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10kV电流互感器变比怎么选择

2016-12-22 20:18:28 | 人围观 | 评论:

     在10kV配电所设计的过程中，10kV电流互感器变比的选择是很重要的，如果选择不当，就很有可能造成继电保护功能无法实现、动稳定校验不能通过等问题，应引起设计人员的足够重视。10kV电流互感器按使用用途可分为两种，一为继电保护用，二为测量用；它们分别设在配电所的进线、计量、出线、联络等柜内。在设计实践中，笔者发现在配变电所设计中，电流互感器变比的选择偏小的现象不在少数。例如笔者就曾发现：在一台630kVA站附变压器(10kV侧额定一次电流为36.4A)的供电回路中，配电所出线柜内电流互感器变比仅为50/5（采用GL型过电流继电器、直流操作）,这样将造成电流继电器无法整定等一系列问题。
对于继电保护用10kV电流互感器变比的选择，至少要按以下条件进行选择:一为一次侧计算电流占电流互感器一次侧额定电流的比例; 二为按继电保护的要求; 三为电流互感器的计算一次电流倍数mjs小于电流互感器的饱和倍数mb1; 四为按热稳定; 五为按动稳定。而对于测量用10kV电流互感器的选择,因其是用作正常工作条件的测量，故无上述第二、第三条要求；下面就以常见的配电变压器为例，说明上述条件对10kV电流互感器的选择的影响，并找出影响电流互感器变比选择的主要因素。
 一． 按一次侧计算电流占电流互感器一次侧额定电流的比例
     根据<<电气装置的电测量仪表装置设计规范>>(GBJ63-90)的规定，在额定值的运行条件下，仪表的指示在量程的70%~100%处,此时电流互感器最大变比应为:
 N=I1 /(0.7*5);
     I1 ----变压器一次侧额定电流, A；
     N----电流互感器的变比；
     显然按此原则选择电流互感器变比时，变比将很小,下面列出400~1600kVA变压器按此原则选择时,电流互感器的最大变比：
     400kVA    I1 =23A   N=6.6  取40/5=8
     500kVA    I1 =29A   N=8.3  取50/5=10
     630kVA    I1 =36.4A  N=10.4  取75/5=15
     800kVA    I1 =46.2A  N=13.2  取75/5=15
     1000kVA   I1 =57.7A  N=16.5 取100/5=20
     1250kVA   I1 =72.2A  N=20.6 取150/5=30
     1600kVA   I1 =92.4A  N=26.4 取150/5=30
     从上表可以看出,
     对于630kVA变压器,电流互感器的最大变比为15，当取50/5=10时,额定电流仅占电流量程3.64/5=72.8%。这可能是一些设计人员把630kVA变压器的供电出线断路器处电流互感器变 比取50/5的一个原因,另外在许多时候，设计时供电部门往往不能提供引至用户处的电源短路容量或系统阻抗，从而使其他几个条件的校验较难进行,这可能是变比选择不当得另一个原因。从下面的分析中，我们将发现按此原则选择时，变比明显偏小,不能采用。
二．按继电保护的要求
    为简化计算及方便讨论， 假设：(1) 断路器出线处的短路容量，在最大及最小运行方式下保持不变； (2) 电流互感器为两相不完全星型接线；（3）过负荷及速断保护采用GL-11型过电流继电器；（4）操作电源为直流220V，断路器分闸形式为分励脱扣。
   配电变压器的过负荷保护及电流速断保护对变比的影响分析如下：
    1. 过负荷保护
    过负荷保护应满足以下要求:
    IDZJ=Kk*Kjx*Kgh*I1RT/(Kh*N)
    IDZJ----过负荷保护装置的动作电流;.
    Kk ----可*系数,取1.3；
    Kjx ----接线系数,取1；
    Kgh ----过负荷系数；
    Kh----继电器返回系数,取0.85；
    a. 对于民用建筑用配电所,一般可不考虑电动机自启动引起的过电流倍数,为可*起见，此时Kgh取2,为满足继电器整定范围要求，电流互感器变比最小应为：N=Kk*Kjx*Kgh*I1RT/(Kh* IDZJ)（GL-11/10型继电器整定范围4~10A）。
Kgh=2时，各容量变压器满足上式要求的电流互感器的最小变比如下：
400kVA I1 =23A N=7.0 取40/5=8 IDZJ取9A
    500kVA I1 =29A N=8.9 取50/5=10 IDZJ取9A
    630kVA I1 =36.4A N=11.1 取75/5=15 IDZJ取8A
    800kVA I1 =46.2A N=14.1 取75/5=15 IDZJ取10A
    1000kVA I1 =57.7A N=17.6 取100/5=20 IDZJ取9A
    1250kVA I1 =72.2A N=22.1 取150/5=30 IDZJ取8A
    1600kVA I1 =92.4A N=28.3 取150/5=30 IDZJ取10A
    注意:按上表选择变比一般都不能满足电流继电器的瞬动电流倍数NS要求（详见以下分析）。
      b.对于工厂用配电所,一般需考虑电动机自启动引起的过电流倍数,
     为可*起见,此时Kgh取3,显然电流互感器变比为满足要求,其值最小为N==Kk*Kjx*Kgh*I1RT/(Kh* IDZJ)。
Kgh=3时，各容量变压器满足上式要求的电流互感器的最小变比如下：
400kVA I1RT =23A N=10.6 取75/5=15 IDZJ取8A
    500kVA I1RT =29A N=13.3 取75/5=15 IDZJ取9A
    630kVA I1RT =36.4A N=16.7 取100/5=20 IDZJ取9A
    800kVA I1RT =46.2A N=21.2 取150/5=30 IDZJ取8A
    1000kVA I1RT =57.7A N=26.5 取150/5=30 IDZJ取9A
    1250kVA I1RT =72.2A N=33.1 取200/5=40 IDZJ取9A
    1600kVA I1RT =92.4A N=42.3 取250/5=50 IDZJ取9A
    注意: 按上表选择变比一般可以满足电流继电器的瞬动电流倍数NS要求（详见以下分析）,
      但还需要进行灵敏度校验,使灵敏度系数Km≥1.5。
      比较以上数据，已经可以得出以下结论:
      按一次侧计算电流占电流互感器一次侧额定电流的比例选择的变比，一般是小于实际所需变比的。
      2. 电流速断保护（采用GL-11/10型反时限电流继电器）
      电流速断保护应满足以下要求:
      IDZJS=Kk*Kjx* IA3max/N;
      NS= IDZJS /IDZJ;
      NS∈{2，3，4，5，6，7，8，9，10};
      IDZJS----继电保护计算出的电流继电器的瞬动电流;
      NS----实际整定的电流继电器的瞬动电流倍数;
      Kk ----可*系数,取1.5；
      Kjx ----接线系数,取1；
      IA3max ----变压器低压侧三相短路时流过高压侧的电流；
      下面按前述假设条件，短路容量变化对变比选择的影响分析如下：
       a. 变压器高压侧B点短路容量SDB为200MVA时
      （1）对于民用建筑用配电所（Kgh=2）
    对各容量变压器,按满足过负荷要求的最小变比选择变比时，NS计算结果如下：
    400kVA IA3max=518A N=8 IDZJ取9A
    IDZJS =97A NS=97/9=10.8>8
    500kVA IA3max=636A N=10 IDZJ取9A
    IDZJS =95.4A NS=95.4/9=10.6>8
    630kVA IA3max=699A N=15 IDZJ取8A
    IDZJS =69.9A NS=69.9/8=8.7>8
    800kVA IA3max=854A N=15 IDZJ取10A
    IDZJS =85.4A NS=85.4/10=8.5>8
    1000kVA IA3max=1034A N=20 I DZJ取9A
    IDZJS =77.6A NS=77.6/9=8.6>8
    1250kVA IA3max=1232A N=30 IDZJ取8A
    IDZJS =61.6A NS=61.6/8=7.7<8
    1600kVA IA3max=1563A N=30 IDZJ取10A
    IDZJS =78.2A NS=78.2/10=7.8<8
    从上表可以得出当SDB=200MVA时:
    各容量变压器,按满足过负荷要求的最小变比选择变比时，一般是小于实际所需变比的。
   （2）对于工厂用配电所（Kgh=3）
        对各容量变压器,按满足过负荷要求的最小变比选择变比时，NS计算结果如下：
       400kVA IA3max=518A N=15 IDZJ取8A
       IDZJS =51.8A NS=51.8/8=6.5<8
       500kVA IA3max=636A N=15 IDZJ取9A
       IDZJS =63.6A NS=63.6/9=7.1<8
       630kVA IA3max=699A N=20 IDZJ取9A
       IDZJS =52.4 A NS=52.4/9=5.8<8
       800kVA IA3max=854A N=30 IDZJ取8A
       IDZJS =42.7A NS=42.7/8=5.3<8
       1000kVA IA3max=1034A N=30 IDZJ取9A
       IDZJS =51.7A NS=51.7/9=5.7<8
       1250kVA IA3max=1232A N=40 IDZJ取9A
       IDZJS =46.2A NS=46.2/9=5.1<8
       1600kVA IA3max=1563A N=50 IDZJ取9A
       IDZJS =46.9A NS=46.9/9=5.2<8
       从上表可以得出当SDB=200MVA时:
       各容量变压器,按满足过负荷要求的最小变比选择变比时，都能满足速断保护要求的。
     b. 变压器高压侧B点短路容量SDB为100MVA时
    （1）对于民用建筑用配电所（Kgh=2）
     对各容量变压器,按满足过负荷要求的最小变比选择变比时，NS计算结果如下：
    400kVA IA3max=496A N=8 IDZJ取9A
       IDZJS =93A NS=93/9=10.3>8
       500kVA IA3max=604A N=10 IDZJ取9A
       IDZJS =90.6A NS=90.6/9=10.1>8
       630kVA IA3max=660A N=15 IDZJ取8A
       IDZJS =66A NS=66/8=8.25>8
       800kVA IA3max=796A N=15 IDZJ取10A
       IDZJS =79.6A NS=79.6/10=7.96<8
       1000kVA IA3max=949A N=20 I DZJ取9A
       IDZJS =71.2A NS=71.2/9=7.91<8
       1250kVA IA3max=1114A N=30 IDZJ取8A
       IDZJS =55.7A NS=55.7/8=6.96<8
       1600kVA IA3max=1324A N=30 IDZJ取10A
       IDZJS =66.2A NS=66.2/10=6.6<8
       从上表可以得出当SDB=100MVA时:
    各容量变压器,按满足过负荷要求的最小变比选择变比，且变压器容量大于630KVA时，能满足速断保护要求的。
   （2）对于工厂用配电所（Kgh=3）
    计算结果同SDB=200MVA。
     c. 变压器高压侧B点短路容量为50MVA时
    （1）对于民用建筑用配电所（Kgh=2）
     对各容量变压器,按满足过负荷要求的最小变比选择变比时，NS计算结果如下：
       400kVA IA3max=458A N=8 IDZJ取9A
       IDZJS =85.9A NS=85.9/9=9.5>8
       500kVA IA3max=547A N=10 IDZJ取9A
       IDZJS =82A NS=82/9=9.1>8
      630kVA IA3max=593A N=15 IDZJ取8A
      IDZJS =59.3A NS=59.3/8=7.4<8
     800kVA IA3max=700A N=15 IDZJ取10A
     IDZJS =70A NS=70/10=7<8
     1000kVA IA3max=816A N=20 I DZJ取9A
     IDZJS =61.2A NS=61.2/9=6.8<8
     1250kVA IA3max=934A N=30 IDZJ取8A
     IDZJS =46.7A NS=46.7/8=5.8<8
     1600kVA IA3max=1077A N=30 IDZJ取10A
     IDZJS =53.9A NS=53.9/10=5.9<8
     从上表可以得出当SDB=50MVA时:
     各容量变压器,按满足过负荷要求的最小变比选择变比，且变压器容量大于500KVA时，能满足速断保护要求的。
    （2）对于工厂用配电所（Kgh=3）
       计算结果同SDB=200MVA。
       注意:(1)因瞬动时灵敏度的校验不在本文讨论的范围，实际使用时按继电保护的要求选择变比后，还应进行灵敏度的校验。(2)当采用去分流跳闸方式时，对变比还有影响的因素可能有：去分流触点容量校验及去分流后电流互感器容量的校验。
 三．按mjs< mb1选择
    上式中mjs=Imax1/Ie1 ;
    mb1=Ib1/Ie1;
    mjs----电流互感器的计算一次电流倍数；
    mb1----电流互感器的饱和倍数；
   Imax1----继电保护算出的最大一次电流；
   Ie1----电流互感器的额定一次电流；
   Ib1----电流互感器的饱和电流；
   下面先分析影响mb1及 mjs的因素。
  1. 影响电流互感器的计算一次电流倍数mb1的因素有以下几个方面:
  a.电流互感器的型号对mb1的影响：
  为简单起见，下面仅以LFS(B)-10及LCJ-10为例作一下比较(均按B级)：
    对于LFS(B)-10，额定一次电流20~600A， 在二次负荷（COSф=0.8）为2欧,10%倍数为10倍。
    对于LCJ-10，额定一次电流20~600A， 在二次负荷（COSф=0.8）为2欧,10%倍数为6倍。
     从上面的对照中，可以发现LFS(B)-10互感器的mb1值是远大于LCJ-10互感器的mb1值的。
     目前还有一些产品，加强了B级10%倍数，如对于LFSQ-10、LZZJB6-10型，B级10%倍数在100~1500A时达15。
 b. 二次负载的变化对mb1的影响
    为简单起见，下面仅以LFS(B)-10为例作一下比较(均按B级)：  对于LFS(B)-10，额定一次电流75~1500A，
    在二次负荷（COSф=0.8）为2欧,10%倍数为10倍;而在二次负荷（COSф=0.8）为1欧,10%倍数达~17倍。
     c. 电流互感器的变比对mb1的影响
    对于同种型号的电流互感器,变比的变化对mb1的影响也是不同的。有些型号,变比的变化对mb1的影响很小，如对于LFS(B)-10，额定一次电流75~1500A时，
    在二次负荷（COSф=0.8）为2欧,10%倍数均为10倍；而有些型号,变比的变化对mb1的影响较大，对于LA(B)-10，在额定一次电流75~1000A，二次负荷（COSф=0.8）为2欧,10%倍数均为10倍,
    在额定一次电流1500A，二次负荷（COSф=0.8）为2欧,10%倍数达~17倍,
    2. 影响电流互感器的计算一次电流倍数mjs的因素分析如下:
    从Imax1=1.1* IDZJS /Ie2 ；
     IDZJS=Kk*Kjx* IA3max/N;
    1.1----由于电流互感器的10%误差，使其一次电流倍数大于额定二次电流倍数的系数；
    Ie2----电流互感器的额定二次电流；
    可以看出,
    IDZJS的大小与是mjs大小的关键,IDZJS是通过继电保护计算后整定的，而IDZJS的整定值是由系统在B处短路容量SDB及电流互感器的变比共同确定的。
显然电流互感器的变比越小，而短路容量SDB确定时，IDZJS的整定值就越大, 就使mjs越大,越难满足mjs<
    mb1,相反,电流互感器的变比越大，就使mjs越小，越容易满足mjs<
     mb1。，事实上互感器的变比的增大，可显著的降低mjs的数值,下面取630kVA 变压器为例来加以说明:
     在Kgh=3, SDB=200MVA时, N=100/5=20, IA3max=699A, IDZJ取9A ,IDZJS=52.4 A ,NS=52.4/9=5.8取6,此时IDZJS =6*9=54 A, Imax1=1.1* IDZJS /Ie2=1.1*54/5=11.88,目前电流互感器10%倍数在额定负载下的最小倍数一般为10倍,显然在额定负载下Imax1已不能满足要求,当然此时也可通过减小二次线路阻抗，或选用高性能的电流互感器来满足mjs<  mb1。
     若变比N改为150/5=30, 且在Kgh, SDB保持不变时, IDZJ=5.56A取6A ,IDZJS =35A
      NS=35/6=5.8取6,此时IDZJS =6*6=36A, Imax1=1.1* IDZJS /Ie2=1.1*36/5=7.9<10,显然在额定负载下Imax1已很容易能满足要求。
    另外短路容量SDB越大，而电流互感器的变比确定时，IDZJS的整定值就越大，就使mjs越大,越难满足mjs<
    mb1，下面仍以630kVA 变压器为例来加以说明(假设Kgh=3，N=20):
    SDB=200MVA时IA3max=699A IDZJS=34.95A；
    SDB=100MVA时IA3max=660A IDZJS=33A；
    SDB=50MVA 时IA3max=593A IDZJS=29.65A；
    从上面数据可以得出: 短路容量SDB变化对IDZJS的影响较变比对IDZJS的影响变化较小。
    另外需要指出的是：如果电流互感器的变比能通过继电保护的校验，理论上mjs的最大值为mjs=Imax1/Ie1 =1.1*10*8/5=17.6;此时要求mjs<
     mb1是有一定困难的，本人认为在实际设计过程中应合理控制mjs，若mjs较大,建议采用加强了B级10%倍数的电流互感器。
    通过以上的分析, 可以得出以下结论：
    按继电保护要求选择的最小变比，通过互感器合理的选型及二次侧负荷的调整后，一般都是可以满足mjs< mb1选择要求的。
    四. 按热稳定.动稳定选择
    显然电流互感器热.动稳定校验能否通过取决于C处的短路容量SDC,下面仍按SDC=200,100,50MVA三种情况进行考虑，此时，C处短路电流如下:
SDC=200MVA时 I”C3max=11kA , IC3max=16.7kA , iC3max=28kA ;
    SDC=100MV时 I”C3max=5.5kA , IC3max=8.35kA , iC3max=14kA ;
    SDC=50MV时 I”C3max=2.75kA , IC3max=4.18kA , iC3max=7kA ;
    式中I”C3max ----C处三相短路电流周期分量；
    IC3max ----C处三相短路电流有效值；
    IC3max ----C处三相短路冲击电流值；
    考虑到配电变压器属于电网末端，目前断路器一般均采用中.高速断路器并为无延时的速断保护，故短路假想时间t<0.3s,下面按t=0.3s进行校验。
 以LA-10为例:
       在SDC=200MVA时其变比至少应为200/5,此时该互感器热稳定允许三相短路电流有效值为32.9kA,
    动稳定允许三相短路电流冲击值为32kA。
    在SDC=100MVA时其变比至少应为100/5,此时该互感器热稳定允许三相短路电流有效值为16.4kA,
    动稳定允许三相短路电流冲击值为16kA。
    在SDC=50MVA时其变比至少应为50/5,此时该互感器热稳定允许三相短路电流有效值为8.2kA,
    动稳定允许三相短路电流冲击值为8kA。
    从上面分析中，可以得出:(1)电流互感器动稳定要求比热稳定要求为高;(2)在系统短路容量较小时，电流互感器动.热稳定较容易满足。
五. 通过以上分析，对配电变压器保护用电流互感器的变比选择按以下顺序较为合理：
    首先，应按继电保护的要求选择变比，特别是电流速断保护,尤其是当系统短路容量较大时。
    其次，在实际设计过程中应合理控制mjs，若mjs较大,建议采用加强了B级10%倍数的电流互感器。
    再次，当系统短路容量较大时，电流互感器动稳定的校验不能忽略。
    此外对于测量用电流互感器的变比选择,则要以电流互感器动稳定的校验作为重点。对于配电所的进线柜.联络柜等柜内电流互感器的变比选择,与变压器保护用电流互感器的变比选择类似，本文不再赘述，而对于由降压站引至分配电所的10kV供电线路的保护，需注意，此时一般采用DL型继电器进行保护，并采用过负荷及带时限电流速断保护，为了保证选择性，过负荷保护装置动作时限一般取1.0~1.2s(下级保护装置动作时限按0.5s考虑),
        带时限电流速断保护保护装置动作时限一般取0.5s,显然在次条件下电流互感器动稳定对变比得要求将大大提高，已成为影响变比的主要因素,应引起足够的重视。




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