和處理跳閘等問題。所以，在挑選交流采樣裝置時，必須采用與濾波算法相匹配的計算方法，實現預期的測量目標。量測值設定有閾值，一旦小于該值，則去掉，所以當量測值不足0.50 W時，會默認為零值。

有功按0.50 W換算到一次值：0.50×1.732 04×500×4/173.206≈10 MW。

從表1中可知，當晉中側有功功率為0的情況下，侯村側有功功率一般情況下低于10.0 MW，屬于合格范圍之內。

2.3 測量值比對側低的原因

在交流采樣的過程中，有功功率、無功功率和功率因數都可以通過電流（I）和電壓（U）測算的。

在具體的計算過程中，若I和U的數值不高，那么其他因素對它的影響程度就會升高。一般情況下是非線性誤差問題，且比其他誤差嚴重。測量設備功率要求的精準度為0.50%，也就是在最大的誤差范圍內的測量。

0.50%的誤差，其二次值的問題是0.50%×173.204=0.87.

電流感應設備變比為4 000∶1，該差值折算到一次值為0.87×1.732 04×500×4/173.204=17.4 MW。

從表1中選取7點的數據進行分析，得候晉I線晉中側有功功率為21.17 MW，如果存在最大誤差，則候晉I線晉中側的有功功率為21.17+17.4=38.57 MW；候晉II線晉中側有功功率測定數據是29.42 MW，如果存在最大誤差，則候晉II線晉中側有功功率為29.42+17.4=46.82 MW。最后各個數據合成的最大差是-43.24+38.57-46.94+46.82=-4.79 MW。

考慮兩站之間的距離較遠，線路損耗包括侯村側有功值測量誤差，可以認為雙回線路有功功率之合基本為0。通過以上計算可以發現，如果將采樣測量設備的誤差計入，那么有功功率值屬于平衡狀態。

綜上所述，雖然采樣測量設備完全滿足測量精度的需求，由于電流互感器變比取值過大，造成負荷較輕的線路可能出現站內母線負荷不平衡的非正常情況。

3 建議

現階段，隨著變電站自動化系統的實現，500 kV變電站對1 A的額定二次電流的電流感應設備的使用也越來越普遍。在確定最終數值時，一定要進行全面、綜合性的比較。在相同的條件，不同的電壓下電流量也會出現不同的問題。500 kV的電流數值與220 kV側電流中間有很大的差值，因此，在確定電流感應設備時，必須確定定量的電流值，220 kV側的取值是4 000∶1，500 kV側應選擇2 000∶1，這樣可以降低失誤率。

對二次電流采集計算的交流采樣，算法按采樣的速度和精度區分，有快速算法和精度較高的算法。就目前我國實際情況而言，快速算法被用于繼電保護系統，高精度算法多被用于測控裝置。

因此，要區別對待測控裝置電流互感器的變比。為避免出現輕載線路測量誤差大的問題，建議測量和計量所用電流互感器變比時按照需要選取，確保測量線性區的測量精度。

4 結束語

隨著電網規模的不斷擴大，對測量準確度的重視程度已被提到前所未有的高度。測量裝置更新換代頻繁，類型日趨繁雜，不斷有新問題出現。因此，需要科學分析問題，保證測量的準確、可信度，加強電能質量的監測，合理地控制和管理電能質量。

參考文獻

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作者簡介：令狐進軍（1982—），男，工程師，本科，電力系統電網調度監控專業。

〔編輯：李玨〕

Abstract： The current transformer has a broad application space in the power system， such as current and voltage measurement， measurement and loop security， would require it to play a role. The current electricity network system has been a rapid development， currently around the main grid of 500 kV substation， in real life production monitoring and scheduling functions of this type substations are playing an increasingly important role. In the entire power distribution control system， the basic parameters of the measured data is power. Therefore， choosing the correct measure electrical parameters in the form of crucial significance.

Key words： current transformer； 500 kV substation； relay； monitoring