風電場電流互感器二次負荷的計算與校驗

文 | 唐志軍

風電場電流互感器二次負荷的計算與校驗

文 | 唐志軍

在風電場升壓站工程的電氣設計中，常忽略了電流互感器的二次負荷問題。計量類電流互感器與其準確等級相對應的二次負荷不滿足工程要求，易造成計量、測量的準確精度不夠，給風電場計量及考核帶來損失。保護用電流互感器二次負荷不夠，致使在短路情況下電流互感器鐵芯飽和，一次側電流不能準確地傳變至二次側，導致保護動作不正確。因此有必要加強電流互感器的二次負載的計算與校驗工作。

測量用電流互感器的二次負載

電流互感器的額定二次負載，可用阻抗Zb（Ω）或容量Sb（VA）表示。二者之間的關系為：

式（1）中：Isn--電流互感器的額定二次電流，根據實際情況取1A或5A。

電流互感器的二次負荷額定值（Sbn）可根據實際負荷需要選用2.5、5、7.5、10、15、20、30VA。在某些特殊情況，也可選用更大的額定值。

電流互感器的負荷通常由兩部分組成：一部分是所連接的測量儀表或保護裝置，另一部分是連接導線。計算電流互感器負荷時應注意在不同接線方式和故障形態下的阻抗換算系數。計算連接導線的負荷時，一般情況下可忽略導線電感，而僅計其電阻R1：

式（2）中：

L--電纜長度/m；

A--導線截面，電流回路采用4mm2及以上截面積的銅導線/mm2；

γ--電導系數，銅取0.0175Ω×mm2/m。

對于測量表計，每個回路計量用互感器需單獨檢驗，準確等級應按準確級要求最高的表計校驗計算。一般工程驗算可忽略負荷阻抗之間的相位差，二次負荷Zb可按式(3)計算：

式（3）中：

Zm--儀表電流線圈的阻抗/Ω；

Zl--連接導線單程的阻抗，一般可忽略電抗，僅計其電阻R1，參見公式（2），Ω；

Rc--接觸電阻，一般為0.05Ω-0.1Ω；

Kmc--儀表接線的阻抗換算系數，參見表1；

Klc--連接線的阻抗換算系數，參見表1。

測量用電流互感器各種接線方式的阻抗換算系數見表1。

表1 測量用電流互感器各種接線方式的阻抗換算系數

測量及計量電流回路功耗應根據實際應用情況確定，其功耗值與裝置實現原理和構成元件有關，差別很大。表2列出一些典型儀表的功耗參考值。

需要注意的是為保證測量用電流互感器的準確級, 測量用電流互感器的二次負荷歐姆值必須在額定負荷值的25%-100%范圍內。故在測量用電流互感器額定二次負荷的選擇時應使實際負荷值不超出此范圍。

保護用電流互感器的二次負載

用于繼電保護的電流互感器，應能滿足保護的靈敏系數和選擇性要求。

保護用電流互感器二次負荷為：

式（4）中：

Zr--繼電器電流線圈阻抗，對于數字繼電器可忽略電抗，僅計及電阻Rr，Ω；

Rl--連接導線電阻Ω，參見公式（2）

Rc--接觸電阻，一般為0.05Ω-0.1Ω；

Krc--繼電器阻抗換算系數，參見表3；

Klc--連接導線阻抗換算系數，參見表3。

保護用電流互感器在各種接線方式時，不同的短路類型下的阻抗換算系數見表2。

保護和自動裝置電流回路功耗應根據實際應用情況確定，其功耗值與裝置實現原理和構成元件有關。依據行業主要幾個保護廠家裝置說明書，表4列出風電場升壓站常規接線方式下各類微機型保護和自動裝置的最大功耗參考值。工程應用中應盡量降低保護用電流互感器所接二次負荷，以減小二次感應電動勢，避免互感器飽和。必要時，可選擇額定負荷顯著大于實際負荷的互感器，以提高互感器抗飽和能力。

表2 常用測量儀表電流回路功耗參考值

表3 繼電器及連接導線阻抗換算系數表

保護裝置額定阻抗：

式（5）中：

Zr--保護裝置的額定負載值；

Sr--保護裝置交流功耗，見表4；

表4 各類微機型保護和自動裝置電流回路最大功耗參考值

Isn--電流互感器的額定二次電流 A，根據實際情況取1A或5A。

隨著風電場的發展，場內集電線路大多采用電纜和架空混合方式，這種方式使得風電場系統電容電流明顯增加，導致接地弧光難以熄滅，極易促使事故擴大。繼而接入系統也對風電場繼電保護提出更嚴格的要求，國家電網風電并網運行反事故措施明確要求風電場匯集線系統應采用經電阻或消弧線圈接地方式，當風電場匯集線系統單相故障接地時應快速切除。風電場匯集線系統回路一般采用外接零序電流互感器采集回路零序電流。再用上述方法計算取得回路零序電流互感器二次負荷Zb時，需采用如下方法校驗負荷容量，Zb需滿足：

式（6）中：

Irc--流過單相接地回路的短路電流，應計及匯集線系統中性點回路提供的電流以及其它饋線回路提供的電容電路 A；

Kn--零序電流互感器額定電流比；

Rb--零序電流互感器實際二次負荷Ω。因風電場匯集線系統線路保護裝置一般裝設于就地開關柜，此值可取0.2Ω-0.4Ω，有條件可實測此電阻值。

結論

隨著風電裝機占電網比重的不斷增加，系統對風電場計量系統準確性及繼電保護動作的正確性提出更嚴格的要求。電流互感器的二次容量是保證計量準確性和繼保動作正確性的重要參數，在風電場設計過程中需引起重視，同時在后期風電場改造過程中不能忽視電流互感器二次容量的再選擇。

（作者單位：龍源（北京）風電工程設計咨詢有限公司）