保護(hù)級(jí)電流互感器額定容量計(jì)算與選擇

【摘要】本文從對(duì)電網(wǎng)常用的P類及PR類電流互感器二次容量的計(jì)算及校驗(yàn)做了深入的探討，并針對(duì)由于電力系統(tǒng)廣泛采用微機(jī)保護(hù)裝置后，電流互感器二次負(fù)荷相對(duì)較小，而在選擇電流互感器二次容量的時(shí)候容易犯經(jīng)驗(yàn)主義的錯(cuò)誤，由此造成了測(cè)量?jī)x表的誤差等問(wèn)題也做了深入的分析。

【關(guān)鍵詞】電流互感器 ，額定容量 ，計(jì)算，選定

1.引言

隨著我國(guó)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)日趨擴(kuò)大，變電站系統(tǒng)短路電流越來(lái)越大，電流互感器已成為電力系統(tǒng)的一種重要電氣設(shè)備，對(duì)電流互感器的要求也越來(lái)越高，由于電力系統(tǒng)廣泛采用微機(jī)保護(hù)裝置后，而在選擇電流互感器二次容量的時(shí)候容易犯經(jīng)驗(yàn)主義的錯(cuò)誤，而造成了測(cè)量?jī)x表的誤差，嚴(yán)重時(shí)可能造成保護(hù)拒動(dòng)、誤動(dòng)，甚至形成電網(wǎng)事故，給電網(wǎng)的運(yùn)行帶來(lái)不安全因素。

2. 電流互感器的選擇

保護(hù)用電流互感器主要與繼電保護(hù)裝置配合使用，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，向繼電保護(hù)裝置提供電流信號(hào)，啟動(dòng)繼電保護(hù)裝置動(dòng)作于相應(yīng)斷路器，切除故障系統(tǒng)，保證電力系統(tǒng)中未發(fā)生故障部分的運(yùn)行。

根據(jù)規(guī)定要求，在系統(tǒng)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)最大短路電流時(shí)，保護(hù)用電流互感器不應(yīng)出現(xiàn)飽和，這與測(cè)量用電流互感器的工作條件完全不同，測(cè)量用電流互感器除了在正常工作范圍內(nèi)有合適的準(zhǔn)確度外，當(dāng)出現(xiàn)短路電流時(shí)，則要求電流互感器飽和，以保護(hù)測(cè)量裝置及儀表不受短路電流損壞，而保護(hù)用電流互感器在比正常工作電流大幾倍時(shí)才開(kāi)始工作，其誤差要求在誤差曲線范圍內(nèi)。

因此，電流互感器準(zhǔn)確限值電流應(yīng)大于最大整定電流值，當(dāng)短路電流增大，電流互感器出現(xiàn)飽和后，二次電流繼續(xù)保持增大趨勢(shì)，保護(hù)可靠動(dòng)作。

根據(jù)相關(guān)部門的試驗(yàn)分析，保護(hù)用電流互感器，一次電流較小時(shí)，二次電流呈線性變化，當(dāng)一次電流增大到一定值時(shí)，由于鐵磁材料密度高且呈非線性，勵(lì)磁電流中高次諧波很大，使電流互感器誤差增大。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流一般為額定電流的十幾倍，危及保護(hù)裝置的靈敏性和選擇性，如何控制誤差，則須對(duì)根據(jù)變電站的實(shí)際情況選擇合適的準(zhǔn)確級(jí)， 我國(guó)電力系統(tǒng)初期保護(hù)用電流互感器準(zhǔn)確級(jí)為B和D級(jí)，在選擇準(zhǔn)確級(jí)時(shí)，我們應(yīng)校驗(yàn)10%誤差曲線，以保證在短路時(shí)電流誤差不超過(guò)規(guī)定值。

目前，電力系統(tǒng)中選用的電流互感器準(zhǔn)確級(jí)為5P和10P，表示復(fù)合誤差限值為5%和10%，準(zhǔn)確限值系數(shù)通常選擇為5、10、15、20、30，最大選擇到40。

在故障時(shí)，若短路電流與額定電流之比小于該數(shù)值，說(shuō)明誤差控制在準(zhǔn)確級(jí)范圍內(nèi)。 在選擇電流互感器時(shí)，應(yīng)注意幾個(gè)方面，

一是一次額定電流應(yīng)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇而不應(yīng)向斷路器標(biāo)準(zhǔn)看齊；

二是額定二次符合應(yīng)通過(guò)工程實(shí)際情況計(jì)算后，選取合理數(shù)值，并不是通常認(rèn)為的負(fù)荷越大越好；

三是對(duì)于額定電流較小而短路電流較大時(shí)，應(yīng)對(duì)電流互感器參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)算，合理選擇電流互感器參數(shù) ，以滿足工程及制造水平的要求。

3．電流互感器二次負(fù)荷計(jì)算及校驗(yàn)

3.1 電流互感器二次負(fù)荷計(jì)算電流互感器的額定二次電流(I sn )已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，分為 1A 和 5A。

對(duì)于新建工程宜選用 1A，某些情況下為降低電流互感器二次開(kāi)路電壓，可選用 5A。

電流互感器的二次負(fù)荷可用阻抗 Z b 或容量 S b 表示，如下式：

電流互感器的二次負(fù)荷：Z b =S b /I sn2

當(dāng)電流互感器額定二次電流為 5A 時(shí)，S b = 25Z b當(dāng)電流互感器額定二次電流為 1A 時(shí)，S b =Z b計(jì)算連接導(dǎo)線的負(fù)荷時(shí)，可忽略電感，僅計(jì)算電阻 R l ，

如下式：連接導(dǎo)線電阻：R l =L/（γ×A）式中：L---電纜長(zhǎng)度，單位 mγ---電導(dǎo)系數(shù)，銅芯電纜取 57，單位 m/（Ω×mm2 ）A---導(dǎo)線截面，電流回路取 4 mm2

目前，電力系統(tǒng)采用的微機(jī)保護(hù)裝置二次負(fù)荷較小且電流互感器二次負(fù)荷與導(dǎo)線截面有關(guān)，因此，連接導(dǎo)線的電阻及導(dǎo)線接觸電阻應(yīng)考慮在電流互感器二次負(fù)荷中。

在計(jì)算負(fù)荷時(shí)應(yīng)注意不同的接線方式和故障形態(tài)下的阻抗換算系數(shù)不同。

所以，電流互感器的二次負(fù)荷由兩部分組成：保護(hù)裝置或測(cè)量?jī)x表和連接導(dǎo)線。

如下式：保護(hù)電流互感器二次負(fù)荷：Z b =∑K rc Z r +K lc R l +R c式中：K rc ---保護(hù)裝置阻抗換算系數(shù)Z r ---保護(hù)裝置阻抗，不計(jì)電抗，單位ΩK lc ---連接導(dǎo)線阻抗換算系數(shù) R l ---連接導(dǎo)線電阻R c ---接觸電阻，0.05Ω～0.1Ω3.2

電流互感器二次負(fù)荷校驗(yàn)電流互感器準(zhǔn)確度等級(jí)與二次負(fù)荷容量有關(guān)，電流互感器二次負(fù)荷不得大于其準(zhǔn)確等級(jí)所限定的二次負(fù)荷。

在系統(tǒng)容量很大，而額定二次電流選用 1A，以及采用微機(jī)保護(hù)裝置時(shí)，可能遇到準(zhǔn)確限制系數(shù)不夠但二次輸出容量有裕度的情況。

因此必要時(shí)可進(jìn)行精確驗(yàn)算，采用按額定二次極限電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行驗(yàn)算，即E S1 ≥E S ，以便合理選擇電流互感器。

如下式：額定二次極限電動(dòng)勢(shì)：E S1 = K alf I sn (R ct +R bn )二次感應(yīng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：E S = KK pcf I sn (R ct +R b )式中：K alf ---電流互感器準(zhǔn)確限制系數(shù)I sn ---電流互感器額定二次電流R ct ---電流互感器二次繞組電阻R bn ---電流互感器額定負(fù)荷K pcf ---保護(hù)校驗(yàn)系數(shù)K---給定暫態(tài)系數(shù)R b ---電流互感器實(shí)際二次負(fù)荷4．計(jì)算實(shí)例 已知某局 220kV LH 變電站 220kV 線路電流互感器變比為 5P30,2000/1A，接線方式為三相星形接線，其 220kV 側(cè)單相接地短路電流為 47.48kA,查表知 ，K rc =1，K lc =2。保護(hù)電流互感器二次負(fù)荷:Z b =1ⅹ2+2ⅹ[300/(57ⅹ4)]+0.1=4.732Ω電流互感器的二次負(fù)荷額定值可根據(jù)實(shí)際負(fù)荷選用 10、20、30VA。

保護(hù)校驗(yàn)系數(shù) K pcf =47.48/2=23.74。給定暫態(tài)系數(shù) K=2。根據(jù)保護(hù)裝置及廠家提供參數(shù) ：R ct =14Ω。二次感應(yīng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：E S =2ⅹ23.74額定二次極限電動(dòng)勢(shì)：E S1 =30ⅹ1ⅹ由 E S1 ＜E S ，當(dāng)選用 5P30 的電流互感器20VA 時(shí)，E S1 =1020V。由 E S1 ＞E S ，20VA 的容量滿足要求。如果增大電流互感器準(zhǔn)確限制系數(shù)，可降低5P40 時(shí)，E S1 =40ⅹ1ⅹ(14+10)=960。由 E的容量勉強(qiáng)滿足要求，為提高設(shè)計(jì)的安全系數(shù)，可增大一個(gè)容量等級(jí)。

參考文獻(xiàn)：DL/T 866-2004

IEC60044-1

IEC60044-6

GB/T 1208-1997