变电站站用变压器保护用电流互感器的配置

论变电站站用变压器保护用电流互感器的配置摘要：随着电力系统短路容量的不断增加，出现单台主设备容量远小于系统短路容量的情况越来越多，在220kv变电站内最常见的就是35kv站用变回路，其保护用电流互感器变比选择已经成为了一个突出的问题，为保证电流互感器能够可靠工作，变比不能选的太小，也不能太大。

本文通过分析给出了合理选择电流互感器参数的一些建议。

关键词：铁芯饱和电流互感器变比光学电流互感器中图分类号：tm63 文献标识码：a 文章编号：1672-3791（2012）09（a）-0119-02一般的保护级电流互感器参数选择，是在故障时通过互感器的最大短路电流不应超过其准确限值电流，在该电流下互感器的复合误差不超过规定值。

随着系统容量不断扩大，变电站低压侧系统短路电流越来越大，某些特殊负荷（如35kv站用变）正常工作电流较小，在这些设备出口短路时（短路位置如图1所示），短路电流可能达到正常工作电流的数千倍，电流互感器额定一次电流通常按负荷电流选择，以便于测量和保护整定。

这样确定的互感器在短路时需要承受数千倍的短路电流，铁芯可能严重饱和而影响其传变特性。

若电流互感器按在短路故障时不饱和条件选择，则电流互感器额定一次电流将远大于负荷电流且需具有较高准确限值系数，这将造成电流互感器投资增加以及保护整定计算困难、测量精度难以保证，这在正常负荷电流较小的回路的电流互感器的选择始终是一对矛盾。

致使设备选择面临两难的局面。

1 站用变保护设计中遇到的问题通常220kv变电站共配置2台容量315kva的35kv站用干式变压器负责给全站交流负荷供电（如图1所示）。

1.1 变比选择过小可能引起保护拒动按额定容量计算，站变高压侧一次额定电流为5.2a，这是按变压器满载计算出的数据，实际工作电流还要小。

若仅按负荷电流的大小来确定保护级电流互感器的变比，对于35kv侧的电流互感器，选择10/5a的变比就足够了，但35kv系统的短路电流水平很高（约20ka），如果当电流互感器和站变高压侧绕组之间发生短路时，则短路电流倍数高达2000倍，在此电流的作用下铁芯严重饱和，ct 的二次绕组传变的电流波形极度畸变，一次电流大部分转变为铁芯励磁电流，以维持磁通的平衡，严重时二次侧只能产生波形很窄的尖脉冲电流（如图2所示）。

而目前的微机保测一体化装置的采样频率较低，都是利用一定长度数据窗内的若干个采样数据计算电流的大小，如果二次侧电流波形畸变成很窄的尖脉冲，在一个数据窗内可能仅采样到少量几个点的真实故障数据，其他各点采样值均接近于零，这样计算出来的故障电流肯定偏小，难于保证过电流元件能正确可靠的动作，有可能造成站用变压器的电流速断保护及定时限过流保护拒动的事故。

保护装置拒动后，只能主变压器低压侧后备保护经延时动作切除故障，扩大了停电范围，失去了动作的选择性。

近年来在35kv系统中，曾经出现过在电流保护计算灵敏度很高的情况下，发生保护拒动的事故。

因此仅采用按负荷电流的大小确定保护级电流互感器的变比参数在实际工程中是不可行的，还必须同时考虑保护安装处可能出现的最大短路电流和互感器的负载能力与饱和倍数来确定电流互感器的变比。

1.2 变比选择过大造成保护整定困难考虑到35kv系统侧的短路水平，增大电流互感器的变比，实际变比选择了800/5a，但增大变比则可能会产生如下问题。

（1）由于电流互感器的变比过大，造成实际二次电流过小，不利于电流互感器二次回路和继电保护装置的运行监视，使电流互感器二次断线难以检测。

（2）目前国内主要继电保护厂商的站变保测一体化装置的电流保护启动元件的整定值范围一般为0.5～100a（ct的二次侧电流为5a时），而变比为800/5a时。

高压侧二次额定电流为0.0325a，就算高压侧过流，过流保护的电流定值无法达到0.5a。

在我院设计的220kv变电站中已出现数例因站变高压侧变比选择过大而造成保护整定计算困难的问题，最终不得不抬高定值降低灵敏度的方法解决.2 配置电流互感器应注意的一些问题对于站用变压器的容量远小于系统的短路容量的情况，出现大的短路电流流过ct的情况完全超出了其正常工作范围，单靠改进二次保测装置来适应这种不正常状况并非长久之计。

2.1 限制一次短路电流水平一次系统初步设计时应设法限制短路电流水平，新建变电站的低压侧可采取装设限流电抗器或主变低压侧分列运行的方式来限制短路电流，使站变高压出口短路时的电流不至于过大，以某220kv 变电站为例在主变低压侧两段母线并列运行时的短路电流为27ka，而采取分列运行时短路电流水平可以限制在20ka左右，此方法无需增加设备简单有效；采用加装限流电抗器的方式，虽然可以将短路水平降至预期水平，但是需要增加设备投资及变电所的占地面积，目前已投运的220kv变电站低压侧很少有采取装设串联电抗器来限制短路电流水平的，具体工程应根据实际情况而采取相应的措施。

2.2 选用准确限值系数高的设备可以与生产厂家协商，选择准确限值系数更大的电流互感器，这样可以降低电流互感器一次额定电流，以满足保测装置的测量精度的要求，经对国内电流互感器制造水平现状的调研，以容量315kva变压器为例，当选用准确级为5p80的电流互感器时，变比可以选择250/5a，此时额定准确限值一次电流为80×250=20ka>18.98ka 满足短路时的测量误差小于5%的要求。

但是要使短路电流达到额定电流80倍而准确度不变，要求二次电流随一次电流成正比变化。

这样，必须电流互感器铁芯中的磁通不能达到饱和，更不能过饱和。

为满足这一要求，铁芯材料的导磁性要非常好，且铁芯截面要做的非常大才可以。

尤其二次容量要求大时，铁芯更应如此，如要求达30va或者更大，按上述要求生产出的电流互感器，其体积非常大，不适合在35kv开关柜狭小的空间内安装。

2.3 减小电流互感器的二次负载相关试验表明[3]ct的二次侧负载对保护能否正确动作有着决定性的影响，当ct的二次负载接近等于零时，即使一次侧电流很大，ct也不会饱和。

实际工程中应当尽可能的减小ct二次侧的负载。

目前微机保护的交流电流回路的功率消耗在二次额定电流为5a 时不超过1va/相；额定电流为1a时不超过0.5va/相，可以忽略不计。

ct的负载主要是二次连接电缆的电阻，将保护装置下放就地安装，大大缩短了二次电缆长度，减小了互感器的负载，减小了ct饱和的几率。

因功耗正比于电流的平方，将二次额定电流从5a降至1a，在负载阻抗不变的情况下，相应的二次回路功耗降低了25倍，互感器不容易饱和。

但减小了ct的二次额定电流也会对保护装置产生负面影响，二次电流减小后，则须提高保护的灵敏度，同时考虑设备价格时，在ct一次额定电流不是很大的情况下，二次额定电流选用5a为宜。

2.4 采用新型电流互感器随着智能变电站建设的全面开展，基于法拉第磁光效应原理光学电流互感器oct和数字式保测装置得到了广泛的应用。

oct不含铁芯，它在一次特大电流下不会有饱和的问题，在大的动态范围内能保持良好的线性特性，因而其二次侧能正确地反映一次电流的数值，从几安培的小电流到大至数十千安的电流均能准确测量从而提高了保护动作的准确性，从而很好的解决了站用变压器高压侧电流互感器的选择问题。

但由于制造工艺和造价的限制，光ct并未得到全面的应用。

3 实际工程中的设计计算目前已有人专门做了试验研究[3]，以探究电流互感器严重饱和时二次侧所接继电保护装置能否正确动作的问题，大量试验结果表明对于反应电流有效值、平均值的继电保护，如整定值不超过互感器准确限值电流，即在互感器饱和前能保证动作，则电流继续增大的过饱和情况下仍能保证保护可靠动作，而对于微机保护能否正确动作是和每个周波的采样点数有很大关系，当微机保护采样率为每周波36点，能保证保护可靠动作。

当采样频率为每周波12点时，建议过饱和系数不超过6.5。

当采样频率为每周波18点时，建议过饱和系数不超过13[3]。

由上述试验结果可知在实际工程设计中并不需要要求ct在短路电流下完全不饱和。

下面以某具体工程为例说明设计计算过程。

站用变容量315kva，额定电压38.5/0.4kv，uk%=6.5站用变高压侧出口短路电流为isa=20ka；站用变压器保测装置选用南瑞继保rcs9621型，每周波采样24点，电流互感器变比选择200/5a、5p20级，二次额定容量10va，3s热稳定电流50ka，动稳定电流125ka。

（1）计算过饱和系数为ksa=isa/（kalf×ipn）=5，在试验结果要求的范围之内，虽然在一次侧20ka的电流作用下ct会饱和，但是能保证保护可靠动作。

（2）二次负载校验，保护装置功耗按0.1va，接触电阻0.1ω，二次联接电缆按长度为2m，4mm2的铜导线.计算二次实际负载为2.82va<10va。

4 结语35kv站用变高压侧出口的短路电流很大。

为了保证在高压侧出口发生短路故障时不至于造成ct严重饱和，确保电流互感器可靠工作，ct的变比不能选得太小。

但由于站用变压器容量相对较小，高压侧正常工作电流很小。

因而ct的变比又不能选得太大。

太大会导致ct的二次侧电流很小，从而直接影响保护装置交流的采样精度和整定。

然而对于这种情况，我们希望能选用变比既能保证过负荷时测量精度的要求，又能在出现大短路电流时也能实现电流的正确传变的电流互感器，这就希望能制造出小变比、高准确限值系数、高动、热稳定性、体积小的电流互感器。

由于受到制造能力的限制，目前国内市场还没有符合要求的相关产品。

但文献[3]的试验结果表明，实际工程中尤其是出口短路时是允许ct饱和的，保护的采样频率满足要求，就能保证正确动作。

参考文献[1] 国家发展和改革委员会.dl/t 866-2004，电流互感器和电压互感器选择及计算导则[s].北京：中国电力出版社，2004.[2] 袁季修，盛和乐，吴聚业.保护用电流互感器应用指南[m].北京：中国电力出版社，2004.[3] 陈三运.一起ct饱和引起的继电保护拒动分析[j].电网技术，2002，26（3）.[4] 高春如.大型发电机组继电保护整定计算与运行技术[m].2版.北京：中国电力出版社，2010.。