變電站二次回路設計中的電流互感器應用

凌 盛，陳曉鑫

（1.杭州協東電力設計工程有限公司，杭州 310005；2.江蘇智方建設工程有限公司，上海 200092）

為了確保配電系統安全運行，需要對電力設備的運行狀況進行監測。由于變電站一次回路電流大，必須通過電流互感器（TA）將大電流按比例轉換成小電流，才能接入測量和保護裝置。所以，在變電站的二次回路設計中，應用好TA技術顯得十分重要。

1 TA二次參數的選擇

1）二次繞組的精度 測量要求：二次繞組精度可取0.2或0.5，特殊狀況下工作電流變化范圍比較大，可選用S類TA。計量要求：二次繞組精度宜取0.2s。保護要求：二次繞組保護可用P類和TP類。

2）額定二次電流 嚴格執行DL／T 886—2004電流互感器和電壓互感器選擇及計算導則規定。在實際工程中，對于TA到保護裝置距離比較遠的，額定二次電流盡量選擇1A，這樣可以減少連接電纜的功耗。

3）額定二次負荷 在實際工程設計中，一般按經驗估算，分兩種狀況：額定二次電流為1A，額定二次負荷取10～15VA；額定二次電流為5A，額定二次負荷取40～50VA。可以通過理論計算，進行適當的校正，但必須按DL／T 886—2004電流互感器和電壓互感器選擇及計算導則規定，理論計算的額定二次負荷，應大于實際二次負荷。實際二次負荷可近似等于保護裝置或者儀表電流回路功耗P1與連接電纜的功耗P2。

2 TA飽和

TA飽和的實質是鐵心中磁通密度過大，導致勵磁阻抗顯著下降，從而造成勵磁電流Ie增大。由GB 1208—2006電流互感器標準對Is=Ip／Kn-Ie陳述可看出，TA飽和時一次電流Ip與二次電流Is不再成比例，飽和嚴重時甚至造成二次電流為零，式中Kn為TA匝數比。

TA飽和一般由電力系統短路故障引起，短路時一次電流含有大量的非周期分量（暫態分量），尤其是直流分量感應不出二次電流（無磁通變化），此時可能引發保護裝置的不正確動作。

TA嚴重飽和后會出現較大的剩磁，在正常運行中仍然存在。當再次發生故障時，剩磁將使一次電流中出現大量的非周期分量，導致波形嚴重畸變。

綜上所述，當TA飽和時會使波形嚴重畸變，對電網安全運行造成重大危害，在設計上采取的主要措施是引入TA飽和閉鎖保護裝置。對于500kV以上的電網，由于采用四分裂導線、一次系統時間常數大、過渡時間長，TA不允許采用P類保護裝置，必須采用TP類保護裝置，要求在最嚴重的暫態條件下TA不飽和，確保TA飽和閉鎖保護裝置能正確動作。

3 TA極性

3.1 TA極性原理

在變電站二次回路設計中，TA的極性是否正確，直接影響到保護裝置（尤其是利用電流求和原理的保護）的正確動作。TA極性示意圖如圖1所示。圖1中一次線圈首端為P1，尾端為P2；二次線圈首端為S1，尾端為S2；符號·表示同名端，即此端為一次線圈的P1端。

圖1 TA極性示意圖

分析TA極性，常用反極性分析法，即一次電流Ip從一次線圈的P1端流入，感應出的二次電流Is從二次線圈首端S1流出。反之，一次電流Ip從一次線圈的P1端流出，感應出的二次電流Is從二次線圈首端S1流入。

3.2 TA接于線路

以母線保護1為例，假設母線d1處故障，故障電流Id1由線路1流向母線側，對于母線保護1而言，5LH一次電流Ip從一次線圈的P1端流出，感應出的二次電流Is從二次線圈首端S1流入，所以5LH接入母差保護S1端為接地端。TA接于線路1的示意圖如圖2所示。

3.3 TA接于分段

以1號分段母線保護2為例，假設母線d1處故障，對于1號分段故障電流Id1由3母線側流向1母線側，對于2LH是從TA的P1端流入，則二次電流從S1流出，所以2LH接入母差保護S2端為接地端。TA接于線路1的示意圖如圖3所示。

3.4 TA接于母聯

圖2 線路1TA接線圖

圖31 號分段TA接線圖

需要根據不同廠家生產的母差保護裝置進行分析。例如：北京四方、南自、南京南瑞的母差保護裝置均規定母聯TA同名端在1母側；深圳南瑞的母差保護裝置規定母聯TA同名端在2母側。

以母線保護1采用南京南瑞生產的母線保護裝置為例，對于1號母聯，3LH接入母線保護1，以1母故障判斷，即d3處故障，短路電流從TA的P1端流出，則二次電流從S1流入，所以3LH接入母線保護S1端為接地端。1號母聯TA接線示意圖如圖4所示。

同理，假設母差保護2采用深圳南瑞生產的母線保護裝置，對于2號母聯，6LH接入母線保護2，以2母故障判斷，即d4處故障，短路電流從TA的P1端流出，則二次電流從S1流入，所以6LH接入母差保護S1端為接地端。

4 設計時需要注意的問題

1）鐵心有氣隙，保護采用暫態特性的TA，不容易飽和且剩磁小，故障消失后電流返回時間長，不適合接失靈保護，但可接故障錄波器。

圖41 號母聯TA接線圖

2）為了防止TA絕緣損壞，一次側高電壓串入二次側，TA的二次回路必須有且只能有一點接地，一般在端子箱就地接地；對于幾組TA有電氣直接聯系的回路，各組TA二次回路應在二次設備柜內，分別獨立接至柜內二次等電位接地銅排上。