蓄能水電廠發電機保護CT誤差曲線校核計算判據及應用

王 方，杜 偉

（1.中國南方電網調峰調頻發電公司檢修試驗中心，廣東 廣州 511493；2.中國南方電網調峰調頻發電公司惠州蓄能水電廠，廣東 惠州 516100）

蓄能水電廠發電機保護CT誤差曲線校核計算判據及應用

王 方1，杜 偉2

（1.中國南方電網調峰調頻發電公司檢修試驗中心，廣東 廣州 511493；2.中國南方電網調峰調頻發電公司惠州蓄能水電廠，廣東 惠州 516100）

當一次系統故障產生最大短路電流時，為了使保護裝置能夠正確反應一次系統狀況而正確動作，電流互感器的變比誤差必須在一定范圍內。大型蓄能水電廠發電機保護CT數量多，且CT的規格型號也不一樣，本文列出判斷CT誤差曲線是否合格的3種判據，計算并校核了某蓄能水電廠實測的發電機保護CT誤差曲線，驗證曲線結果正確。本文的計算校核方法為蓄能水電廠保護CT誤差曲線校驗提供了驗證方法，具有實踐指導意義。

發電機保護；最大短路電流；CT誤差曲線；判據

CT誤差曲線是保護用電流互感器的一個重要的基本特性，當一次系統故障產生最大短路電流時，電流互感器一次電流通常比正常運行時的電流大很多倍，電流互感器暫態飽和較嚴重，測量誤差也會擴大[1]。某大型蓄能水電廠共安裝8臺立式單級混流可逆式水泵水輪機/發電電動機組，單機容量為300MW，由于蓄能水電廠機組運行工況極其復雜，發電機保護CT配置數量較多，為了使發電機保護裝置能夠正確反應一次系統狀況而正確動作，電流互感器的變比誤差必須在一定范圍內，因此，需要測試CT誤差曲線，校核電流互感器的實際運行狀態是否滿足要求。

1 CT誤差曲線校核計算判據

10 %誤差曲線：設定CT變比誤差為10%時，CT一次電流倍數K（K等于CT一次回路所允許的最大短路電流與一次回路額定電流之比）與CT二次側負載阻抗的關系曲線。

5 %誤差曲線的意義與10%誤差曲線類似，只是允許誤差為5%。從誤差曲線定義可知，不論是一次電流加大，還是二次負載阻抗增加，其結果都會引起電流互感器感應電動勢的升高，從而擴大CT變比誤差。本文所應用的試驗儀器為OMICRON-CTA CT多功能測試儀器，運用該測試儀器可以同時測出CT二次回路的實際負載阻抗、伏安特性曲線和誤差曲線。

本文總結出以下3種判據來判斷CT是否滿足誤差精度要求。大型蓄能水電廠發電機保護CT配置數量較多，且CT規格型號不一樣，當用其中一種判據不能準確判斷該CT誤差精度是否滿足要求時，可選用另一種判據來判斷。

1.1 CT一次電流倍數判據

計算出CT一次回路的最大短路電流后，可算出該最大短路電流與CT一次回路額定電流的倍數KMAX；在誤差曲線上，根據CT二次側實際負載阻抗值可對應找出CT一次電流所允許的最大倍數KL。若KMAX

1.2 二次極限感應電勢判據

保護用CT的二次極限感應電勢：準確限值系數、額定二次電流、額定負荷與二次繞組阻抗的矢量和（該矢量值一般可用額定二次阻抗乘以經驗系數1.2來代替）這三者的乘積。計算二次極限感應電勢后，在伏安特性曲線上查找該二次極限感應電勢對應的勵磁電流值；若該勵磁電流值≤CT二次額定電流值，則該CT誤差曲線合格[2]。

1.3 誤差曲線公式判據

CT伏安特性是指在電流互感器一次側開路的情況下，電流互感器二次側勵磁電流與電流互感器二次側所加電壓的關系曲線，其實際上就是鐵芯的磁化曲線。由CT伏安特性公式推算出誤差曲線的公式[2]為：

根據試驗結果可知CT二次實際負載阻抗值、伏安特性曲線及拐點電壓。在伏安特性曲線上取拐點電壓所對應的勵磁電壓和勵磁電抗（可取拐點附近的近似值），代入上述公式（1），可得出滿足誤差精度時，CT二次實際負載阻抗所對應的CT一次電流所允許的最大倍數KL。若該倍數大于最大短路電流與CT一次回路額定電流的倍數KMAX，則認為該CT誤差曲線合格[2]。

2 計算最大短路電流實例

某蓄能水電廠發電機額定電壓為18kV，額定功率為334MVA，可計算得發電機額定電流為10.713kA。圖中標幺電抗均以1000MVA為容量基值，以1號發電機為例，保護短路計算用系統等效電路和參數見圖1。根據該蓄能水電廠發電機保護CT的配置位置，可分為兩種情況計算最大短路電流。

2.1 發電機出口短路最大電流

圖1 發電機保護短路計算用系統等值電路圖

18 kV發電機出口M點三相金屬性短路，由500kV系統側提供短路電流時，流過M點短路電流：

由發電機側提供短路電流時，流過M點的短路電流：

流過M點的最大短路電流可估算為由500kV系統側與發電機側同時提供的短路電流：

2.2 發電機中性點最大不平衡電流

發電機中性點接地變壓器額定功率為583kVA，變比為18000/500，計算得接地變壓器一次側額定電流為18.7A。發電機中性點接線圖如圖2所示。

圖2 發電機中性點接線圖

根據導則DL/T 684-1999[3]，發電機定子接地保護的動作電壓應躲過正常運行時中性點的最大不平衡電壓，該不平衡電壓主要是基波零序電壓，此時中性點電壓的二次值≤5V，保護死區≤5%，通過中性點的最大零序電流為：

3 誤差曲線校核實例

根據某蓄能水電廠發電機保護CT的誤差曲線結果及上文提及的3個誤差精度判據，下面列舉4個保護CT的實例來驗證誤差曲線是否滿足精度要求。

發電機差動保護CT、95%定子接地保護CT、100%定子接地保護CT、勵磁變高壓側CT的銘牌數據及實測值見表1。

表1 發電機保護CT銘牌數據及實測值

3.1 發電機差動保護CT誤差曲線校核

CT一次電流倍數K值與對應的阻抗值如表2所示，誤差曲線圖見圖3。

表2 CT一次電流倍數K值與對應的阻抗值

圖3 誤差曲線圖1

發電機出口最大短路電流為120.3kA，是發電機額定電流的11.33倍。發電機差動保護CT二次負載電阻為557.8mΩ，由上表2及圖3知，該負載電阻所對應的CT一次電流倍數K遠大于12，也遠大于最大短路電流所對應的CT一次電流倍數11.33，根據上文的CT一次電流倍數判據，可知該CT誤差曲線精度合格。

3.2 發電機95%定子接地保護CT誤差曲線校核

CT一次電流倍數K值與對應的阻抗值如表3所示，誤差曲線圖見圖4。

表3 CT一次電流倍數K值與對應的阻抗值2

中性點的最大零序電流為0.771A，是接地變壓器額定電流18.7A的0.041倍。實際負載電阻為765.4mΩ，由表3及圖4知，該負載電阻所對應的CT一次電流倍數K>35，遠大于中定點最大零序電流所對應的CT一次電流倍數0.041，根據上文CT一次電流倍數判據，可知該CT誤差曲線精度合格。

圖4 誤差曲線圖2

3.3 發電機100%定子接地保護CT誤差曲線校核

CT一次電流倍數K值與對應的阻抗值見表4，CT伏安特性數據見表5。

表4 CT一次電流倍數K值與對應的阻抗值3

表5 CT伏安特性數據1

由表4及CT一次電流倍數判據不能準確判斷該CT誤差曲線是否合格，此處用誤差曲線公式判據來判斷。由表1知，該CT拐點電壓為2.848V，實際負載阻抗值為1.293Ω。在CT伏安特性數據表上取拐點電壓2.848V附近的電壓和勵磁電抗：U=2.782V，L=74.7mH。將上述值代入公式（1）計算得：因數K=5.533，大于0.825倍，所以該CT誤差曲線合格。

3.4 勵磁變高壓側CT誤差曲線校核

CT一次電流倍數K值與對應的阻抗值見表6，CT伏安特性數據見表7。

表6 CT一次電流倍數K值與對應的阻抗值4

表7 CT伏安特性數據2

由表6及CT一次電流倍數判據不能準確判斷CT誤差曲線是否合格。由表1知，實際負載電阻為764.8mΩ，準確級為10P30，此處用二次極限感應電勢判據來判斷：

（1）估算二次阻抗值為：1.2×0.7648=0.91776Ω

（2）計算二次極限感應電勢：30×1×0.91776=27.5328V

（3）在CT伏安特性數據表上查找該二次極限感應電勢27.5328V對應的勵磁電流值略小于2.182mA，遠小于CT額定電流1A。所以該誤差曲線精度合格。

4 結論

本文計算了某大型蓄能水電廠發電機一次回路最大短路電流，根據誤差曲線的判據，校核了該電廠發電機保護CT誤差曲線，該電廠發電機保護CT均滿足誤差精度要求，發電機保護裝置能夠正確反應一次系統狀況而正確動作。本文的計算校核方法為大型蓄能水電廠保護CT誤差曲線校驗提供了驗證方法，具有實踐指導意義。

[1]高占杰.CT伏安特性實驗及10%誤差曲線[J].水電廠自動化,2008,29(1):78-80.

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

[3]DL/T 684-1999大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則[S].

[4]張 巖.發變組差動保護CT的10%誤差曲線校核計算[J].長春大學學報,2012,22(6):652-659.

[5]張 迅，曾華榮,劉華麟.繼電保護受電流互感器飽和的影響及防誤動措施[J].南方電網技術,2013,7(3):117-119.

The criterion and application to check and calculate the generation protection’s CT error curve of the pumped storage power station

WANG Fang1, DU Wei2

(1. CSG Power Generation Company Maintenance and Testing Center, Guangzhou 511493, China;2. CSG Power Generation Company Huizhou Pump Storage Power Station, Huizhou 516100, China）

The ratio error of current transformer must be within a certain range, to ensure the relay protection device have a correct reaction to the system conditions when a failure occurs in the system equipment and it produces maximum short circuit current.There are numbers of generation protection CT in the large pumped storage hydropower station. The specifications and the models of the CT are different. This article lists three criterions to judge whether CT error curve is qualified, calculates and checks those CT error curve measured in the large pumped storage power station, and proves the results are correct. The calculation method of this paper provides a verification method for the protection of the CT error curve of large pumped storage power station, and have a practical significance to those station.

Generator protection; Maximum short-circuit current; CT error curve; Criterion

TM77

A

1672-5387（2015）S-0060-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.S.018

2015-10-22

王 方（1984-），女，工程師，從事電氣自動化繼電保護工作。