保護級電流互感器額定容量計算與選擇

【摘要】本文從對電網(wǎng)常用的P類及PR類電流互感器二次容量的計算及校驗做了深入的探討，并針對由于電力系統(tǒng)廣泛采用微機保護裝置后，電流互感器二次負荷相對較小，而在選擇電流互感器二次容量的時候容易犯經(jīng)驗主義的錯誤，由此造成了測量儀表的誤差等問題也做了深入的分析。

【關(guān)鍵詞】電流互感器 ，額定容量 ，計算，選定

1.引言

隨著我國電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)日趨擴大，變電站系統(tǒng)短路電流越來越大，電流互感器已成為電力系統(tǒng)的一種重要電氣設(shè)備，對電流互感器的要求也越來越高，由于電力系統(tǒng)廣泛采用微機保護裝置后，而在選擇電流互感器二次容量的時候容易犯經(jīng)驗主義的錯誤，而造成了測量儀表的誤差，嚴重時可能造成保護拒動、誤動，甚至形成電網(wǎng)事故，給電網(wǎng)的運行帶來不安全因素。

2. 電流互感器的選擇

保護用電流互感器主要與繼電保護裝置配合使用，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時，向繼電保護裝置提供電流信號，啟動繼電保護裝置動作于相應(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，保護用電流互感器不應(yīng)出現(xiàn)飽和，這與測量用電流互感器的工作條件完全不同，測量用電流互感器除了在正常工作范圍內(nèi)有合適的準確度外，當(dāng)出現(xiàn)短路電流時，則要求電流互感器飽和，以保護測量裝置及儀表不受短路電流損壞，而保護用電流互感器在比正常工作電流大幾倍時才開始工作，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，保護可靠動作。

根據(jù)相關(guān)部門的試驗分析，保護用電流互感器，一次電流較小時，二次電流呈線性變化，當(dāng)一次電流增大到一定值時，由于鐵磁材料密度高且呈非線性，勵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，短路電流一般為額定電流的十幾倍，危及保護裝置的靈敏性和選擇性，如何控制誤差，則須對根據(jù)變電站的實際情況選擇合適的準確級， 我國電力系統(tǒng)初期保護用電流互感器準確級為B和D級，在選擇準確級時，我們應(yīng)校驗10%誤差曲線，以保證在短路時電流誤差不超過規(guī)定值。

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

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

一是一次額定電流應(yīng)按照國家標準來選擇而不應(yīng)向斷路器標準看齊；

二是額定二次符合應(yīng)通過工程實際情況計算后，選取合理數(shù)值，并不是通常認為的負荷越大越好；

三是對于額定電流較小而短路電流較大時，應(yīng)對電流互感器參數(shù)進行校驗算，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．電流互感器二次負荷計算及校驗

3.1 電流互感器二次負荷計算電流互感器的額定二次電流(I sn )已經(jīng)標準化，分為 1A 和 5A。

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

電流互感器的二次負荷可用阻抗 Z b 或容量 S b 表示，如下式：

電流互感器的二次負荷：Z b =S b /I sn2

當(dāng)電流互感器額定二次電流為 5A 時，S b = 25Z b當(dāng)電流互感器額定二次電流為 1A 時，S b =Z b計算連接導(dǎo)線的負荷時，可忽略電感，僅計算電阻 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)采用的微機保護裝置二次負荷較小且電流互感器二次負荷與導(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荷中。

在計算負荷時應(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荷由兩部分組成：保護裝置或測量儀表和連接導(dǎo)線。

如下式：保護電流互感器二次負荷：Z b =∑K rc Z r +K lc R l +R c式中：K rc ---保護裝置阻抗換算系數(shù)Z r ---保護裝置阻抗，不計電抗，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

電流互感器二次負荷校驗電流互感器準確度等級與二次負荷容量有關(guān)，電流互感器二次負荷不得大于其準確等級所限定的二次負荷。

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

因此必要時可進行精確驗算，采用按額定二次極限電動勢進行驗算，即E S1 ≥E S ，以便合理選擇電流互感器。

如下式：額定二次極限電動勢：E S1 = K alf I sn (R ct +R bn )二次感應(yīng)感應(yīng)電動勢：E S = KK pcf I sn (R ct +R b )式中：K alf ---電流互感器準確限制系數(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 ---電流互感器額定負荷K pcf ---保護校驗系數(shù)K---給定暫態(tài)系數(shù)R b ---電流互感器實際二次負荷4．計算實例 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。保護電流互感器二次負荷:Z b =1ⅹ2+2ⅹ[300/(57ⅹ4)]+0.1=4.732Ω電流互感器的二次負荷額定值可根據(jù)實際負荷選用 10、20、30VA。

保護校驗系數(shù) K pcf =47.48/2=23.74。給定暫態(tài)系數(shù) K=2。根據(jù)保護裝置及廠家提供參數(shù) ：R ct =14Ω。二次感應(yīng)感應(yīng)電動勢：E S =2ⅹ23.74額定二次極限電動勢：E S1 =30ⅹ1ⅹ由 E S1 ＜E S ，當(dāng)選用 5P30 的電流互感器20VA 時，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確限制系數(shù)，可降低5P40 時，E S1 =40ⅹ1ⅹ(14+10)=960。由 E的容量勉強滿足要求，為提高設(shè)計的安全系數(shù)，可增大一個容量等級。

參考文獻：DL/T 866-2004

IEC60044-1

IEC60044-6

GB/T 1208-1997