励磁变压器CT参数核算与选型设计

张晓伟，钱厚军，张 旭，李戈超，王东博，陈富杰，李 鑫，郭 兴，郭少杰，陈子明，汪运律

(中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300)

秦一厂于2018年实施了发电机增容及励磁系统改造工作，励磁系统由三机励磁改为静态励磁，拆除与发电机同轴的励磁机，在发电机机端新增励磁变压器。本文根据秦一厂发电机励磁变压器参数，进行励磁变压器CT选型核算，同时针对现场继电保护屏柜与励磁变压器CT距离较远的实际情况，验算CT二次电缆线径，以确保CT抗饱和能力。

1 励磁变主要参数

秦一厂励磁变压器相关参数见表1。

表1 励磁变压器主要参数表

2 CT参数选择

依照电流互感器选择及计算导则要求，电流互感器应根据其所属的一次设备的额定电流或最大工作电流(Ib)选择适当的额定一次电流Ipn，并应使得在额定变比Kn条件下的二次电流满足该回路测量仪表及保护装置的准确性要求。

2.1 CT一次额定电流Ipn选择

根据相关要求：Ipn≥1.25Ib，同时测量电流的额定值不宜小于CT一次额定电流的30%，及Ipn×30%≤Ib；

励磁变压器高压侧保护用电流互感器额定一次电流宜根据变压器额定容量选择，取变压器容量计算电流值的150%～200%，结果见表2。

表2 保护用高低压侧额定一次电流

计算选型初选结果：低压侧CT一次额定电流确定为3000 A；高压侧CT一次额定电流选择200 A或300 A。

2.2 CT二次额定电流Isn选择

根据CT选择及计算导则，励磁变CT二次额定电流Isn宜选择1 A。

2.3 CT额定变比Kn

励磁变压器的主保护为差动保护，应使保护的二次电流基本平衡，结果见表3、表4。

表3 高压侧CT额定变比200/1

表4 高压侧CT额定变比300/1

从表3、表4可见，高压侧CT变比选用200/1时不平衡电流相对较大，选用300/1时不平衡电流相对较小，有利于励磁变压器差动保护配置。

根据上表计算结果：确定高压侧CT额定变比Kn=300/1=300。

2.4 CT的准确级

根据《电流互感器和电压互感器选择及计算规程》相关规定：励磁变高压侧电流互感器应选用套管式或母线式电流互感器；电气测量、励磁用电流互感器宜选用一般用途的测量电流互感器；励磁变压器高压侧电流互感器宜配置2组5P级绕组，1组0.5S级绕组；

结合《电流互感器和电压互感器选择及计算规程》附录B“发电机变压器组电流互感器绕组数量及准确级的典型配置”表B.1“300～600 MW发电机变压器电流互感器典型配置”选择如下：

高压侧：套管式或母线式CT，0.5S级(测量绕组)，5P30级(保护绕组)，5P30级(保护绕组)；

低压侧：套管式或母线式CT，0.5S级(测量绕组)，5P30级(保护绕组)，5P30级(保护绕组)。

2.5 CT二次容量选择

测量用CT的二次负荷不应超出下表规定的范围，结果见表5。

表5 测量用CT二次负荷值范围

CT的二次负荷及容量可按下式计算：

式中：Zb——电流互感器的实际二次负荷，Ω；

Kmc——仪表接线的阻抗换算系数，完全星形接线取1，三角形接线取3；

Zm——测量表计线圈的内阻，电子式仪表一般为0.02 Ω，根据实际表计调整，此处取0.04；

Klc——连接导线阻抗换算系数，完全星形接线取1，三角形接线取3；

Rl——连接导线单程电阻，Ω；

Krc——继电器阻抗换算系数，完全星形接线取1，三角形接线取3；

Zr——继电器电流线圈的内阻，微机型电流回路功率损耗按全套1 VA/相选取，等值内阻0.04 Ω；

Rc——接触电阻，Ω，一般取0.05～0.1 Ω，此处取0.1Ω。

Rl=L/(γA),L电缆长度,m,A——导线截面,mm2，γ——电导率，铜取57 m/(Ω×mm2)。结果见表6。

表6 各侧绕组计算结果(4 mm2)

根据表5数据，选用4 mm2铜芯电缆，为满足准确级的要求，CT二次容量选择如下：

高压侧：测量绕组2.5 VA 保护绕组5 VA、5 VA； 低压侧：测量绕组2.5 VA 保护绕组2.5 VA、2.5 VA。

2.6 CT动稳定和热稳定保证值选择

按照规定，CT的额定动稳定电流(Idyn)、额定短时热电流(Ith)和额定连续热电流(Icth)应能满足所在一次回路的最大负荷电流和短路电流的要求。其中额定动稳定电流为在二次绕组短路的情况下，电流互感器能承受住其电磁力的作用而无电气或机械损伤的最大一次峰值电流；额定短时热稳定电流为在二次绕组短路的情况下，电流互感器能够承受1 s且无损伤的一次电流方均根值。

动稳定校验：Idyn≥Ich；热稳定校验：Ith2验tth≥th。

式中:Ich——最大运行方式下冲击电流，kA；tth=1 s；

Qt——短路电流热效应,kA2s。

经计算，高压侧CT：Ich=418 kA，Ith=76 kA；低压侧CT：Ich=67 kA，Ith=13 kA。

2.7 励磁变CT的选型结论

高压侧CT选型：300/300/300/1 A,0.5S/5P30/5P30,2.5 VA/5 VA/5 VA，动稳定电流≮450 kA，1 s热稳定电流≮80 kA。

低压侧CT选型：3000/3000/3000/1 A,0.5S/5P30/5P30,2.5 VA/2.5 VA/2.5 VA，动稳定电流≮80 kA，1 s热稳定电流≮20 kA。

3 提升CT抗饱和能力

以上对CT计算按典型设计开展，经核算采用4 mm2二次电缆 ,CT容量满足要求但裕度偏小。为提高裕度，需制定可行方案提升CT抗饱和能力，因CT按照典型设计参数跟随励磁变压器已采购，但现场二次电缆较长，因此通过增加二次线径的方式进行优化，制定的两种方案如下。

方案一：采用6 mm2线径电缆；方案二：采用4 mm2线径电缆并联。

按前述方法计算两种方案情况下二次回路负荷及容量，见表7。

表7 各侧绕组计算结果(6 mm2 、2×4 mm2)

从表6可以看出，采用方案二对减小CT二次负荷、增加容量裕度，效果更加显著，对提高CT抗饱和能力效果更好。同时由于二次回路端子排的限制，采用方案二也更加便于施工接线，最终选择方案二。

4 结束语

通过结合主回路接线与励磁变压器参数，对CT开展各项参数计算，给出了CT选型及核算的一般方法。同时考虑秦一厂现场应用时设备、电缆的具体情况，对二次电缆线径进行了调整，提高了CT容量裕度，提升了CT抗饱和能力，保障了电厂机组的可靠稳定运行。