关于500kV变电站中电流互感器变比选择问题的探究

关于500kV变电站中电流互感器变比选择问题的探究

作者：令狐进军

来源：《科技与创新》2014年第04期

摘要：电流互感器在电力系统中具有广泛的应用空间，例如电流和电压的一次测量、计量和回路安全保护等，都需要其发挥作用。当前电力网络体系已有了突飞猛进的发展，目前各地主网架为500 kV变电站，在实际生产生活中这种类型变电站的监控功能与调度功能正起着越来越重要的作用。在整个电力分配的调控体系里，最基本的测量数据是电力参数。因此，选择正确的形式测算电力参数具有关键性的意义。

关键词：电流互感器；500 kV变电站；继电保护；测控

中图分类号：TM452 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）04-0017-02

交流采样具有以下几个特点：采样的高时效性、测量的准确性、良好的平稳性、信息资料的共享性和信息传递数字化的实现。它被运用在发电站和变电点的远程控制、继电维护、自动化体系中。因此，以“采集基本信息资料”为工作目标的交流采样测定设备，必须具备很高的准确度，这一点已经受到越来越多使用者的重视。交流采样不但有利于提高电能质量，同时又是电能保护和测量等工作的前提。在电流互感器的挑选过程中，还要考虑继电保护、电能测算和自动化计算等因素。

1 问题简述

500 kV晋中变电站的综合自动化系统采用南自公司PS6800系统，实现对变电站监视、控制、继保和自动装置的联网。500 kV和220 kV电压的级别使用的都是1 A的电流传感装备，500 kV输出线的电流互感装备维护和测量变比都为4 000∶1.

在具体的使用过程中要先进行虚负载测试，以达到要求。对调控设备进行实、虚负载的检查，具体操作过程必须符合《国家电网机构交流采样计算设备检验标准》。研究表明，500 kV 母线负荷在具体的工作过程中无法平衡，带有功率的进线比出线的数值要高，最大的差异在51～61 MW之间。通过检验可知，候、晋两回线负荷较轻，晋中变电站在受端，功率有时为0.1 MW，有的情况下能够显示到20.1 MW，甚至更大的值。当这两条线的负荷在0.1 MW的情况下，500 kV线进出负载不平衡，差值可达到50 MW左右。候晋I线、II线测控装置三相电流量测值正常，约20 mA，有功功率量测值跳变，从0直接跳为0.5 W或者更大，co sΦ约为0.5. 表1为该日候晋I线、II线每隔30 min的遥测测量值。

分析特定时间段的信息可以得出，双回线的侯村站与晋中站的有功功率总数值之差为39.60 MW。

2 原因分析

SCS9706交采测量调控设备功率标的规定准确率为0.50%，由检验数据可知，候、晋双回线调控装置的平均差距低于0.50%，正好符合规定。

2.1 导致误差的原因

在电力网络体系里，设备问题是继电保护出现误差的主要因素，同时它又受以下几方面的影响。

2.1.1 铁芯截面的影响

通常条件下，不断增大铁芯截面面积能相应地改变铁芯的磁通密度，同时可能会使励磁电流数值不断下降。在这些客观条件的作用下，与之对应的角度差值和比值差也会发生变化。另外，电流互感设备里的铁芯具有的磁通密度数值弱小，导磁系数值必然发生很大的调整，使其他类型电流的数值也出现缩减，所有的这些条件汇集在一起后必然会造成误差。

2.1.2 线圈匝数的影响

电线环绕的圈数也会对设备的运转产生一定的影响，其工作原理是电流互感设备在磁通密度数值方面的有效调整，通过增加电线环绕圈数，使磁通密度值下调，以此来降低计算的失误率。但是，线圈数量不断增加意味着会增大对铜的使用量，同时线路的平稳性和负载量会出现不稳定。此外，在遇到一些单圈数电流感应设备时，采用以上方法却不能起到预期效果。

2.1.3 电流频率变动的影响

电流互感设备工作时，电流的频率通常不会有很大的变化。但是，在电力体系的工作过程中，如果频率数值不断增加，尤其是在大电流中使用定量电能时，必须要充分考虑上述条件，才能够有效地降低铁芯的磨损、磁通密度的调控，同时解决潜在的安全隐患，处理电流传感设备问题。

2.2 测量值为0的原因

变电站在具体工作中，会受谐波等因素的影响，比如投切电容设备、调整开关的开合状态和处理跳闸等问题。所以，在挑选交流采样装置时，必须采用与滤波算法相匹配的计算方法，实现预期的测量目标。量测值设定有阈值，一旦小于该值，则去掉，所以当量测值不足0.50 W时，会默认为零值。

有功按0.50 W换算到一次值：0.50×1.732 04×500×4/173.206≈10 MW。

从表1中可知，当晋中侧有功功率为0的情况下，侯村侧有功功率一般情况下低于10.0 MW，属于合格范围之内。

2.3 测量值比对侧低的原因

在交流采样的过程中，有功功率、无功功率和功率因数都可以通过电流（I）和电压（U）测算的。

在具体的计算过程中，若I和U的数值不高，那么其他因素对它的影响程度就会升高。一般情况下是非线性误差问题，且比其他误差严重。测量设备功率要求的精准度为0.50%，也就是在最大的误差范围内的测量。

0.50%的误差，其二次值的问题是0.50%×173.204=0.87.

电流感应设备变比为4 000∶1，该差值折算到一次值为0.87×1.732 04×500×4/173.204=17.4 MW。

从表1中选取7点的数据进行分析，得候晋I线晋中侧有功功率为21.17 MW，如果存在最大误差，则候晋I线晋中侧的有功功率为21.17+17.4=38.57 MW；候晋II线晋中侧有功功率测定数据是29.42 MW，如果存在最大误差，则候晋II线晋中侧有功功率为29.42+17.4=46.82 MW。最后各个数据合成的最大差是-43.24+38.57-46.94+46.82=-4.79 MW。

考虑两站之间的距离较远，线路损耗包括侯村侧有功值测量误差，可以认为双回线路有功功率之合基本为0。通过以上计算可以发现，如果将采样测量设备的误差计入，那么有功功率值属于平衡状态。

综上所述，虽然采样测量设备完全满足测量精度的需求，由于电流互感器变比取值过大，造成负荷较轻的线路可能出现站内母线负荷不平衡的非正常情况。

3 建议

现阶段，随着变电站自动化系统的实现，500 kV变电站对1 A的额定二次电流的电流感应设备的使用也越来越普遍。在确定最终数值时，一定要进行全面、综合性的比较。在相同的条件，不同的电压下电流量也会出现不同的问题。500 kV的电流数值与220 kV侧电流中间有很大的差值，因此，在确定电流感应设备时，必须确定定量的电流值，220 kV侧的取值是4 000∶1，500 kV侧应选择2 000∶1，这样可以降低失误率。