中壓配電系統(tǒng)設(shè)計中保護用電流互感器的選用

秦飛飛，王栩顏

（洛陽瑞澤石化工程有限公司，河南 洛陽 471000）

0 引 言

電流互感器是把電力系統(tǒng)中一次側(cè)較大的電流轉(zhuǎn)化為小電流，進而進行繼電保護、測量、計量的電氣一次元件。電力系統(tǒng)保護用電流互感器是變配電所、中壓電機等供配電系統(tǒng)中不可或缺的一種電流變換設(shè)備。保護用電流互感器在線路、用電設(shè)備發(fā)生故障時，向繼電保護裝置提供電流，以發(fā)出報警信號或切斷故障線路防止故障進一步擴大，因而保護用電流互感器的選用對繼電保護能否正確動作起到重要的作用。

在工程設(shè)計中，保護用電流互感器的參數(shù)選用沒有系統(tǒng)的參考依據(jù)。針對這些問題，本文系統(tǒng)介紹工程設(shè)計中配電系統(tǒng)保護用電流互感器參數(shù)的選擇和校驗，以供設(shè)計人員參考。

1 保護用電流互感器的類型

保護用電流互感器分為P 類（包含P、PR、PX 類）和TP 類，其中P 類電流互感器為電力系統(tǒng)發(fā)生故障時穩(wěn)態(tài)一次短路電流在互感器額定準(zhǔn)確限值一次電流范圍內(nèi)時互感器的復(fù)合誤差不超過規(guī)定值，而TP 類則是考慮一次短路電流中具有非周期分量[1]。220 kV 以下的電力系統(tǒng)由于電流互感器暫態(tài)過程較短，一般可不考慮暫態(tài)影響，選用P 類電流互感器。

2 保護用電流互感器的參數(shù)的選擇

中壓配電系統(tǒng)中保護用電流互感器需要選擇并校驗下列參數(shù)：額定一次電壓、額定一次電流、額定二次負荷、額定二次電流、準(zhǔn)確級及準(zhǔn)確限值系數(shù)、動穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等。

2.1 額定一次電壓

電流互感器的額定一次電壓Upr應(yīng)大于電流互感器所在回路的額定一次電壓Un，滿足Upr＞Un。

2.2 額定一次電流

一般配電回路中，保護用電流互感器額定一次電流Ipr應(yīng)根據(jù)一次設(shè)備最大工作電流Imax選擇，即滿足Ipr＞Imax；對于變壓器回路，由于考慮到變壓器具有一定的過載能力，變壓器保護用電流互感器額定一次電流Ipr一般應(yīng)按照大于1.5 倍變壓器額定一次電流Itn選擇，即滿足Ipr＞1.5Itn。

2.3 額定二次負荷和額定二次回路電流

保護用電流互感器額定二次電流Isn有1 A 和5 A兩種。電流互感器額定二次電流的選擇與電流互感器的容量和帶負載能力有關(guān)，電流互感器的額定二次負載電流互感器二次側(cè)所接負荷Zb=KrcZr+KlcRl+Rc，電流互感器額定二次負荷應(yīng)滿足Zbn＞Zb，其中Sbn為互感器的二次額定容量，Zr保護裝置電流線圈阻抗，Rl連接導(dǎo)線電阻，Rc接觸電阻，Krc繼電器阻抗換算系數(shù)，Klc連接導(dǎo)線阻抗換算系數(shù)。互感器采用三相星形接線時，Krc=1，Klc=1。

2.4 準(zhǔn)確級及準(zhǔn)確限值系數(shù)

2.4.1 互感器準(zhǔn)確級的確定

保護用電流互感器準(zhǔn)確級的要求是保證電力系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)短路電流下電流互感器的復(fù)合誤差不超過規(guī)定限值，從而保證繼電保護動作的準(zhǔn)確性。配電變壓器主回路宜采用復(fù)合誤差較小的5P 級電流互感器，其他配電回路可采用10P 級電流互感器。

2.4.2 互感器準(zhǔn)確限值系數(shù)的選擇

準(zhǔn)確限值系數(shù)Kalf的選擇應(yīng)滿足電流互感器的額定準(zhǔn)確限值一次電流Ipal大于保護校驗一次故障電流Ipcf，即滿足Ipal＞Ipcf。

過去工程設(shè)計時，中壓系統(tǒng)用電流互感器選用要求在區(qū)內(nèi)故障電流最大時互感器不飽和，以保證在區(qū)內(nèi)故障電流最大時，互感器的測量誤差在規(guī)定的范圍內(nèi)。現(xiàn)在電力系統(tǒng)的短路容量越來越大，中壓配電系統(tǒng)的短路容量較單個負荷的容量大得多。這樣在選擇電流互感器時，要使Ipal＞Ipcf，保證互感器在保護區(qū)內(nèi)最大故障電流下不飽和，則需要與互感器廠家協(xié)商定制較大的Kalf。但是，這樣增加了投資成本，通常是不可采取的。

這種情況下需要分析電流互感器的飽和性能，隨著短路電流增大飽和系數(shù)的增大，電流互感器二次電流發(fā)生嚴重畸變，但其有效值是增大的，可以要求當(dāng)保護區(qū)內(nèi)故障時互感器在通過保護最大整定電流（如速斷整定電流Iset）時滿足Ipal＞K×Iset，并留有適當(dāng)?shù)脑６取；ジ衅鲝?fù)合最大誤差系數(shù)不超過誤差限值，即在互感器飽和前能保證繼電保護可靠動作。在區(qū)內(nèi)靠近電源故障時互感器將出現(xiàn)飽和，復(fù)合誤差將超過限值，但能保證繼電保護裝置的可靠動作。這樣既可以實現(xiàn)繼電保護的正確動作，又可以避免選用準(zhǔn)確限值系數(shù)過大的電流互感器。其中，K為用戶規(guī)定的暫態(tài)系數(shù)，取2；Iset為最大整定電流；Kalf為準(zhǔn)確限值系數(shù)；Ipcf為流過互感器最大短路電流；Kpcf為保護校驗故障電流與電流互感器額定一次電流之比，即Kpcf=Ipcf/Ipr，Ipal=Kalf×IPN。

2.5 動穩(wěn)定性

由于保護用電流互感器需要在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時及時地將故障電流傳遞至繼電保護器件而自身不發(fā)生損壞，因此保護用電流互感器必須能夠承受電力系統(tǒng)最大故障電流產(chǎn)生的電磁力作用，動穩(wěn)定校驗以電流形式表示為ip（三相短路沖擊電流）＜Idyn（廠家給定的互感器能承受的額定動穩(wěn)定電流）。

2.6 熱穩(wěn)定性

熱穩(wěn)定性是驗算互感器承受短路電流發(fā)熱的能力。保護用電流互感器必須能承受最大短路電流存續(xù)期間的等效發(fā)熱量而不至于損壞，因此必須滿足的要求，其中Qt為短路電流的熱效應(yīng)，為互感器廠家給定的熱穩(wěn)定限值。

3 工程設(shè)計中保護用電流互感器的選擇

以某廠內(nèi)10 kV 變電所1 為例，說明變電所10 kV側(cè)保護用電流互感器選用時的參數(shù)選擇和校驗。該變電所基本情況：總計算負荷為Sjs=3 874 kVA，計算電流為Ijs=223.7 A，10 kV 側(cè)最大短路容量為SKmax=164 MVA，10 kV 母線側(cè)最大短路電流為Ik=9 018 A，現(xiàn)舉例說明10 kV 進線和1 600 kVA 10 kV/0.4 kV 變壓器保護用電流互感器參數(shù)選擇。

3.1 進線保護用電流互感器的參數(shù)選擇和校驗

互感器額定一次電流：保護用電流互感器需滿足Ipr＞Ijs，即Ipr＞223.7 A，考慮適當(dāng)?shù)脑Ａ浚xIpr=500 A。

額定一次電壓：互感器額定一次電壓應(yīng)與系統(tǒng)額定一次電壓一致。

準(zhǔn)確限值系數(shù)：對于進線Kpcf=Ipcf/Ipr=9 018/500=18，Kalf可以選取20，即選10P20 級電流互感器。

動穩(wěn)定校驗：ip=2.55×9.018 kA=23 kA，Idyn＞ip=23 kA。

熱穩(wěn)定校驗：由于進線裝有短延時速斷保護，動作時間為0.4 s，熱穩(wěn)定校驗需小于廠家給定的熱穩(wěn)定限值。

3.2 變壓器保護用電流互感器的準(zhǔn)確限值系數(shù)的選擇

由于變壓器容量相較于10 kV側(cè)短路容量小得多，對于10/0.4 kV 變壓器保護用電流互感器準(zhǔn)確限值系數(shù)的選擇與10 kV 進線電流互感器的準(zhǔn)確限值系數(shù)選擇存在不同。

變壓器額定一次電流I1T=92.3 A，電流速斷整定值為Iset=1 725 A。變壓器保護用電流互感器額定一次電流可選Ipr=150 A。由于校驗用一次故障電流Ipcf=9 018 A，若滿足Ipal＞Ipcf，即Kalf＞Ipcf/Ipr=9 018/150=60，滿足條件互感器的制作較為困難，這時可以按照互感器最大限值電流Ipal大于保護最大動作電流值的2 倍選擇，即Ipal＞ 2Iset=2×1 725=3 450 A。Kalf＞Ipal/Ipr=3 450/150=23，可以選取5P30 級的保護用電流互感器，這時即可滿足在保護區(qū)內(nèi)故障時繼電保護正確動作的要求。

4 結(jié) 論

本文從實際工程設(shè)計中保護用電流互感器選用參數(shù)選擇存在的問題入手，舉例說明如何選擇合適的電流互感器額定參數(shù)，以滿足工程設(shè)計的要求。