浅谈变电站站用变压器保护用电流互感器二次参数选择

摘 要：站用变压器容量远小于系统短路容量，站用变压器保护用电流互感器的参数选择需考虑兼顾保护装置的精确性和电流互感器稳态性能要求，参数选择困难已经成为了一个突出的问题。本文通过站用变保护整定实例和理论分析，给出了站用变保护用电流互感器参数选择的原则；同时本文讨论并给出了电流互感器参数选择存在困难时的三种辅助解决方案。

关键词：站用变压器；电流互感器；饱和

中图分类号：TM63 文献标识码：A

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（如站用变压器）正常工作电流较小，在这些设备出口短路时，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，这将造成保护装置整定计算困难、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矛盾的，致使设备选择面临两难的局面。

1 站用变压器保护定值整定实例

1.1 站用变保护准确性校验

某220kV变电站站用变压器参数如下：站用变容量400 kVA、高压侧电压等级10.5 kV、高压侧额定电流21.99A、CT变比600/1。按照南方电网继电保护整定规程，站用变过电流保护电流定值按躲站用变额定负荷电流整定，一次整定值为：

Ie――站用变额定电流；

Kk――可靠系数，取1.3～2；

Kfh――返回系数，微机型保护取0.95～1；

则该站用变保护过电流保护的一次定值为：I′set=46.179A

过电流保护定值按照CT变比600/1折算至二次侧后，

站用变保护选用某公司RCS-9621C型微机保护装置，该装置对过电流保护整定范围的要求是.01In～20In，因此过电流保护定值最小只能整定为0.1A，无法满足规程要求（In―保护装置二次额定电流，此处为1A）。

1.2电流互感器性能校验

该站用变压器选用的电流互感器参数如下：电流互感器容量Sn=10VA、准确限值系数Kalf=20、二次额定负载Rbn=10Ω、电流互感器内阻Rct=6Ω、

一次额定电流Ipn=600A、二次额定电流Ipn=1A。

1.2.1 一般选择校验

根据深圳电网短路计算结果，220kV变电站10kV侧保护故障校验电流Ipcf=30kA，额定准确限值一次电流：Ipal=Kalf×Ipn=600×20=1.2kA，则Ipal

1.2.2稳态性能校验

该电流互感器二次负载Rb=0.14+0.5 =0.64Ω，则额定二次极限电动势：Es1=Kalf×Isn×（Rct+Rbn）=320V，继电保护动作性能校验要求的二次感应电动势：

Es=K×Kpcf×Isn×（Rct+Rb）=332V

K――暂态系数，取1。

Kpcf――保护校验系数，等于Ipcf/Ipn。

则Es1

2 站用变压器保护用电流互感器的参数选择

按照《DL_T_866-2004电流互感器和电压互感器选择及计算导则》的规定，110kV及以下系统保护用电流互感器一般按照稳态条件选择，选用P类互感器。

2.1 一次额定电流Ipn的选择

电流互感器应根据其所属一次设备的额定电流或最大工作电流选择适当的额定一次电流，并应使得在额定电流比条件下的二次电流满足该回路保护装置的准确性要求。

为满足保护装置准确性要求，保证保护装置可以对站用变过电流保护进行整定，则站用变电流互感器一次额定电流应满足。

表1给出了常见容量的站用变压器保护用电流互感器可选的最大一次额定电流。

2.2电流互感器容量和准确限值系数的选择

按照表1给出的计算结果，文中实例中站用变的电流互感器一次额定电流应选为400A，则继电保护动作性能校验要求的二次感应电动势Es增大为498V，更加不满足稳态性能校验的要求。

由电流互感器稳态性能的研究分析可知，电流互感器满足稳态性能校验要求的充要条件是：Es1

上式中选择暂态系数K、保护校验系数Kpcf均由系统决定，因此可通过选择更大的准确限值系数Kalf、额定容量Rbn的电流互感器或降低实际二次负荷使电流互感器达到稳态饱和性能要求。

如果电流互感器的准确限值系数Kalf改选用40（其他参数同前），Es1增大为640V，则电流互感器满足稳态性能要求；如果电流互感器的额定负载Rbn改为20Ω（其他参数同前），Es1增大为780V，则电流互感器满足要求；站用变保护电流互感器的二次负载仅有一套保护装置和连接电缆，仅能通过增大电缆截面积来减少二次负载，对二次感应电动势Es的影响较小，若二次负载降低为Rb降低为0.6Ω（其他参数同前），Es降低为495V，仍不满足稳态性能要求。

综上所述，如果文中站用变选择变比为400/1、准确限值系数Kalf=40，额定负载Rbn=20Ω，内阻Rct=6Ω的电流互感器，则额定二次极限电动势：

Es1=Kalf×Isn×（Rct+Rbn）=1040V

电流互感器可满足稳态性能校验要求，并留有较大裕度。

3 电流互感器参数选择困难时的解决办法

3.1 合理选择站用变压器容量

按照南方电网典型设计规定，站用变压器的容量：

S≥K1×P1+P2+P3

K1―站用动力负荷换算系数，一般取0.85；

P1―站用动力负荷之和（kW）；

P2―站用电热负荷之和（kW）；

P3―站用照明负荷之和（kW）。

站用变压器容量按照上述原则选取，110kV 变电站宜选用200kVA 站用变压器，220kV 变电站宜选用315kVA或400kVA 站用变压器，500kV 变电站宜选用630kVA 或800kVA 站用变压器。

站用变负荷电流与短路电流相差巨大是造成过电流保护定值无法满足装置准确度要求的根本原因。因此，可考虑适当增加站用变容量，进而提高电流互感器一次额定电流的取值范围，可使电流互感器同时满足稳态校验和装置准确度的要求。

3.2 速断和过电流保护选取不同CT变比

站用变过电流保护为变低故障的后备保护，开关切除时间整定为30s，因此无需考虑站用变发生极端故障（高压侧出口三相金属性短路），故障电流过大导致电流互感器饱和对其造成的影响。鉴于此，可考虑将速断保护和过电流保护选取不同的CT变比，速断保护主要考虑抗CT饱和，可适当取较大的CT变比和准确限值系数；过电流保护主要考虑保护定值的准确性，使用较小CT变比。

3.3 电流互感器与保护装置使用不同的二次额定电流

若电流互感器二次额定电流Isn为5A、保护装置二次额定电流In由5A改为1A，保护定值按实际CT变比整定，保护装置准确度要求降至原来的1/5，可通过增大一次额定电流满足电流互感器稳态校验的要求。

对于文中站用变压器，若电流互感器二次额定电流Isn=5A，保护装置二次额定电流In=1A，则其一次额定电流

即互感器的一次额定电流Ipn可选择1000A，可满足CT稳态性能校验的要求。

反之，若电流互感器二次额定电流Isn为1A、保护装置二次额定电流In由1A改为5A，保护定值按实际CT变比整定，保护装置的准确度要求增大至原来的5倍，更加不满足装置准确度的要求。

4 站用变压器CT参数选择原则

站用变保护电流互感器参数的选择应综合考虑保护装置准确性和互感器稳态饱和性能，应遵守以下原则：

4.1一次额定电流应根据站用变容量和保护装置准确性要求进行选择，确保保护装置不出现定值无法整定的情况。

4.2二次额定负载和准确限值系数应在尽量取大值，并按照互感器稳态性能要求进行校验，并保留适当裕度，确保在极端情况下电流互感器亦不会出现饱和的情况。

5 CT参数选择困难时的解决办法

当按照4原则仍无法选择合适电流互感器时，可考虑以下方法：

5.1适当选取大容量的站用变压器，提升站用变额定电流，保证在满足保护装置准确性的前提下，电流互感器可选取较大的一次额定电流以满足稳态性能校验的要求。

5.2对于新建及技改工程，可考虑增加电流互感器二次绕组，同时修改保护装置逻辑，速断保护按照互感器稳态性能校验的要求选用较大一次额定电流的绕组，过电流保护按照准确性的要求选用较小一次额定电流的绕组。对于存量站用变保护，可考虑修改保护逻辑，过电流保护改用测量组采样值，速断保护选用互感器保护绕组，并按照稳态性能校验的要求调整绕组二次抽头。

5.3对于满足互感器稳态性能校验的要求，但不满足保护装置准确性要求的情况，可将电流互感器二次额定电流选为5A，保护装置二次额定电流选为1A。

参考文献

[1]DL/T 866-2004，电流互感器和电压互感器选择及计算导则[S].

[2]袁季修.保护用电流互感器应用指南[M].北京：中国电力出版社，2004.