电流互感器在500 kV 变电站的应用

叶晴炜

(中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司，昆明 650051)

0 前言

作为骨干网架的超高压系统，近年来不断发展扩大，对继电保护动作的正确性要求越来越高，对电流互感器的准确性也提出了更严格要求。目前在云南电网500 kV 系统中，TPY 电流互感器已获得广泛的使用，本文针对500 kV 变电站结合具体工程，详细阐述了TPY 电流互感器的选择和配置，并对其在短路故障情况下的暂态特性是否满足系统要求进行了校验。

1 TPY 电流互感器的配置

500 kV 变电站一般都是电力系统的枢纽变电站，其地位和作用极其重要，设计需要突出考虑可靠性和稳定性，因此变电站的500 kV 配电装置基本均采用3/2 断路器接线。由于3/2 接线的保护比较复杂，对TPY 电流互感器的配置要求很高，稍有不慎极易造成保护误动或拒动，因此重点需要遵循以下原则［1］:

1)电流互感器的类型、二次绕组的数量和准确级应满足继电保护的要求;

2)保护用电流互感器二次绕组应合理分配，避免出现主保护的死区，同时保证保护范围最大化。接入保护的互感器二次绕组的分配，应注意避免当一套保护停用时，出现被保护区内故障时的保护动作死区;

3)对配电装置采用3/2 接线，独立式电流互感器每串宜配置三组，每组的二次绕组数量按工程需要确定。

由于P 类电流互感器的准确限值是由一次电流为稳态对称电流时的复合误差或励磁特性拐点来确定的，而TPY 电流互感器的准确限值是考虑一次电流中同时具有周期分量和非周期分量，并按某种规定的暂态工作循环时的峰值误差来确定的，适用于考虑短路电流中非周期分量暂态影响的情况。500 kV 系统一次时间常数较大，短路电流中非周期分量衰减较慢，一旦电流互感器暂态饱和可能导致保护误动，因此云南电网明确要求500 kV 线路和变压器保护应选用TPY 电流互感器。而母线差动保护由于采用必要的减轻互感器暂态饱和影响的措施，具有抗暂态饱和的能力，保护一般选用P 级电流互感器即可。此外TPY 电流互感器在从饱和到剩磁状态的转换期间，由于磁阻、储能以及磁通变化量的不同，二次回路的电流值较高且持续时间较长，故不宜用于断路器失灵保护［2］，应选用P 级电流互感器。

综合考虑上述电流互感器的配置原则，对于3/2 接线，电流互感器的二次绕组数量可按797配置，即两个边开关电流互感器按7 个级次(其中TPY 级:2 个;5P 级:3 个;0.5S 级:1 个;0.2S 级:1 个)，中开关电流互感器按9 个级次配置［3］，见图1。

图1 3/2 接线的电流互感器二次绕组配置图

2 TPY 电流互感器的参数选择

TPY 电流互感器分别从一次参数和二次参数两方面进行选择。

2.1 一次参数

1)额定一次电流(Ipn):TPY 电流互感器应根据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，可根据断路器或隔离开关的额定电流确定。

2)额定对称短路电流倍数(Kssc):一般选用10、15、20、25、30、40、50，需要根据系统电气一次专业提供的额定一次短路电流 (Ipsc)确定，Kssc=Ipsc/ Ipn。

3)一次时间常数(Tp):以ms 表示的标准值为40、60、80、100、120，由系统电气一次专业确定，500 kV 系统一般约100 ms。

2.2 二次参数

1)额定二次电流(Isn):标准值有1 A 和5 A 两类，对于新建的500 kV 变电站应选用1 A。

2)额定二次容量(Sb):TPY 电流互感器的负荷通常由两部分组成:一部分是所连接的保护装置，另一部分是连接导线和接触电阻。500 kV变电站一般选用的额定二次容量为12 VA (12 Ω)。

3)二次回路时间常数(Ts):一般根据互感器特性要求由制造厂家优化确定。由于二次回路时间常数与回路总电阻成反比，当实际二次负荷(Rb)不同于额定二次负荷(Rbn)时，实际的二次回路时间常数

Rct为电流互感器二次绕组的电阻，Tsn为额定二次时间常数。

3 TPY 电流互感器的校验

影响电流互感器性能的最重要因素是铁芯饱和，由于500 kV 系统一次时间常数很大，短路电流中的非周期分量衰减缓慢，容易导致互感器的铁芯严重饱和而使传变特性变差，二次线圈的电流输出不能真实反应一次侧的电流变化，引起区外故障的保护误动。TPY 电流互感器铁芯中带有气隙，磁阻较大，能够很好地解决铁芯饱和问题，同时控制剩磁不大于饱和磁通的10%，有利于C－O－C－O 工作循环的准确限值，适用于采用重合闸的线路保护。

下面以云南某500 kV 变电站为例，分别对500 kV 线路保护用TPY 电流互感器在暂态工况下的各种工作循环进行暂态特性和限制剩磁校验。根据系统电气一次提供的有关数据:变电站500 kV 系统远景年最大短路电流Ip=47.359 kA，一次回路时间常数Tp=100 ms。

电流互感器的电流比为2500/1。根据电流互感器二次回路阻抗测试并考虑适当裕度，外接负荷为Rb=7 Ω，保护校验系数:Kpcf=47 359/2 500=18.94。

工作循环时间的选取:C－O，t 取100 ms(一般保护故障切除时间)或250 ms (断路器失灵保护故障切除时间);C－O－C－0，t＇=100 ms，tfr=500 ms，t＇＇取40 ms (保护动作时间)或100 ms (包括断路器动作故障切除时间)。

3.1 验算电流互感器

2 500/1A;KSSC=20;TP=100 ms;Rct=3.5 Ω;Rbn=12 Ω;Tsn=0.8 s;互感器额定工作循环取C－100 ms－O－500 ms－C－40 ms－O。

Ktd根据公式，按电流互感器给定的两次通电工作循环代入有关参数求得:

由此求出电流互感器额定等效二次极限电动势为:

3.2 验算等效二次感应电动势

由实际二次负荷7 Ω，求得实际二次时间常数Ts为:

a)C－O 工作循环:按t=100 ms，求暂态面积系数及等效二次感应电动势。

b)C－O 工作循环:按t=250 ms，求暂态面积系数及等效二次感应电动势。

c)C－O－C－0 工作循环:t＇=100 ms，trf=500 ms，t＇＇=100 ms，求暂态面积系数及等效二次感应电动势。

3.3 检验暂态误差

对应TPY 电流互感器，还应校验实际工作的暂态误差。取上述最大的，时间二次时间常数Ts=1.18 s，根据公式，符合不超出10%的要求。

3.4 计算结果分析

由以上计算结果可知，选用上述规范的TPY电流互感器在各种工作循环中的等效二次感应电动势均不大于其额定等效二次极限电动势Eal，在各种工作循环中均不会饱和，并且暂态误差未超过限值(10%)，满足实际工程要求。

4 结束语

TPY 电流互感器的选择和配置是一个复杂且系统的工作，需要电气一、二次专业密切配合，综合考虑各方面因素的影响。在电流互感器的参数确定以后，需要通过现有互感器参数对实际工程进行等效二次极限电动势及暂态误差的计算来校验是否满足要求。不能依靠增加电流互感器的额定二次容量来提高互感器的额定等效二次极限电动势，一方面这样会造成电流互感器价格的显著上升，另一方面由于受到空间的限制，特别是GIS、HGIS 等紧凑式组合电器，铁芯无法做到较大截面，额定二次容量不可能有较大增加。提高电流互感器抗暂态饱和的能力可以从限制一次短路电流、增大电流互感器变比、减小电流互感器的二次负载等方面综合考虑，以保证继电保护装置动作的正确性，确保电网的安全、稳定运行。

［1］中国南方电网有限责任公司生产技术部.南方电网220 kV～500 kV 电网装备技术导则［S］.2012.

［2］国家发展和改革委员会.DL/T866－2004 电流互感器和电压互感器选择及计算导则［S］.北京:中国电力出版社，2004.

［3］云南电网公司.QB/YW110－01－2009 电气设备装备技术导则［S］.2009.