主变压器高压侧电流互感器抗短路电流性能验证

谌争鸣，李升健，周 宁，张 妍

（江西省电力科学研究院，江西南昌 330096）

0 引言

根据2011年全省短路电流计算的结果，发现省内存在部分TA短路电流倍数超标，不满足电流互感器准确限制系数的要求。

在发现问题的电流互感器中，本文选取了220 kV某变电站1号主变高压侧电流互感器，在我省首次采用了“二次极限电动势法”和RTDS数字仿真，进行其抗短路电流性能的验证。所采用的验证方法，对其他电流互感器的验证具有指导作用。此次验证的依据是《DL/T 866-2004电流互感器和电压互感器选择及计算导则》。

1 基本数据

1.1 一次接线图及运行方式

220 kV采用线路变压器组接线。正常运行时，110 kV和10 kV母线分裂运行。1号主变110 kV侧接I母，2号主变110 kV侧接II母。1号主变高压侧双重化配置了许继厂生产的微机变压器保护，型号为WBH-801和WBH-802。该变电站作为负荷端，未配置220 kV线路保护，线路故障时，由电源端侧保护切除故障。由于采用线路变压器组接线，未配置母线保护。220 kV变电站一次接线图，见图1所示。

图1 220 kV某变电站一次接线

1.2 2011年最大短路电流

2011年短路计算数据，该变电站1号主变高压侧最大短路电流水平如表1所示。

表1 1号主变高压侧最大短路电流表

1号主变高压侧电流互感器TA15和TA16额定电流800/5A，型号及准确限制系数10P20，额定容量30VA。

2 性能验算

2.1 对电流互感器的性能要求

1）要求保护区内故障时，电流互感器误差不致影响保护可靠动作。主要考虑对1号主变差流速断保护的影响。

2）要求保护区外最严重故障时电流互感器误差不会导致保护误动作或无选择性动作。主要考虑对1号主变差动保护的影响。

根据以上性能要求，对电流互感器在区内故障点k3和区外故障点k1、k5时的性能进行验算和论证。

2.2 验算

2.2.1 验算方法

采用“二次极限电动势法”，额定二次极限电动势取实测的拐点电压。

2.2.2 CT15和CT16的拐点电压值

CT15和CT16的拐点电压值取至220 kV变电站1号主变高压侧电流互感器伏安特性和10%误差曲线测试报告，具体数值如表2所示。

表2 CT15和CT16的拐点电压

2.2.3 二次感应电动势

根据测试数据计算出二次感应电动势暂态值（给定暂态系数取1），详见表3和4。

表3 二次暂态电动势值

表4 二次稳态电动势值

2.3 验算结论

由表2、3、4可知，k1、k5短路时，CT15、CT16三相二次感应电动势暂态值和稳态值均小于拐点电压，CT不会发生饱和。k3短路时，CT15、CT16三相二次感应电动势暂态值远大于拐点电压，将导致CT深度暂态饱和，不能正确传变一次电流。CT15、CT16三相二次感应电动势稳态值略大于拐点电压，CT将发生较浅度稳态饱和。

为了进一步分析CT的饱和程度，在RTDS实时仿真系统上进行了数字仿真。

3 数字仿真

3.1 仿真计算

3.1.1 故障点设置

故障点设置在1号主变高压侧出口k3点。根据系统参数计算，系统阻抗角为87.5°，取故障初始角为-2.5°，即当变电站220 kV A相电压的相角为-2.5°时，发生三相短路故障，此时1号主变高压侧CT A相故障电流暂态非周期分量含量最大，暂态饱和最严重。故障持续时间设置为200 ms。

3.1.2 一次短路电流及波形

系统最大方式运行情况下，k3点短路时，1号主变高压侧一次最大短路电流的仿真结果，见表5。

表5 k3点短路时高压侧仿真结果

仿真值与理论计算值基本吻合，说明了仿真模型的准确性。

k3点发生三相短路时，1号主变高压侧CT一次故障电流仿真波形如图3所示。可以看出，A相故障电流含有较大的非周期分量，使故障电流波形偏向时间轴的一侧，而B、C相中的非周期分量含量较小，这与故障初始角有关。

图2 1号主变高压侧的一次电流仿真波形

3.1.3 二次短路电流及波形

系统最大方式运行情况下，k3点短路时，1号主变高压侧二次最大短路电流的仿真结果，见表6。

表6 k3点短路时，1号主变高压侧二次最大短路电流

1号主变高压侧CT15、CT16二次电流暂态仿真波形，见图4、图5。可以看出：

1）A、B、C三相二次暂态电流波形呈尖顶波状，畸变严重，表明CT均发生了暂态饱和。

图3 高压侧CT15的二次电流仿真波形

图4 高压侧CT16的二次电流仿真波形

2）A相二次电流非周期分量含量较多，引起的饱和程度最深，造成传变后的二次电流幅值最小。

3）CT16比CT15二次电流暂态误差要大一些。

3.2 仿真结论

数字仿真与性能验证结果相一致，相互印证，即在k3短路时，CT15和CT16会发生暂态饱和，且二次电流波形畸变较严重，暂态误差很大，远超过误差规定值10%，最大暂态误差为48.38%，最小暂态误差为17.75%。

4 评估结论及效果

通过验算，CT15和CT16三相CT在严重的外部短路（k1、k5）故障时，误差在规定值之内，变压器差动保护不会发生误动；验算和仿真表明，在严重的区内短路（k3点）故障时，CT15和CT16暂态饱和，二次电流波形发生畸变，不能正确传变一次电流。

本次技术评估，为220 kV变电站1号主变高压侧电流互感器的技术改造提供决策依据，保证采用的电流互感器能正确传变一次电流，确保220 kV变电站1号主变保护正确动作，而避免造成停电事故或设备损坏事故的发生，社会和经济效益显著。

[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]吴罡.电流互感器饱和特性分析[J].南京供电技术，2009,35（3）：71-74.

[3]魏春林.电流互感器二次电流异常的几种情况分析处理[J].电力建设，2009,30（8）：133-134.