電流互感器變比的合理選擇

電流互感器變比的合理選擇 在 10kV 配電所設(shè)計(jì)的過程中， 10kV 電流互感器變比的選擇是很重要的，如果選擇不當(dāng)，就很有可能造成繼電保護(hù)功能無法實(shí)現(xiàn)、動穩(wěn)定校驗(yàn)不能通過等問題，應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員的足夠重視。 10kV 電流互感器按使用用途可分為兩種，一為繼電保護(hù)用，二為測量用；它們分別設(shè)在配電所的進(jìn)線、計(jì)量、出線、聯(lián)絡(luò)等柜內(nèi)。在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，筆者發(fā)現(xiàn)在配變電所設(shè)計(jì)中，電流互感器變比的選擇偏小的現(xiàn)象不在少數(shù)。例如筆者就曾發(fā)現(xiàn)：在一臺 630kVA 站附變壓器 (10kV 側(cè)額定一次電流為 36.4A)的供電回路中，配電所出線柜內(nèi)電流 互感器變比僅為 50/5（采用 GL型過電流繼電器、直流操作） ,這樣將造成電流繼電器無法整定等一系列問題。 對于繼電保護(hù)用 10kV 電流互感器變比的選擇，至少要按以下條件進(jìn)行選擇 :一為一次側(cè)計(jì)算電流占電流互感器一次側(cè)額定電流的比例 ; 二為按繼電保護(hù)的要求 ; 三為電流互感器的計(jì)算一次電流倍數(shù) mjs小于電流互感器的飽和倍數(shù) mb1; 四為按熱穩(wěn)定 ; 五為按動穩(wěn)定。而對于測量用 10kV 電流互感器的選擇 ,因其是用作正常工作條件的測量，故無上述第二、第三條要求；下面就以常見的配電變壓器為例，說明上述條件對 10kV 電流互感器 的選擇的影響，并找出影響電流互感器變比選擇的主要因素。 一 按一次側(cè)計(jì)算電流占電流互感器一次側(cè)額定電流的比例 根據(jù) (GBJ63-90)的規(guī)定，在額定值的運(yùn)行條件下，儀表的指示在量程的 70%100%處 ,此時(shí)電流互感器最大變比應(yīng)為 : N=I1RT /(0.7*5); I1RT -變壓器一次側(cè)額定電流 , A； N-電流互感器的變比； 顯然按此原則選擇電流互感器變比時(shí)，變比將很小 ,下面列出 4001600kVA 變壓器按此原則選擇時(shí) ,電流互感器的最大 變比： 400kVA I1RT =23A N=6.6 取 40/5=8 500kVA I1RT =29A N=8.3 取 50/5=10 630kVA I1RT =36.4A N=10.4 取 75/5=15 800kVA I1RT =46.2A N=13.2 取 75/5=15 1000kVA I1RT =57.7A N=16.5 取 100/5=20 1250kVA I1RT =72.2A N=20.6 取 150/5=30 1600kVA I1RT =92.4A N=26.4 取 150/5=30 從上表可以看出 , 對于 630kVA 變壓器 ,電流互感器的最大變比為 15，當(dāng)取50/5=10 時(shí) ,額定電流僅占電流量程 3.64/5=72.8%。這可能是一些設(shè)計(jì)人員把630kVA 變壓器的供電出線斷路器處電流互感器變比取 50/5 的一個(gè)原因 ,另外在許多時(shí)候，設(shè)計(jì)時(shí)供電部門往往不能提供引至用戶處的電源短路容量或系統(tǒng)阻抗，從而使其他幾個(gè)條件的校驗(yàn)較難進(jìn)行 ,這可能是變比選擇不當(dāng)?shù)昧硪粋€(gè)原因。從下面的分析中，我們將發(fā)現(xiàn)按此原則選擇時(shí)，變比明顯偏小 ,不能采用。 二按繼電保護(hù)的要求 為簡化計(jì)算及方便討論，假設(shè)： (1) 斷路 器出線處的短路容量，在最大及最小運(yùn)行方式下保持不變； (2) 電流互感器為兩相不完全星型接線；（ 3）過負(fù)荷及速斷保護(hù)采用 GL-11 型過電流繼電器；（ 4）操作電源為直流 220V，斷路器分閘形式為分勵(lì)脫扣。 圖 1為配電變壓器一次主接線圖， B,C兩處短路容量按 200,100,50MVA 三檔考慮其影響。 配電變壓器的過負(fù)荷保護(hù)及電流速斷保護(hù)對變比的影響分析如下： 1. 過負(fù)荷保護(hù) 過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)滿足以下要求 : IDZJ=Kk*Kjx*Kgh*I1RT/(Kh*N) IDZJ-過負(fù)荷保護(hù)裝置的動作電流 ;. Kk -可 *系數(shù) ,取 1.3； Kjx -接線系數(shù) ,取 1； Kgh -過負(fù)荷系數(shù)； Kh-繼電器返回系數(shù) ,取 0.85； a. 對于民用建筑用配電所 ,一般可不考慮電動機(jī)自啟動引起的過電流倍數(shù) ,為可*起見，此時(shí) Kgh取 2,為滿足繼電器整定范圍要求，電流互感器變比最小應(yīng)為：N=Kk*Kjx*Kgh*I1RT/(Kh* IDZJ)（ GL-11/10 型繼電器整定范圍 410A）。 Kgh=2時(shí)，各容量變壓器滿足上式要求的電流互感器的最小變比如下： 400kVA I1RT =23A N=7.0 取 40/5=8 IDZJ 取 9A 500kVA I1RT =29A N=8.9 取 50/5=10 IDZJ 取 9A 630kVA I1RT =36.4A N=11.1 取 75/5=15 IDZJ 取 8A 800kVA I1RT =46.2A N=14.1 取 75/5=15 IDZJ 取 10A 1000kVA I1RT =57.7A N=17.6 取 100/5=20 IDZJ 取 9A 1250kVA I1RT =72.2A N=22.1 取 150/5=30 IDZJ 取 8A 1600kVA I1RT =92.4A N=28.3 取 150/5=30 IDZJ 取 10A 注意 :按上表選擇變比一般都不能滿足電流繼電器的瞬動電流倍數(shù) NS 要求（詳見以下分析）。 b.對于工廠用配電所 ,一般需考慮電動機(jī)自啟動引起的過電流倍數(shù) , 為可 *起見 ,此時(shí) Kgh 取 3, 顯 然 電 流 互 感 器 變 比 為 滿 足 要 求 , 其 值 最 小 為N=Kk*Kjx*Kgh*I1RT/(Kh* IDZJ)。 Kgh=3時(shí)，各容量變壓器滿足上式要求的電流互感器的最小變比如下： 400kVA I1RT =23A N=10.6 取 75/5=15 IDZJ 取 8A 500kVA I1RT =29A N=13.3 取 75/5=15 IDZJ 取 9A 630kVA I1RT =36.4A N=16.7 取 100/5=20 IDZJ 取 9A 800kVA I1RT =46.2A N=21.2 取 150/5=30 IDZJ 取 8A 1000kVA I1RT =57.7A N=26.5 取 150/5=30 IDZJ 取 9A 1250kVA I1RT =72.2A N=33.1 取 200/5=40 IDZJ 取 9A 1600kVA I1RT =92.4A N=42.3 取 250/5=50 IDZJ 取 9A 注意 : 按上表選擇變比一般可以滿足電流繼電器的瞬動電流倍數(shù) NS 要求（詳見以下分析） , 但還需要進(jìn)行靈敏度校驗(yàn) ,使靈敏度系數(shù) Km 1.5。 比較以上數(shù)據(jù)，已經(jīng)可以得出以下結(jié)論 : 按一次側(cè)計(jì)算電流占電流互感器一次側(cè)額定電流的比例選擇的變比，一般是小于實(shí)際所需變比的。 2. 電流速斷保護(hù)（采用 GL-11/10型反時(shí)限電流繼電器） 電流速斷保護(hù)應(yīng)滿足以下要求 : IDZJS=Kk*Kjx* IA3max/N; NS= IDZJS /IDZJ; NS 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9， 10; IDZJS-繼電保護(hù)計(jì)算出的電流繼電器的瞬動電流 ; NS-實(shí)際整定的電流繼電器的瞬動電流倍數(shù) ; Kk -可 *系數(shù) ,取 1.5； Kjx -接線系數(shù) ,取 1； IA3max -變壓器低壓側(cè)三相短路時(shí)流過高壓側(cè)的電流； 下面按前述假設(shè)條件，短路容量變化對變比選擇的影響分析如下： a. 變壓器高壓側(cè) B 點(diǎn)短路容量 SDB為 200MVA 時(shí) （ 1）對于民用建筑用配電所（ Kgh=2） 對各容量變壓器 ,按滿足過負(fù)荷要求的最小變比選擇變比時(shí)， NS計(jì)算結(jié)果如下： 400kVA IA3max=518A N=8 IDZJ 取 9A IDZJS =97A NS=97/9=10.88 500kVA IA3max=636A N=10 IDZJ 取 9A IDZJS =95.4A NS=95.4/9=10.68 630kVA IA3max=699A N=15 IDZJ 取 8A IDZJS =69.9A NS=69.9/8=8.78 800kVA IA3max=854A N=15 IDZJ 取 10A IDZJS =85.4A NS=85.4/10=8.58 1000kVA IA3max=1034A N=20 I DZJ 取 9A IDZJS =77.6A NS=77.6/9=8.68 1250kVA IA3max=1232A N=30 IDZJ 取 8A IDZJS =61.6A NS=61.6/8=7.78 500kVA IA3max=604A N=10 IDZJ 取 9A IDZJS =90.6A NS=90.6/9=10.18 630kVA IA3max=660A N=15 IDZJ 取 8A IDZJS =66A NS=66/8=8.258 800kVA IA3max=796A N=15 IDZJ 取 10A IDZJS =79.6A NS=79.6/10=7.968 500kVA IA3max=547A N=10 IDZJ 取 9A IDZJS =82A NS=82/9=9.18 630kVA IA3max=593A N=15 IDZJ 取 8A IDZJS =59.3A NS=59.3/8=7.48 800kVA IA3max=700A N=15 IDZJ 取 10A IDZJS =70A NS=70/10=78 1000kVA IA3max=816A N=20 I DZJ 取 9A IDZJS =61.2A NS=61.2/9=6.88 1250kVA IA3max=934A N=30 IDZJ 取 8A IDZJS =46.7A NS=46.7/8=5.88 1600kVA IA3max=1077A N=30 IDZJ 取 10A IDZJS =53.9A NS=53.9/10=5.98 從上表可以得出當(dāng) SDB=50MVA時(shí) : 各容量變壓器 ,按滿足過負(fù)荷要求的最小變比選擇變比，且變壓器容量大于500KVA時(shí)，能滿足速斷保護(hù)要求的。 （ 2）對于工廠用配電所（ Kgh=3） 計(jì)算結(jié)果同 SDB=200MVA。 注意 :(1)因瞬動時(shí)靈敏度的校驗(yàn)不在本文討論的范圍，實(shí)際使用時(shí)按繼電保護(hù)的要求選擇變比后，還應(yīng)進(jìn)行靈敏度的校驗(yàn)。 (2)當(dāng)采用去分流跳閘方式時(shí)，對變比還有影響的因素可能有：去分流觸點(diǎn)容量校驗(yàn)及去分流后電流互感器容量的校驗(yàn)。 三按 mjs mb1選擇 上式中 mjs=Imax1/Ie1 ; mb1=Ib1/Ie1; mjs-電流互感器的計(jì)算一次電流倍數(shù)； mb1-電流互感器的 飽和倍數(shù)； Imax1-繼電保護(hù)算出的最大一次電流； Ie1-電流互感器的額定一次電流； Ib1-電流互感器的飽和電流； 下面先分析影響 mb1 及 mjs的因素。 1. 影響電流互感器的計(jì)算一次電流倍數(shù) mb1 的因素有以下幾個(gè)方面 : a.電流互感器的型號對 mb1的影響： 為簡單起見，下面僅以 LFS(B)-10及 LCJ-10 為例作一下比較 (均按 B級 )： 對于 LFS(B)-10，額定一次電流 20600A， 在二次負(fù)荷（ COS =0.8）為 2歐 ,10%倍數(shù)為 10倍。 對于 LCJ-10，額定一次電流 20600A， 在二次負(fù)荷（ COS =0.8）為 2 歐 ,10%倍數(shù)為 6倍。 從上面的對照中，可以發(fā)現(xiàn) LFS(B)-10 互感器的 mb1 值是遠(yuǎn)大于 LCJ-10 互感器的 mb1值的。 目前還有一些產(chǎn)品，加強(qiáng)了 B 級 10%倍數(shù)，如對于 LFSQ-10、 LZZJB6-10 型， B級 10%倍數(shù)在 1001500A 時(shí)達(dá) 15。 b. 二次負(fù)載的變化對 mb1的影響 為簡單起見，下面僅以 LFS(B)-10為例作一下比較 (均按 B級 )： 對于 LFS(B)-10，額定一次電流 751500A， 在二次負(fù)荷（ COS =0.8）為 2歐 ,10%倍數(shù)為 10倍 ;而在二次負(fù)荷（ COS =0.8）為 1歐 ,10%倍數(shù)達(dá) 17倍。 c. 電流互感器的變比對 mb1的影響 對于同種型號的電流互感器 ,變比的變化對 mb1 的影響也是不同的。有些型號 ,變比的變化對 mb1 的影響很小，如對于 LFS(B)-10，額定一次電流 751500A 時(shí)， 在二次負(fù)荷（ COS =0.8）為 2 歐 ,10%倍數(shù)均為 10 倍；而有些型號 ,變比的變化對 mb1的影響較大，對于 LA(B)-10，在額定一次電流 751000A，二次負(fù)荷（ COS =0.8）為 2歐 ,10%倍數(shù)均為 10倍 , 在額定一次電流 1500A，二次負(fù)荷（ COS=0.8）為 2歐 ,10%倍數(shù)達(dá) 17倍 , 2. 影響電流互感器的計(jì)算一次電流倍數(shù) mjs 的因素分析如下 : 從 Imax1=1.1* IDZJS /Ie2 ； IDZJS=Kk*Kjx* IA3max/N; 1.1-由于電流互感器的 10%誤差，使其一次電流倍數(shù)大于額定二次電流倍數(shù)的系數(shù)； Ie2-電流互感器的額定二次電流； 可以看出 , IDZJS的大小與是 mjs大小的關(guān)鍵 ,IDZJS是通過繼電保護(hù)計(jì)算后整定的，而 IDZJS的整定值是由系統(tǒng) 在 B處短路容量 SDB及電流互感器的變比共同確定的。 顯然電流互感器的變比越小，而短路容量 SDB確定時(shí)， IDZJS的整定值就越大 , 就使 mjs越大 ,越難滿足 mjs mb1,相反 ,電流互感器的變比越大，就使 mjs越小，越容易滿足 mjs mb1。，事實(shí)上互感器的變比的增大，可顯著的降低 mjs的數(shù)值 ,下面取 630kVA 變壓器為例來加以說明 : 在 Kgh=3, SDB=200MVA 時(shí) , N=100/5=20, IA3max=699A, IDZJ 取 9A ,IDZJS =52.4 A ,NS=52.4/9=5.8 取 6, 此時(shí) IDZJS =6*9=54 A, Imax1=1.1* IDZJS /Ie2=1.1*54/5=11.88,目前電流互感器 10%倍數(shù)在額定負(fù)載下的最小倍數(shù)一般為 10 倍 ,顯然在額定負(fù)載下 Imax1 已不能滿足要求 ,當(dāng)然此時(shí)也可通過減小二次線路阻抗，或選用高性能的電流互感器來滿足 mjs mb1。 若變比 N改為 150/5=30, 且在 Kgh, SDB保持不變時(shí) , IDZJ=5.56A 取 6A ,IDZJS =35A ,NS=35/6=5.8 取 6, 此時(shí) IDZJS =6*6=36A, Imax1=1.1* IDZJS /Ie2=1.1*36/5=7.910,顯然在額定負(fù)載下 Imax1已很容易能滿足要求。 另外短路容量 SDB 越大，而電流互感器的變比確定時(shí)， IDZJS的整定值就越大，就使 mjs越大 ,越難滿足 mjs mb1，下面仍以 630kVA 變壓器為例來加以說明 (假設(shè) Kgh=3， N=20): SDB=200MVA時(shí) IA3max=699A IDZJS=34.95A； SDB=100MVA時(shí) IA3max=660A IDZJS=33A； SDB=50MVA 時(shí) IA3max=593A IDZJS=29.65A； 從上面數(shù)據(jù)可以得出 : 短路容量 SDB變化對 IDZJS的影響較變比對 IDZJS的影響變化較小。 另外需要指出的是：如果電流互感器的變比能通過繼電保護(hù)的校驗(yàn)，理論上 mjs的最大值為 mjs=Imax1/Ie1 =1.1*10*8/5=17.6;此時(shí)要求 mjs mb1 是有一定困難的，本人認(rèn)為在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中應(yīng)合理控制 mjs，若 mjs 較大 ,建議采用加強(qiáng)了 B級 10%倍數(shù)的電流互感器。 通過以上的分析 , 可以得出以下結(jié)論： 按繼電保護(hù)要求選擇的最小變比，通過互感器合理的選型及二次側(cè)負(fù)荷的調(diào)整后，一般 都是可以滿足 mjs mb1選擇要求的。 四 . 按熱穩(wěn)定 .動穩(wěn)定選擇 顯然電流互感器熱 .動穩(wěn)定校驗(yàn)?zāi)芊裢ㄟ^取決于 C 處的短路容量 SDC,下面仍按SDC=200,100,50MVA 三種情況進(jìn)行考慮，此時(shí)， C處短路電流如下 : SDC=200MVA時(shí) I” C3max=11kA , IC3max=16.7kA , iC3max=28kA ; SDC=100MV時(shí) I” C3max=5.5kA , IC3max=8.35kA , iC3max=14kA ; SDC=50MV時(shí) I” C3max=2.75kA , IC3max=4.18kA , iC3max=7kA ; 式中 I” C3max -C處三相短路電流周期分量； IC3max -C處三相短路電流有效值； IC3max -C處三相短路沖擊電流值； 考慮到配電變壓器屬于電網(wǎng)末端，目前斷路器一般均采用中 .高速斷路器并為無延時(shí)的速斷保護(hù)，故短路假想時(shí)間 t0.3s,下面按 t=0.3s進(jìn)行校驗(yàn)。