垃圾焚烧发电厂升压站CT参数选择的实例分析

张 莹

(中国恩菲工程技术有限公司 电气及自动化事业部，北京 100038)

垃圾焚烧发电厂升压站CT参数选择的实例分析

张 莹

(中国恩菲工程技术有限公司 电气及自动化事业部，北京 100038)

本文结合某垃圾焚烧发电厂厂内升压站的实际设计范例，介绍了110 kV变电站电流互感器参数选择的过程。

110 kV变电站; 110 kV电流互感器; CT参数

0 前言

从电厂规模看，垃圾焚烧发电厂属于小型火力发电厂。现在大多数垃圾发电厂送电上网方式多选用升压送电上网方式，这需要在厂区内建一个升压变电站，设计中就涉及到高压系统电流互感器参数选择问题。作者关注到现在的工程设计中对电流互感器的选型多注重测量线圈变比、动热稳定校验等，对其准确级、准确限值系数等重要参数并未深入考虑。本文结合某垃圾焚烧发电厂厂内升压站的实际设计范例，介绍了110kV配电站电流互感器参数选择的过程。

1 电流互感器选型设计

电流互感器是电力系统中将一次大电流变换为用于保护、测量、控制等二次电流的电磁性设备。一组电流互感器中通常包括有若干个二次绕组和铁芯，电流互感器内的若干个二次绕组和铁芯按不同电气性能和不同应用，可以分为测量和保护两大类。测量类二次绕组应用于测量、监控、计量回路；保护类二次绕组应用于保护回路。现场应严格执行测量和保护分别配置使用的原则。

不同用途的二次绕组在参数选择上所关注的性能不同。电流互感器测量类二次绕组的参数选择上更关注额定一次电流、二次电流、输出容量、准确级等参数；电流互感器保护类二次绕组的参数选择上，除了关注以上参数外，还关注短路电流非周期分量和互感器剩磁等的暂态影响。

电流互感器测量类二次绕组和保护类二次绕组在同一参数的表现形式、校验过程也不尽相同。如对于准确级参数，测量类二次绕组以该准确级在额定电流下所规定的最大允许电流误差的百分数来标称：标准准确级为0.1、0.2、0.5、1、3和5级；供特殊用途的为0.2S及0.5S级。保护类二次绕组以在额定准确限值一次电流下的最大允许复合误差的百分数标称，标准准确级为：5P、10P、5PR和10PR。再比如，电流互感器测量类二次绕组的输出容量在设计时，要考虑大于其所接到的二次负荷；而保护类二次绕组的输出容量除考虑这一因素外，还要根据对额定二次极限电动势和保护校验要求的二次感应电动势验算结果比较而调整。

电流互感器二次绕组的参数选择是一个需要多方考虑、验算的复杂过程，下面将以一个实例，来分析这一过程的某些方面。

2 110 kV升压站电流互感器参数选择实例分析

2.1 工程背景介绍

某垃圾焚烧发电厂是采用现代技术综合处理生活垃圾的基地。年处理生活垃圾40万t(平均日处理1 200 t)，焚烧炉为机械炉排炉，共3台，单台处理垃圾能力为400 t/d，焚烧炉可短时超负荷10%。安装2台12 MW(最大功率15 MW)凝汽式汽轮发电机组。

发电机所发出的电能扣除厂用电外，剩余部分的电力全部经升压变压器送入地方电网。

根据三炉二机建厂规模，并网线路为单回路110 kV电压等级的基本条件，电气主接线方案如下：2台电压为10.5 kV发电机各自经电缆引至10 kV厂用母线，再各由一台升压变压器升压至110 kV，经电缆引至110 kV母线，最终由单回输电线并入系统。不设置单独的发电机主母线，10 kV厂用母线为单母线分段接线，厂用高压负荷由10 kV厂用母线馈出。110 kV升压站电气主接线示意图参见图1。

图1 110 kV升压站电气主接线示意图

2.2 电流互感器参数选择

2.2.1 主变110 kV侧电流互感器参数选择

2.2.1.1 电流互感器测量类二次绕组参数选择

额定一次电流(Ipn)的标准值为：10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、75 A以及它们的十进位倍数或小数。测量、计量用电流互感器额定一次电流的选择大于主变110 kV侧最大运行电流(84 A)，并且满足测量系统的测量精度要求(实际电流/额定电流约为0.7)，因此选择150 A。

额定二次电流的选择有1 A和5 A两类。二次绕组采用额定二次电流为1 A时，相比于选择5 A，在相同的输出容量下，具有更大的带载能力，允许电流互感器设备与测量、保护等二次设备的距离更远，但其制造成本更高。考虑到满足精度要求的前提下提高经济性，主变110 kV侧电流互感器额定二次电流选择5 A，电流互感器变比为150/5 A。

电流互感器测量类二次绕组须满足规范规定的电能计量装置准确度最低要求。本厂发电机组容量为24 MW(最大30 MW)，按规范须采用Ⅲ类电能计量装置，其准确度最低要求参见《电测量及电能计量装置设计技术规程》( DL/T 5137—2001)表6.1.3。表中要求用于计量的电流互感器二次绕组准确度最低需选择0.5S或0.5，但供电部门一般对计量点处的电流互感器准确度要求为0.2S，因此本工程选用0.2S。

对并网线路电流的测量主要是用于线路测控装置，属数字式仪表，参考《电测量及电能计量装置设计技术规程》( DL/T 5137—2001)表5.1.4常用测量仪表的准确度最低要求，和表5.1.5仪表用电流、电压互感器及附件、配件的准确度最低要求，可知用于测量的电流互感器二次绕组准确级选用0.5。

根据常用测量仪表电流回路功耗参考值如表1，该表可以确定测量类电流互感器二次绕组的额定输出，须注意的是用于计量的电流互感器需要满足电能表(包括有功和无功电能计量)的负荷要求。为了统一，本工程对测量类电流互感器二次绕组的额定输出要求为20 VA。

表1 常用测量仪表电流回路功耗参考值

2.2.1.2 电流互感器保护类二次绕组参数选择

110 kV及以下系统保护用电流互感器一般按稳态条件选择，选用P类互感器。变压器主回路宜采用复合误差较小(波形畸变较小)的5P级电流互感器。P类保护用电流互感器能满足复合误差要求的准确限值系数Kalf一般可取5、10、15、20和30。华北电力设计院设计110 kV升压站时相应参数一般也选择为30，而《国家电网公司输变电工程典型设计——110 kV变电站分册》所列实例多采用20、30，本项目并网接入电站侧的电流互感器参数为Kalf=40，业主要求厂内升压站电流互感器相应参数与之相同。作者考虑到满足业主需要，并经过下面的计算(公式(1)、(2))认为选用Kalf=40能满足工程要求，因此最终设计选用了Kalf=40，但选用Kalf=40对电流互感器制造增加了难度，所以额定输出无法做到很大。

额定二次电流的选择与测量类电流互感器二次绕组同样选择5 A。额定一次电流的选择除了满足大于主变110 kV侧最大运行电流的要求外，还需满足额定准确限值一次电流大于110 kV最大短路电流I″d=20 kA的要求(业主根据当地供电电网发展规划提供)。额定准确限值一次电流=额定一次电流×Kalf≥110 kV最大短路电流，即额定一次电流≥110 kV最大短路电流/Kalf=20 000/40=500。在满足此要求的基础上，作者最初选择的额定一次电流为600 A，但业主参考并网接入电站侧的电流互感器参数，希望厂内升压站电流互感器相应参数与之相同，为了满足业主需要，并经过计算(公式(1)、(2))认为额定一次电流选用500 A可以满足工程要求，因此最终设计额定一次电流为500 A，即变比为500/5 A。

保护类电流互感器二次绕组的额定输出见表2，选择标准值中的10 VA已可满足要求，但是经过对额定二次极限电动势的验算，做出了调整，具体过程见下。

保护出口短路为20 kA，保护校验系数Kpcf=20/0.5=40。设所选互感器：变比500/5，Kalf=40，Rct=6 Ω，Rbn=10 VA。额定二次极限电动势为：

Es1=Kalf·Isn·(Rct+Rbn)=

40×5×(6+10) =3 200 V

(1)

式中：Kalf——准确限值系数；Isn——额定二次电流,A；Rct——电流互感器二次绕组电阻,Ω；Rbn——电流互感器额定负荷,VA。

设互感器实际二次负荷Rb=10 Ω。要求的二次感应电动势为：

Es=Kpcf·Isn·(Rct+Rb)=40×5×(6+10)=3 200 V

(2)

式中：Kpcf——保护校验系数，与继电保护动作原理有关；Rb——电流互感器实际二次负荷,VA。

电流互感器的额定二次极限电动势应大于保护校验要求的二次感应电动势，如果不满足需要，则需加大Kalf或VA值，或降低实际二次负荷。

表2 各类设备的保护和自动装置电流回路最大功耗参考值

注：EM—电磁型保护，RT—整流型保护，IC—集成电路型保护，DP—微机型保护。

由于Esl=Es，互感器勉强满足要求。作者参考现有工程实例，为保证设备选型的安全性，将额定输出由10 VA增大至20 VA，相应Rct也有所增大，则

Esl=40×5×(9+20)=5 800 V

Es=40×5×(9+10)=3 800 V

互感器亦可满足要求。

2.2.2 110 kV并网线路侧电流互感器参数选择

110 kV并网线路须将经由两台主变升压后的发电量全部送至电网，最大运行电流约为84×2=168 A。配备4组电流互感器，一组用于计量，一组用于测量，两组用于保护。电流互感器参数选择过程与主变110 kV侧电流互感器的参数选择过程相同。

2.2.2.1 电流互感器测量类二次绕组参数选择

电流互感器测量类二次绕组额定一次电流的选择大于最大运行电流，并且满足测量系统的测量精度要求，考虑到电厂扩容的可能性，要求二次绕组具有中间抽头，使现场应用可以通过采用不同二次接线方式实现调整额定一次电流的功能，因此选择250～500 A。

业主参考并网接入电站侧的电流互感器参数额定二次电流选择为1A，要求厂内升压站电流互感器相应参数与之相同，规程中也允许一个厂站内的互感器额定二次电流同时采用1 A和5 A，因此选择1 A，电流互感器变比为250～500/1A。

计量用电流互感器二次绕组准确度选用0.2S，测量用电流互感器二次绕组准确级选用0.5，测量类电流互感器二次绕组的额定输出要求为20 VA。

2.2.2.2 电流互感器保护类二次绕组参数的选择

保护用电流互感器的额定一次电流、额定二次电流、额定输出、准确限值系数等参数选择和校验过程与主变侧保护用电流互感器相同。

保护类电流互感器的准确限制系数站内各处保持一致，因此选用40；额定二次电流的选择上考虑到与并网线路上电流互感器测量类二次绕组保持一致，选用1 A；额定输出站内各处保持一致，选用20 VA。

额定一次电流的选择除考虑到与主变侧保护用电流互感器相同因素外，还考虑到针对线路的保护特性，二次绕组增加了中间抽头，最终变比选择为500-1000/1 A；精度5P40；容量20 VA。

将选定的参数按照2.2.1.2节中的验算过程进行校验，其额定二次极限电动势大于保护校验要求的二次感应电动势，因此选择的参数可行。

3 结束语

继电保护系统和测量计费系统对电流互感器提出了许多严格的要求，如何给出满足继电保护装置动作特性和测量系统的测量精度要求的电流互感器参数，需要对概念深入理解、并进行多种校验。在已往的工程设计中，多以参考工程实例、选取经验值为主，而在某垃圾焚烧发电厂升压站电流互感器技术文件编制过程中，作者参考大量规范、设计手册、工程计算实例，并且多方请求指导，对参数选择的方法和依据有了初步的了解，并进行了验算得出了相对合理的参数值，但仍有些概念还需结合相应的工程情况进行深入理解。

[1] 电测量及电能计量装置设计技术规程 DL/T 5137—2001.

[2] 电流互感器和电压互感器选择及计算导则 DL/T 866—2004.

An Example Analysis of CT Parameters Selecting in Step-up Transformer Substation of MSW Incineration Power Plant

ZHANG Ying

Based on an actual design example of step-up transformer substation in some municipal solid waste (MSW) incineration power plants, this paper introduces the process of CT parameters selecting in 110 kV transformer substation.

110 kV transformer substation; 110 kV current transformer; CT parameters

2014-03-10

张莹(1978—)，女，天津人，硕士，工程师，主要从事电气设计工作。

TM452

A

1008-5122(2014)03-0028-04