电流互感器变比的合理选择

电流互感器变比的合理选择 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 (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=I1RT /(0.7*5); I1RT -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 4001600kVA 变压器按此原则选择时 ,电流互感器的最大 变比： 400kVA I1RT =23A N=6.6 取 40/5=8 500kVA I1RT =29A N=8.3 取 50/5=10 630kVA I1RT =36.4A N=10.4 取 75/5=15 800kVA I1RT =46.2A N=13.2 取 75/5=15 1000kVA I1RT =57.7A N=16.5 取 100/5=20 1250kVA I1RT =72.2A N=20.6 取 150/5=30 1600kVA I1RT =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。 图 1为配电变压器一次主接线图， B,C两处短路容量按 200,100,50MVA 三档考虑其影响。 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 410A）。 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 I1RT =23A N=7.0 取 40/5=8 IDZJ 取 9A 500kVA I1RT =29A N=8.9 取 50/5=10 IDZJ 取 9A 630kVA I1RT =36.4A N=11.1 取 75/5=15 IDZJ 取 8A 800kVA I1RT =46.2A N=14.1 取 75/5=15 IDZJ 取 10A 1000kVA I1RT =57.7A N=17.6 取 100/5=20 IDZJ 取 9A 1250kVA I1RT =72.2A N=22.1 取 150/5=30 IDZJ 取 8A 1600kVA I1RT =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=10.88 500kVA IA3max=636A N=10 IDZJ 取 9A IDZJS =95.4A NS=95.4/9=10.68 630kVA IA3max=699A N=15 IDZJ 取 8A IDZJS =69.9A NS=69.9/8=8.78 800kVA IA3max=854A N=15 IDZJ 取 10A IDZJS =85.4A NS=85.4/10=8.58 1000kVA IA3max=1034A N=20 I DZJ 取 9A IDZJS =77.6A NS=77.6/9=8.68 1250kVA IA3max=1232A N=30 IDZJ 取 8A IDZJS =61.6A NS=61.6/8=7.78 500kVA IA3max=604A N=10 IDZJ 取 9A IDZJS =90.6A NS=90.6/9=10.18 630kVA IA3max=660A N=15 IDZJ 取 8A IDZJS =66A NS=66/8=8.258 800kVA IA3max=796A N=15 IDZJ 取 10A IDZJS =79.6A NS=79.6/10=7.968 500kVA IA3max=547A N=10 IDZJ 取 9A IDZJS =82A NS=82/9=9.18 630kVA IA3max=593A N=15 IDZJ 取 8A IDZJS =59.3A NS=59.3/8=7.48 800kVA IA3max=700A N=15 IDZJ 取 10A IDZJS =70A NS=70/10=78 1000kVA IA3max=816A N=20 I DZJ 取 9A IDZJS =61.2A NS=61.2/9=6.88 1250kVA IA3max=934A N=30 IDZJ 取 8A IDZJS =46.7A NS=46.7/8=5.88 1600kVA IA3max=1077A N=30 IDZJ 取 10A IDZJS =53.9A NS=53.9/10=5.98 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 20600A， 在二次负荷（ COS =0.8）为 2欧 ,10%倍数为 10倍。 对于 LCJ-10，额定一次电流 20600A， 在二次负荷（ COS =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 1001500A 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 751500A， 在二次负荷（ COS =0.8）为 2欧 ,10%倍数为 10倍 ;而在二次负荷（ COS =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 751500A 时， 在二次负荷（ COS =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 751000A，二次负荷（ COS =0.8）为 2欧 ,10%倍数均为 10倍 , 在额定一次电流 1500A，二次负荷（ COS=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=7.910,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 t0.3s,下面按 t=0.3s进行校验。