電流互感器變比的選擇

1、電流互干器該如何選擇？ 求助：電流互干器該如何選擇？好象沒聽說過要考慮短路電流的，如果發(fā)生短路，斷路器應(yīng)該瞬跳的，瞬時(shí)過電流應(yīng)該對互感器影響不大吧，這是俺的個(gè)人理解，不知對否？根據(jù)負(fù)荷電流選擇電流互感器，根據(jù)短路電流校驗(yàn)電流互感器的動熱穩(wěn)定。電流互感器變比的選擇在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

2、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

3、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)<<電氣裝置的電測量儀表裝置設(shè)計(jì)規(guī)范>>(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, (I1RT=S/17.32)A，注：U1=10kV或者0.4kV； 變壓器容量/17.32/3.5或變壓器容量/60.62=變比NN-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)，

4、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630

5、kVA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（36.4/10）/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

6、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 -可靠系數(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),為可靠起見，此時(shí)Kgh取2,為滿足繼電器

7、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9A500kVA I1RT =29A N=8.9 取50/5=10 IDZJ取9A630kVA I1RT =36.4A N=11.1 取75/5=15 IDZJ取8A800kVA I1RT =46.2A N=14.1 取75/5=15 IDZJ取10A1000kVA I1RT =57.7A N=17.6 取100/5=2

8、0 IDZJ取9A1250kVA I1RT =72.2A N=22.1 取150/5=30 IDZJ取8A1600kVA 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), 為可靠起見,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=1

9、5 IDZJ取8A500kVA I1RT =29A N=13.3 取75/5=15 IDZJ取9A630kVA I1RT =36.4A N=16.7 取100/5=20 IDZJ取9A800kVA I1RT =46.2A N=21.2 取150/5=30 IDZJ取8A1000kVA I1RT =57.7A N=26.5 取150/5=30 IDZJ取9A1250kVA I1RT =72.2A N=33.1 取200/5=40 IDZJ取9A1600kVA 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

10、（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)Km1.5。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;NS2，3，4，5，6，7，8，9，10;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 -可靠系數(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；

11、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=10.8>8500kVA IA3max=636A N=10 IDZJ取9AIDZJS =95.4A NS=95.4/9=10.6>8630kVA IA3max=699A N=15 IDZJ取8AIDZJS =69.9A NS=69.9/8=8.7>8800kV

12、A IA3max=854A N=15 IDZJ取10AIDZJS =85.4A NS=85.4/10=8.5>81000kVA IA3max=1034A N=20 I DZJ取9AIDZJS =77.6A NS=77.6/9=8.6>81250kVA IA3max=1232A N=30 IDZJ取8AIDZJS =61.6A NS=61.6/8=7.7<81600kVA IA3max=1563A N=30 IDZJ取10AIDZJS =78.2A NS=78.2/10=7.8<8從上表可以得出當(dāng)SDB=200MVA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時(shí)，

13、一般是小于實(shí)際所需變比的。（2）對于工廠用配電所（Kgh=3）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=15 IDZJ取8AIDZJS =51.8A NS=51.8/8=6.5<8500kVA IA3max=636A N=15 IDZJ取9AIDZJS =63.6A NS=63.6/9=7.1<8630kVA IA3max=699A N=20 IDZJ取9AIDZJS =52.4 A NS=52.4/9=5.8<8800kVA IA3max=854A N=30 IDZJ取8AIDZJS =42.7A NS

14、=42.7/8=5.3<81000kVA IA3max=1034A N=30 IDZJ取9AIDZJS =51.7A NS=51.7/9=5.7<81250kVA IA3max=1232A N=40 IDZJ取9AIDZJS =46.2A NS=46.2/9=5.1<81600kVA IA3max=1563A N=50 IDZJ取9AIDZJS =46.9A NS=46.9/9=5.2<8從上表可以得出當(dāng)SDB=200MVA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時(shí)，都能滿足速斷保護(hù)要求的。b. 變壓器高壓側(cè)B點(diǎn)短路容量SDB為100MVA時(shí)（1）對于民用建

15、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=496A N=8 IDZJ取9A IDZJS =93A NS=93/9=10.3>8500kVA IA3max=604A N=10 IDZJ取9AIDZJS =90.6A NS=90.6/9=10.1>8630kVA IA3max=660A N=15 IDZJ取8AIDZJS =66A NS=66/8=8.25>8800kVA IA3max=796A N=15 IDZJ取10AIDZJS =79.6A NS=79.6/10=7.96<81000kV

16、A IA3max=949A N=20 I DZJ取9AIDZJS =71.2A NS=71.2/9=7.91<81250kVA IA3max=1114A N=30 IDZJ取8AIDZJS =55.7A NS=55.7/8=6.96<81600kVA IA3max=1324A N=30 IDZJ取10AIDZJS =66.2A NS=66.2/10=6.6<8從上表可以得出當(dāng)SDB=100MVA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630KVA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。c. 變

17、壓器高壓側(cè)B點(diǎn)短路容量為50MVA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=458A N=8 IDZJ取9A IDZJS =85.9A NS=85.9/9=9.5>8500kVA IA3max=547A N=10 IDZJ取9AIDZJS =82A NS=82/9=9.1>8630kVA IA3max=593A N=15 IDZJ取8AIDZJS =59.3A NS=59.3/8=7.4<8800kVA IA3max=700A N=15 IDZJ取10AIDZJS =70A N

18、S=70/10=7<81000kVA IA3max=816A N=20 I DZJ取9AIDZJS =61.2A NS=61.2/9=6.8<81250kVA IA3max=934A N=30 IDZJ取8AIDZJS =46.7A NS=46.7/8=5.8<81600kVA IA3max=1077A N=30 IDZJ取10AIDZJS =53.9A NS=53.9/10=5.9<8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

19、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

20、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

21、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（CO

22、S=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

23、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

24、,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=7.9<10,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

25、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

26、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=