阿尔塔什水电站220kV母联回路电流互感器的设计

汪 栋

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

通过对阿尔塔什水电站在不同时期、不同穿越功率的情况进行分析，以220 kV母联回路为例，选择出该回路测量、保护用电流互感器的基本参数，并对其性能进行验算。图1幅。

水电站；电流互感器；最大负荷电流计算；容量计算；准确级选择；性能校验

1 工程概况

阿尔塔什水利枢纽工程位于叶尔羌河干流山区河段上，是叶尔羌河干流山区河段的控制性水利枢纽工程，是1座具有防洪、灌溉和发电等综合利用任务的水利工程。电站总装机容量755 MW，主电站装机采用4台175 MW混流式水轮发电机组(cosφ=0.9)，生态电站装机采用2台27.5 MW混流式水轮发电机组(cosφ=0.85)。

电站厂区所处山区位置地形陡峭，采用户外敞开式开关站时开挖量很大(约170万m3)、地震烈度高(Ⅸ度)、风沙大(设备工作环境较差，运行维护工作量大)，在初步设计阶段时经技术经济比较，高压配电装置选用GIS。

根据电站接入系统的要求，主电站和生态电站每台发电机与主变压器均采用单元接线。生态电站高压侧采用单母线接线，电能以1回220 kV线路送至主电站后打捆送出；主电站高压侧采用双母线接线，出线4回 (其中2回至750莎车变，导线为LGJ—2×400，每回长约65 km；另2回出线1回至下游待建的錾高水电站，1回备用)，另在阿尔塔什水电站220 kV母线上加装1组30 Mvar高压电抗器。

2 最大负荷电流计算

电流互感器的一次电流由电流互感器所在回路的实际最大负荷电流来决定。

根据电站接入系统报告中“叶尔羌河下游水电站的联合送出方案”，錾高和恰木萨水电站的计划投产发电时间相差不长，依扎克水电站建成的时间相对较晚。因此，阿尔塔什水电站电能送出近期需考虑本电站+生态电站电能的打捆送出，输送的最大功率为755 MW，计算出一次电流为2 211 A；中期需考虑錾高和恰木萨水电站水电站在自身送出线路检修或故障时经本电站220 kV侧送出的工况。因叶尔羌河下游河段梯级电站均在每年丰水期(7、8月份)有装机容量100%出力的情况，其余月份出力均较低(一般不超过装机容量的40%)，电力公司可在每年的丰水期之前对送出线路进行检修以预防故障。故在进行一次电流计算时不考虑梯级电站满载运行时的功率穿越，此时输送的功率按全部负荷的40%计算为457.2 MW，计算出电流为1 364 A。因依扎克水电站目前还处于规划阶段，远期考虑到其2/3电能经本电站送出，输送的最大容量为915 MW，计算出电流为2 691 A(见图1)。

图1 叶尔羌河下游水电站的联合送出方案

3 电流互感器参数选择

3.1 一次电流选择

根据计算出的母联回路工作电流可以看出，电站在不同时期运行时的最大负荷电流分别为2 211、1 364、2 691 A，设计选择复变比电流互感器以方便电站后期灵活运行。母联回路中仅测量、保护用电流互感器。对于某些指示仪表，为使仪表在正常运行时指示在刻度标尺的3/4左右，并且过负荷运行时能有适当指示，可选用Ipn≥1.25Ib；其中Ib为一次设备的额定电流或线路最大负荷电流[1]。目前，220 kV电流互感器二次回路选用电子式仪表，不再使用机电式仪表，故选择电流互感器时可根据“电流互感器额定一次电流应接近但不低于一次回路正常最大负荷电流”选择。

设计选择电流互感器一次电流时选择1.15的系数，选择出测量、保护用电流互感器的一次额定电流1 600～3 200 A。因电站每年大部分月份出力较小，为保证测量的精确性，增加800 A二次抽头作为电站在出力较小方式下运行时的测量用电流互感器额定一次电流。故选择测量用电流互感器的一次侧电流变比组合800～1 600～3 200 A，选择保护用电流互感器的一次侧电流变比组合1 600～3 200 A。

3.2 二次电流选择

电流互感器额定二次电流可以采用1 A，也可以选择5 A。对于新建发电厂和变电所，有条件时电流互感器额定二次电流宜选用1 A。

综合以上因素考虑，对新建的阿尔塔什水电站，选择电流互感器的额定二次电流为1 A更为合适。

有科学家表示，北冰洋海冰融化将对中国的气候系统有重大影响，北冰洋气候系统与我国气候系统是上下游关系，北冰洋面积大幅减少的年份我国冬季发生严寒天气的概率较高，两者呈现统计学上的正相关性。

3.3 二次负荷选择及容量计算

电流互感器的二次回路中所串的负载一般是电流表以及继电器等元件中的电流线圈。根据《电流互感器和电压互感器选择及计算导则》(DL 866—2004)，一般工程验算可忽略负荷阻抗之间的相位差，电流互感器二次负荷Zb可按下式计算：

Zb=ΣKmcZm+K1cZ1+Rc

式中，Zm为仪表电流线圈的阻抗(Ω)；Z1为连接导线单程的阻抗，一般可忽略电抗，仅计及电阻(Ω)；Rc为接触电阻，一般为0.05～0.1 Ω；Kmc为仪表接线的阻抗换算系数；K1c为连接线的阻抗换算系数。

测量用电流互感器二次绕组所接入的负荷(包括测量仪表、电能计量装置和连接导线等)应保证实际二次负荷在25%～100%额定二次负荷范围内，设计选择电流互感器二次额定负荷时一般选择1.5～3的系数，本工程选择测量用电流互感器容量20 VA。

同样计算出保护用电流互感器的二次负荷：

本工程选择保护用电流互感器容量30 VA。

3.4 准确级选择

依照测量用电流互感器在实际二次负荷下的准确等级应与配套使用的测量仪表的准确等级相适应的原则，根据电站接入系统报告的要求及电站所配置测量仪表准确级参数，最终选择220 kV母联回路测量用电流互感器的准确级为0.5。

4 性能验算

4.1 P类电流互感器的一般验算

(1)电流互感器的额定准确限值一次电流Ipal应大于保护校验故障电流Ipcf，必要时，还应考虑互感器暂态饱和影响;即准确限值系数Kalf应大于KKpcf(K为用户规定的暂态系数，本工程计算取K=2)。计算得：Ipal=1 600×30=48 kA，Ipcf=22.13 kA，满足要求；Kalf=30，KKpcf=2×14=28，满足要求。

4.2 P类电流互感器的额定二次极限电动势验算

(1)P类电流互感器的额定二次极限电动势(Esl)为(二次负荷仅计及电阻)：Esl=KalfIsn(Zct+Zbn)=30×1×(6+30)=1 080 V。

(2)继电保护动作性能校验要求的二次感应电动势(Es)为：Es=KKpcfIsn(Zct+Zb)=2×14×1×(6+13.05)=533.4 V。

(3)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，即：Esl≥Es，满足要求。

5 结 语

在对阿尔塔什水电站220 kV电流互感器的基本参数进行选择时，以比较具有代表性的母联回路为例，选择出该回路测量、保护用电流互感器的基本参数；选择过程中着重考虑了220 kV母线上的近期、中期和远期存在的穿越功率对母线最大电流的影响，选择出电流互感器的额定一次电流。同时，为保证电站在出力较小工况下测量用电流互感器的精确性，选择出合理的二次抽头，进而选择出电流互感器的复变比，并对保护用电流互感器进行了性能验算。

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

[2] 沙玉洲，袁 韬，王 骞，等．电流互感器技术参数选择问题的探讨[J]．电力系统及其自动化学报，2009，21(2)：126_128.