500 kV變電站主變差動(dòng)保護(hù)用TPY級(jí)電流互感器參數(shù)優(yōu)化

李穎瑾，王文莉，梅 芳

（山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250013）

0 引言

通常500 kV變電站規(guī)劃安裝4×750 MVA主變，本期安裝2×750 MVA主變。變壓器多選用單相自耦無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓變壓器，其相關(guān)參數(shù)如下：

容量：250/250/80 MVA

接線組別：Ia0i0

短路電壓百分比：UkI-II%=16，UkI-III%=54，UkII-III%=36

通常500 kV采用一個(gè)半斷路器接線，220 kV采用雙母線單分段接線，35 kV采用按變壓器單元制單母線接線，不帶總斷路器。

1 主變差動(dòng)保護(hù)用TPY級(jí)繞組參數(shù)的計(jì)算依據(jù)

主變壓器保護(hù)采用微機(jī)保護(hù)，電氣量主、后備保護(hù)按雙重化配置，雙套保護(hù)配置不同的電流互感器繞組。用于主變差動(dòng)保護(hù)的各側(cè)繞組皆選用TPY級(jí)繞組，各側(cè)二次側(cè)電流均選為1 A，通常500 kV側(cè)變比為3 000～4 000/1 A，220 kV側(cè)為2 000～2 500/1 A，35 kV側(cè)為2 500/1 A。

電流互感器的二次負(fù)載一般可用阻抗Zb（Ω）或容量Sb（VA）來(lái)表示。兩者之間的關(guān)系為：Zb=Sb/Isn2，對(duì)二次額定電流為1 A時(shí)，Zb=Sb。通常TPY級(jí)二次繞組容量選為15 VA，但隨著電子式儀表及微機(jī)保護(hù)的廣泛應(yīng)用，控制保護(hù)大量下放，二次負(fù)載大大降低，相應(yīng)的二次負(fù)載也可選用較低的額定值，以降低TPY繞組的體積及整體造價(jià)。

根據(jù)《電流互感器和電壓互感器選擇及計(jì)算導(dǎo)則》7.4.2.2條“高壓側(cè)為330 kV～500 kV的降壓變壓器的差動(dòng)保護(hù)回路各側(cè)均宜選用TPY級(jí)電流互感器。高、中壓側(cè)宜按外部線路故障C-O-C-O工作循環(huán)校驗(yàn)暫態(tài)特性。低壓側(cè)為三角形接線時(shí)，可按外部三相短路C-O工作循環(huán)校驗(yàn)?！北疚囊劳猩綎|省典型變電站參數(shù)，對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)用TPY級(jí)電流互感器的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算、選擇。

1.1 一般計(jì)算原則

根據(jù)電流互感器的訂貨技術(shù)規(guī)范書中廠家提供的電流互感器的固有參數(shù)及設(shè)計(jì)院選取的相關(guān)參數(shù)，如Tp、Ts、Kssc、Kd、Rct和Rbn等，校驗(yàn)互感器性能是否滿足實(shí)際穩(wěn)態(tài)短路電流倍數(shù)及規(guī)定工作循環(huán)的要求。Tp為一次時(shí)間常數(shù)，Ts為二次時(shí)間常數(shù)，Kssc為額定對(duì)稱短路倍數(shù)，Kd為額定暫態(tài)面積系數(shù)，Rct為電流互感器二次繞組電阻，Tb為互感器實(shí)際外接負(fù)載，Rbn為電流互感器額定負(fù)載。

電流互感器額定二次極限電動(dòng)勢(shì)為

式中，Ktd為暫態(tài)面積系數(shù)。

電流互感器的等效二次極限電動(dòng)勢(shì)E′a1為

式中：Ktd′為實(shí)際的暫態(tài)面積系數(shù)；Kpcf為保護(hù)校驗(yàn)系數(shù)。

電流互感器的額定等效二次極限電動(dòng)勢(shì)Ea1應(yīng)大于保護(hù)要求的等效二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E′a1。

TPY電流互感器應(yīng)按暫態(tài)誤差ε=100 Ktd′/ωTs%，校驗(yàn)實(shí)際誤差不應(yīng)超過(guò)10%。

1.2 短路電流的選取

對(duì)差動(dòng)保護(hù)用的TPY級(jí)繞組按照區(qū)外故障不誤動(dòng)作為校驗(yàn)條件，區(qū)內(nèi)故障應(yīng)可靠動(dòng)作。

當(dāng)主變500 kV側(cè)進(jìn)線處發(fā)生短路，為區(qū)外故障，流經(jīng)主變500 kV側(cè)CT的短路電流為500 kV系統(tǒng)及220 kV經(jīng)主變提供的，經(jīng)計(jì)算，主要為系統(tǒng)提供的短路電流，總值約為50 kA，需進(jìn)行C-O操作循環(huán)校驗(yàn)。當(dāng)與主變同串的出線發(fā)生短路，流經(jīng)主變短路電流與進(jìn)線處相同，都約為50 kA，但因線路故障啟動(dòng)重合閘，因此需進(jìn)行C-O-C-O操作循環(huán)的校驗(yàn)。綜上所述，需按較嚴(yán)重情況校驗(yàn)，即短路電流為50 kA，按C-O-C-O操作循環(huán)進(jìn)行校驗(yàn)。

2 TPY級(jí)電流互感器各參數(shù)計(jì)算

變壓器為500/220/35 kV自耦變壓器，容量為750 kVA。高壓側(cè)短路電流為50 kA,系統(tǒng)一次時(shí)間常數(shù)Tp=0.1 s,中壓側(cè)短路電流為12 kA,系統(tǒng)一次時(shí)間常數(shù)Tp=0.06 s。變壓器差動(dòng)保護(hù)各側(cè)均選用TPY電流互感器，校驗(yàn)條件是：高、中壓側(cè)按外部線路故障并重合閘時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不誤動(dòng)，即要求保證C-0.1s-O-0.8s-C-0.1 s-O工作循環(huán)電流互感器不致暫態(tài)飽和。低壓側(cè)按外部三相短路C-0.1 s-O工作循環(huán)進(jìn)行校驗(yàn)。

2.1 變壓器500 kV側(cè)TPY參數(shù)選擇

變壓器500 kV側(cè)額定電流為867 A。500 kV側(cè)母線采用一個(gè)半斷路器接線，電流互感器選用TPY級(jí)，變比選為2 500/1A，Kssc=20，Tp=0.1s，Rct=9Ω，Rbn=10 Ω，Tsn=0.8s，互感器額定工作循環(huán)為C-0.1 s-O-0.5s-C-0.04s-O，即t'=0.1 s，tfr=0.5 s，t″=0.04 s，Ktd可按給定的兩次通電工作循環(huán)帶入有關(guān)參數(shù)求得：

由此根據(jù)式（1）求出電流互感器額定二次極限電動(dòng)勢(shì)為

現(xiàn)校驗(yàn)電流互感器是否滿足要求。

計(jì)算實(shí)際負(fù)載：

選擇控制電纜為銅芯4mm2，電纜長(zhǎng)度為240 m，電纜的電阻為

接觸電阻共取0.1Ω，（不按每點(diǎn)計(jì)）

(4)熱量分配:三餐熱量分配一般為1/5,2/5,2/5或1/3,1/3,1/3或四餐1/7,2/7,2/7,2/7。三餐飲食內(nèi)容要搭配均用,每餐均有糖類、脂肪和蛋白質(zhì),且要定時(shí)?？砂床∪松盍?xí)慣、病情及配合治療的需要來(lái)調(diào)整[3]。

單相短路時(shí)，Klx.zk＝2，短路電流通過(guò)中性線，電阻為三相短路時(shí)的兩倍。

每套保護(hù)裝置負(fù)載Pj為0.5 VA,TPY級(jí)繞組接主變縱差保護(hù)一套裝置

即實(shí)際二次負(fù)載Rb為2.706Ω,則實(shí)際二次時(shí)間常數(shù)為

按校驗(yàn)條件C-0.1 s-O-0.8 s-C-0.1 s-O工作循環(huán)，根據(jù)式（3）求出要求的暫態(tài)面積系數(shù)為：

考慮最嚴(yán)重條件下穿越電流為最大短路電流，即Kpcf=Iscmax/Ipn=50 000/2 500=20，實(shí)際的Rb=2.6，根據(jù)式（2），所選用電流互感器的等效二次極限電動(dòng)勢(shì)E′a1為：

E′a1=Ktd′Kpcf（Rct+Rb）=29.28×20×（9＋2.6）=6793 V

E′a1小于電流互感器額定等效二次極限電動(dòng)勢(shì)Ea1=7 790 V，符合要求。

TPY級(jí)電流互感器實(shí)際工作的暫態(tài)誤差

符合不超出10%的要求。

由上計(jì)算，TPY級(jí)電流互感器參數(shù)選為：變比2500/1 A，Kssc=20，額定工作循環(huán)為C-0.1s-O-0.5s-C-0.04s-O,10 VA。

2.2 變壓器220 kV側(cè)TPY參數(shù)選擇

變壓器220 kV側(cè)額定電流為1970 A，220 kV側(cè)短路穿越變壓器電流為12 kA。電流互感器選用TPY級(jí)，變比選為2 500/1 A，Kssc=15，Tp=0.06 s，Rct=9 Ω，Rbn=10 Ω，Tsn=0.6 s，互感器額定工作循環(huán)為C-0.1s-O，即t′=0.1 s,額定暫態(tài)面積系數(shù)Ktd為

根據(jù)式（1），求出電流互感器額定二次極限電動(dòng)勢(shì)為

計(jì)算實(shí)際負(fù)載：

選擇控制電纜為銅芯4mm2，電纜長(zhǎng)度為300 m，根據(jù)式（4），電纜的電阻為

接觸電阻共取0.1 Ω，（不按每點(diǎn)計(jì)），根據(jù)式（5）

單相短路時(shí)，Klx.zk＝2，短路電流通過(guò)中性線，電阻為三相短路時(shí)的兩倍。

每套保護(hù)裝置負(fù)載Pj為0.5 VA,TPY級(jí)繞組接主變縱差保護(hù)一套裝置，根據(jù)式（6）

即實(shí)際二次負(fù)載Rb為3.24 Ω，根據(jù)式（7）實(shí)際二次時(shí)間常數(shù)為

按220kV短路并進(jìn)行重合閘為校驗(yàn)條件，220 kV側(cè)一次時(shí)間常數(shù)取0.06 s，工作循環(huán)按C-0.1 s-O-0.8 s-C-0.1 s-O，根據(jù)式（3），暫態(tài)面積系數(shù)K′td為

中壓側(cè)短路穿越電流為12 kA，Kpcf=12 000/2 500=4.8,實(shí)際的Rb=3.14 Ω，根據(jù)式（2），所選用電流互感器的等效二次極限電動(dòng)勢(shì)為

E′a1小于電流互感器額定等效二次極限電動(dòng)勢(shì)Ea1=4 218 V，符合要求。

TPY級(jí)電流互感器實(shí)際工作的暫態(tài)誤差，根據(jù)式（8）為

ε=100Ktd′/ωTs%=100×26.64/（314×0.93）=9.12%

符合不超出10%的要求,但接近允許誤差極限，宜適當(dāng)提高220 kV側(cè)的TPY互感器額定二次負(fù)載Rbn，例如提高到15 Ω,或提高二次時(shí)間常數(shù)Tsn，例如提高到0.8 s，可增加誤差裕度。

3 結(jié)論

主變500 kV側(cè)TPY級(jí)電流互感器參數(shù)可優(yōu)化為：變比2 500/1 A，Kssc=20，額定工作循環(huán)為C-0.1 s-O-0.5s-C-0.04s-O，10VA，原二次繞組容量15 VA可優(yōu)化為10 VA。

以往工程中，220 kV側(cè)TPY級(jí)電流互感器參數(shù)選擇為：變比2 500/1 A，Kssc=20，額定工作循環(huán)為C-0.1 s-O-0.5 s-C-0.04 s-O，15 VA，GIS外形較小的設(shè)備廠如平高東芝廠等無(wú)法安裝下此TPY繞組。由以上計(jì)算及咨詢電流互感器廠家，TPY級(jí)電流互感器參數(shù)選為：變比2 500/1 A，Kssc=15，額定工作循環(huán)為C-0.1 s-O，10 VA，Tsn=0.8 s，GIS外形較小的設(shè)備廠皆可滿足此TPY繞組的安裝空間，解決了以往工程中TPY繞組受限于GIS訂貨廠家的問(wèn)題，優(yōu)化了TPY繞組的設(shè)計(jì)參數(shù)，節(jié)省了工程投資。