勵(lì)磁變壓器CT參數(shù)核算與選型設(shè)計(jì)

張曉偉，錢厚軍，張 旭，李戈超，王東博，陳富杰，李 鑫，郭 興，郭少杰，陳子明，汪運(yùn)律

(中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300)

秦一廠于2018年實(shí)施了發(fā)電機(jī)增容及勵(lì)磁系統(tǒng)改造工作，勵(lì)磁系統(tǒng)由三機(jī)勵(lì)磁改為靜態(tài)勵(lì)磁，拆除與發(fā)電機(jī)同軸的勵(lì)磁機(jī)，在發(fā)電機(jī)機(jī)端新增勵(lì)磁變壓器。本文根據(jù)秦一廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變壓器參數(shù)，進(jìn)行勵(lì)磁變壓器CT選型核算，同時(shí)針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)繼電保護(hù)屏柜與勵(lì)磁變壓器CT距離較遠(yuǎn)的實(shí)際情況，驗(yàn)算CT二次電纜線徑，以確保CT抗飽和能力。

1 勵(lì)磁變主要參數(shù)

秦一廠勵(lì)磁變壓器相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 勵(lì)磁變壓器主要參數(shù)表

2 CT參數(shù)選擇

依照電流互感器選擇及計(jì)算導(dǎo)則要求，電流互感器應(yīng)根據(jù)其所屬的一次設(shè)備的額定電流或最大工作電流(Ib)選擇適當(dāng)?shù)念~定一次電流Ipn，并應(yīng)使得在額定變比Kn條件下的二次電流滿足該回路測(cè)量?jī)x表及保護(hù)裝置的準(zhǔn)確性要求。

2.1 CT一次額定電流Ipn選擇

根據(jù)相關(guān)要求：Ipn≥1.25Ib，同時(shí)測(cè)量電流的額定值不宜小于CT一次額定電流的30%，及Ipn×30%≤Ib；

勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)保護(hù)用電流互感器額定一次電流宜根據(jù)變壓器額定容量選擇，取變壓器容量計(jì)算電流值的150%～200%，結(jié)果見表2。

表2 保護(hù)用高低壓側(cè)額定一次電流

計(jì)算選型初選結(jié)果：低壓側(cè)CT一次額定電流確定為3000 A；高壓側(cè)CT一次額定電流選擇200 A或300 A。

2.2 CT二次額定電流Isn選擇

根據(jù)CT選擇及計(jì)算導(dǎo)則，勵(lì)磁變CT二次額定電流Isn宜選擇1 A。

2.3 CT額定變比Kn

勵(lì)磁變壓器的主保護(hù)為差動(dòng)保護(hù)，應(yīng)使保護(hù)的二次電流基本平衡，結(jié)果見表3、表4。

表3 高壓側(cè)CT額定變比200/1

表4 高壓側(cè)CT額定變比300/1

從表3、表4可見，高壓側(cè)CT變比選用200/1時(shí)不平衡電流相對(duì)較大，選用300/1時(shí)不平衡電流相對(duì)較小，有利于勵(lì)磁變壓器差動(dòng)保護(hù)配置。

根據(jù)上表計(jì)算結(jié)果：確定高壓側(cè)CT額定變比Kn=300/1=300。

2.4 CT的準(zhǔn)確級(jí)

根據(jù)《電流互感器和電壓互感器選擇及計(jì)算規(guī)程》相關(guān)規(guī)定：勵(lì)磁變高壓側(cè)電流互感器應(yīng)選用套管式或母線式電流互感器；電氣測(cè)量、勵(lì)磁用電流互感器宜選用一般用途的測(cè)量電流互感器；勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)電流互感器宜配置2組5P級(jí)繞組，1組0.5S級(jí)繞組；

結(jié)合《電流互感器和電壓互感器選擇及計(jì)算規(guī)程》附錄B“發(fā)電機(jī)變壓器組電流互感器繞組數(shù)量及準(zhǔn)確級(jí)的典型配置”表B.1“300～600 MW發(fā)電機(jī)變壓器電流互感器典型配置”選擇如下：

高壓側(cè)：套管式或母線式CT，0.5S級(jí)(測(cè)量繞組)，5P30級(jí)(保護(hù)繞組)，5P30級(jí)(保護(hù)繞組)；

低壓側(cè)：套管式或母線式CT，0.5S級(jí)(測(cè)量繞組)，5P30級(jí)(保護(hù)繞組)，5P30級(jí)(保護(hù)繞組)。

2.5 CT二次容量選擇

測(cè)量用CT的二次負(fù)荷不應(yīng)超出下表規(guī)定的范圍，結(jié)果見表5。

表5 測(cè)量用CT二次負(fù)荷值范圍

CT的二次負(fù)荷及容量可按下式計(jì)算：

式中：Zb——電流互感器的實(shí)際二次負(fù)荷，Ω；

Kmc——儀表接線的阻抗換算系數(shù)，完全星形接線取1，三角形接線取3；

Zm——測(cè)量表計(jì)線圈的內(nèi)阻，電子式儀表一般為0.02 Ω，根據(jù)實(shí)際表計(jì)調(diào)整，此處取0.04；

Klc——連接導(dǎo)線阻抗換算系數(shù)，完全星形接線取1，三角形接線取3；

Rl——連接導(dǎo)線單程電阻，Ω；

Krc——繼電器阻抗換算系數(shù)，完全星形接線取1，三角形接線取3；

Zr——繼電器電流線圈的內(nèi)阻，微機(jī)型電流回路功率損耗按全套1 VA/相選取，等值內(nèi)阻0.04 Ω；

Rc——接觸電阻，Ω，一般取0.05～0.1 Ω，此處取0.1Ω。

Rl=L/(γA),L電纜長(zhǎng)度,m,A——導(dǎo)線截面,mm2，γ——電導(dǎo)率，銅取57 m/(Ω×mm2)。結(jié)果見表6。

表6 各側(cè)繞組計(jì)算結(jié)果(4 mm2)

根據(jù)表5數(shù)據(jù)，選用4 mm2銅芯電纜，為滿足準(zhǔn)確級(jí)的要求，CT二次容量選擇如下：

高壓側(cè)：測(cè)量繞組2.5 VA 保護(hù)繞組5 VA、5 VA； 低壓側(cè)：測(cè)量繞組2.5 VA 保護(hù)繞組2.5 VA、2.5 VA。

2.6 CT動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定保證值選擇

按照規(guī)定，CT的額定動(dòng)穩(wěn)定電流(Idyn)、額定短時(shí)熱電流(Ith)和額定連續(xù)熱電流(Icth)應(yīng)能滿足所在一次回路的最大負(fù)荷電流和短路電流的要求。其中額定動(dòng)穩(wěn)定電流為在二次繞組短路的情況下，電流互感器能承受住其電磁力的作用而無(wú)電氣或機(jī)械損傷的最大一次峰值電流；額定短時(shí)熱穩(wěn)定電流為在二次繞組短路的情況下，電流互感器能夠承受1 s且無(wú)損傷的一次電流方均根值。

動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：Idyn≥Ich；熱穩(wěn)定校驗(yàn)：Ith2驗(yàn)tth≥th。

式中:Ich——最大運(yùn)行方式下沖擊電流，kA；tth=1 s；

Qt——短路電流熱效應(yīng),kA2s。

經(jīng)計(jì)算，高壓側(cè)CT：Ich=418 kA，Ith=76 kA；低壓側(cè)CT：Ich=67 kA，Ith=13 kA。

2.7 勵(lì)磁變CT的選型結(jié)論

高壓側(cè)CT選型：300/300/300/1 A,0.5S/5P30/5P30,2.5 VA/5 VA/5 VA，動(dòng)穩(wěn)定電流≮450 kA，1 s熱穩(wěn)定電流≮80 kA。

低壓側(cè)CT選型：3000/3000/3000/1 A,0.5S/5P30/5P30,2.5 VA/2.5 VA/2.5 VA，動(dòng)穩(wěn)定電流≮80 kA，1 s熱穩(wěn)定電流≮20 kA。

3 提升CT抗飽和能力

以上對(duì)CT計(jì)算按典型設(shè)計(jì)開展，經(jīng)核算采用4 mm2二次電纜 ,CT容量滿足要求但裕度偏小。為提高裕度，需制定可行方案提升CT抗飽和能力，因CT按照典型設(shè)計(jì)參數(shù)跟隨勵(lì)磁變壓器已采購(gòu)，但現(xiàn)場(chǎng)二次電纜較長(zhǎng)，因此通過增加二次線徑的方式進(jìn)行優(yōu)化，制定的兩種方案如下。

方案一：采用6 mm2線徑電纜；方案二：采用4 mm2線徑電纜并聯(lián)。

按前述方法計(jì)算兩種方案情況下二次回路負(fù)荷及容量，見表7。

表7 各側(cè)繞組計(jì)算結(jié)果(6 mm2 、2×4 mm2)

從表6可以看出，采用方案二對(duì)減小CT二次負(fù)荷、增加容量裕度，效果更加顯著，對(duì)提高CT抗飽和能力效果更好。同時(shí)由于二次回路端子排的限制，采用方案二也更加便于施工接線，最終選擇方案二。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過結(jié)合主回路接線與勵(lì)磁變壓器參數(shù)，對(duì)CT開展各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算，給出了CT選型及核算的一般方法。同時(shí)考慮秦一廠現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)設(shè)備、電纜的具體情況，對(duì)二次電纜線徑進(jìn)行了調(diào)整，提高了CT容量裕度，提升了CT抗飽和能力，保障了電廠機(jī)組的可靠穩(wěn)定運(yùn)行。