220kV变电站主变压器保护配置与整定计算

论文题目：论文题目：220kV 变电站主变压器保护配置及整定计算 专专 业：业：电气工程及其自动化 本本 科科 生：生： （签名） 指导教师：指导教师： （签名） 摘 要 变电站作为电力系统中承担升降压与潮流调整功能的重要组成部分，一旦发生故障 得不到及时有效的解决，将会引起整个电力网的异常甚至是崩溃。而变压器作为变电站 中的核心设备，其安全等级决定了整个变电站的运行效益。所以，一个安全、可靠、经 济的变压器保护设计，将会对电力系统的运行起到至关重要的作用。 本文是对给定资料的 220kV 变电站主变压器保护进行配置与整定计算的设计说明书。 该设计的主要过程为：通过对该变电站原始资料进行分析，进行电气一次主接线设计后， 得到电网简化图，从而有针对性地对其主变压器保护进行配置及整定计算。其中计算部 分主要包括短路电流计算、设备选型参数计算、保护配置的整定计算；所需绘制的工程 图纸主要有电气一次主接线图和变压器保护配置图。 关键词: :220kV 变电站设计，变压器保护，短路计算，互感器选择 Subject: The configuration and setting calculation of Main Transformer in 220kV Substation Specialty: Electric Engineering and Automation Name: (Signature) Instructor: (Signature) ABSTRACT Substation is very important in the power system because of its function of changing the voltage and adjusting the trend of power. When of faults are not be solved timely and effectively, they will cause the irregular operation or even collapse in the power system. The transformers are regarded as the core equipments in the substation, its safety level determines the running benefit of the whole substation. Thats to say, a safe, reliable and economic design of transformer protection, will play a crucial role in the operation of the power system. This article is the instruction and procedure of the configuration and setting calculation of a main transformer protection in a 220kV substation. Analyzing the raw data of the substation, determining the main electrical wiring forms, and then we can get the grid simplified diagram, which is used for doing configuration and calculation of the main transformer protection. The part mainly includes the short circuit current calculation, equipment selection, and the setting calculation of the protection configuration. The main electrical wiring diagram and the protections configuration diagram will be needed. KEY WORDS： the design of the substation，the transformer protection，the short circuit current calculation，equipment selection 目 录 1 绪 论.1 1.1 变电站设计与变压器保护设计的背景与现状 .1 1.2 主要设计任务说明 .1 1.3 设计的意义与目的 .2 2 变电站电气主接线设计.3 2.1 电气主接线概述 .3 2.2 主接线的基本形式 .3 2.3 主接线方案选择 .3 3 主变压器的选择.5 4 短路电流计算.6 4.1 各元件标幺值计算 .6 4.2 系统等效电路图 .7 4.3 短路电流计算 .8 4.3.1 两台主变压器并列运行时 220kV 侧母线短路时的计算 .8 4.3.2 两台主变压器并列运行时 110kV 侧母线短路时的计算 .9 4.3.3 两台主变压器并列运行时 10kV 侧母线短路时的计算 .10 4.3.4 单台变压器运行时 220kV 侧母线短路时的计算 .12 4.3.5 单台变压器运行时 110kV 侧母线短路时的计算 .12 4.3.6 单台变压器运行时 10kV 侧母线短路时的计算 .13 4.3.7 外部最小短路电流的计算 .14 4.4 短路电流计算结果 .17 5 互感器的选择及参数计算.18 5.1 互感器概述 .18 5.2 电流互感器的选择 .18 5.2.1 电流互感器在主接线中的配置原则 .18 5.2.2 电流互感器的选择方法 .19 5.2.3 主变 220kV 侧电流互感器的选择 .22 5.2.4 主变 110kV 侧电流互感器的选择 .23 5.2.5 主变 10kV 侧电流互感器的选择 .24 5.3 电压互感器的选择 .25 5.3.1 电压互感器在主接线中的配置原则 .25 5.3.2 电压互感器的选择方法 .26 6 主变压器保护.28 6.1 概述 .28 6.1.1 变压器的故障及不正常运行状态 .28 6.1.2 变压器保护装设的原则 .29 6.2 瓦斯保护 .31 6.2.1 设置原则 .31 6.2.2 动作原理 .32 6.2.3 瓦斯保护的整定 .34 6.3 纵联差动保护 .35 6.3.1 纵联差动保护的原理 .35 6.3.2 BCH-2 型纵联差动保护的整定计算.36 6.3.3 BCH-1 型纵联差动保护的整定计算.42 6.4 相间故障后备保护 .46 6.4.1 变压器的过电流保护 .46 6.4.2 变压器的复合电压起动过电流保护 .49 6.5 接地故障后备保护 .51 6.6 过负荷保护 .54 6.7 过励磁保护 .54 6.8 变压器保护配置结论 .55 7 结论与展望.57 致 谢.58 参考文献.59 1 绪 论 1.1 变电站设计与变压器保护设计的背景与现状 随着经济的发展，尤其是计算机及网络技术的发展，电力系统的变电技术也有了新 的飞跃。我国变电站设计也出现了一些新的趋势。其主要表现为：1、变电站接线方案 趋于简单；2、大量采用新的电气一次设备。而由此也使得我国变电站朝着数字化、装 配化、智能化、自动化大力发展。而随着科学技术的不断发展，变电站综合自动化（无 人值班变电站）也必将最终完全取代传统的变电站二次系统。 随着科学技术的发展，变压器保护也从传统的电磁继电式朝着数字微机化的方向转 变。特别是数字信号处理器的出现，为变压器外部数据的采集与分析提供了更有效的工 具。这样不仅能够提高微机型保护的速度和精度，还为变压器保护提供了一个新的设计 思想，使得原本复杂的算法能够在保护装置中实现。现代数学工具如：模糊理论、小波 分析和神经网络等理论越来越多的融入到了变压器保护当中，一方面为传统的变压器保 护提供了更多的解决方法，另一方面，可以提高变压器保护“智能化”的程度。而与此 同时，变压器保护装置中新的传感元件和测量元件的投入，对变压器的故障诊断及预测， 运行状态的监测与分析提供了更为可靠有效的操作方法。 大型电力变压器的继电保护从电磁型、整流型、晶体管型、集成电路型发展到了微 机时代。计算机与信号处理技术、通信技术的飞速发展，以及计算机网络的功能日益增 强，将促成微机保护的更进一步发展。而新的测量技术，保护算法的不断完善，也将为 变压器保护的智能化、自动化提供更为广阔的发展空间。 1.2 主要设计任务说明 本次设计任务主要是对给定资料的 220kV 变电站主变压器保护进行配置及整定计算， 所以对于变电站一次只做初步设计，具体设计成品能满足二次保护整定计算即可。本次 设计中，一次设计任务有：220kV 变电站电气主接线设计，主变压器的选择，互感器的 配置；二次设计任务有：主变压器主保护（瓦斯保护、纵联差动保护）的配置与计算， 相间后备保护、接地后备保护的配置与计算，以及变压器其他保护的配置。 目前针对上述设计任务而言，国内已经有了很成熟的技术。设计者所需要做的，便 是按照规程要求，对多种设计方案比较选择，最终得出能够经济、可靠的保护方案。 1.3 设计的意义与目的 变电站作为电力系统中的重要组成部分，直接影响电力系统的安全与经济运行。其 主要担负电网运行中的“变” ，即升、降压功能，对电网远距离输电、配电等起着不可 或缺的作用。变电站就其在电力系统中的地位和作用，可分为枢纽变电站、中间变电站、 地区变电站。而根据变电站电压等级及种类不同，对其电气主接线的可靠性、经济性等 要求也不尽相同。从而，针对变电站具体情况设计最为合适的电气主接线尤为重要。合 理的主接线方案，对保证变电站设计方案的安全、灵活、经济都有着重要的意义。这样 就决定了变电站的电气主接线设计是变电站设计中最为关键的一环。而电力系统是我国 经济的重要能源部门，变电站设计更是电力工业建设中必不可少的一个项目。 电力变压器（主变）是变电站中的重要电气设备，其高压侧以交换潮流为主，起系 统交换功率的作用，或使长距离输电线路分段；低压侧降压供给当地用电或低电压等级 母线。一旦主变压器发生故障得不到恰当、及时的处理将导致变电站停电，从而引起整 个区域电网解列。同时大容量的电力变压器本身也是十分贵重的设备。因此应根据变压 器容量和电压等级及其重要程度，装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。而在电力 系统中，变压器一个完善合理的保护配置可使变压器更安全、稳定、经济运行，从而使 电力网能够更可靠地发挥其作用，最终保证国民生产的经济效益。 通过本次给定变电站相关资料，从而对其主变保护进行配置整定的设计，将使设计 者对变电站、变压器保护等知识有更深一步的了解。同时可以使设计者认识到当理论与 实际相结合时，必须充分考虑各方面因素。而更重要的是，专业、细致的设计思考，一 旦付诸实施，其所直接影响的便是经济效益。这样的科学研究（设计） ，必将能培养设 计者运用理论，联系实际，分析问题，从而解决问题的能力。 2 变电站电气主接线设计 2.1 电气主接线概述 电气主接线又称为电气一次接线，它是将电气设备以规定的图形和文字符号，按电 能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单相接线图。主接线代表了发电厂或变电站 高电压、大电流的电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。电气主接 线的优劣直接决定了电力系统能否经济、可靠、安全运行。另外，电气主接线的设计， 将对其二次保护装置、电气设备的选型、安全自动装置的设计，以及其工控方式起到决 定性的作用。因此，主接线设计必须经过技术与经济的充分论证比较，综合考虑各个方 面的影响因素，最终得到实际工程确认的最佳方案。 2.2 主接线的基本形式 主接线的基本接线形式就是主要电气设备常用的几种接线方式，以电源和出线为主 体。在进出线数较多时（一般超过 4 回） ，采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰， 运行方便，有利于安装和扩建。 有汇流母线的接线形式概括地可分为单母线接线和双母线接线两大类；无汇流母线 的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线等。 2.3 主接线方案选择 给定变电站原始资料如下： 拟建变电站为 220kV 中间变电站，安装两台 180MVA 变压器； 220kV 出线 6 回；110kV 出线 10 回；10kV 出线 12 回； 220kV 出线负荷均为 360MVA；110kV 出线负荷均为 100MVA；10kV 出线负荷均为 8.6MVA； 每台主变压器低压侧安装所用变压器一台（选用油浸曲折变） ，容量为 400kVA；安 装所用备用变压器一台（油浸变） ，其高压侧电源由变电站外通过 10kV 架空线路提供。 220kV 出线以及 110kV 出线均为架空出线；10kV 出线为电缆出线； 气象资料： 年平均气温： 21.2 极端最高气温： 39.3 极端最低气温： -3.8 根据220kV500kV 变电所设计技术规程DL/T 5218-2005 7.1.4:220kV 变电所 中的 220kV 配电装置，当在系统中居重要地位、出线回路数位 4 回及以上时，宜采用双 母线接线；当出线和变压器等连接元件总数为 1014 回时，可在一条母线上装设分段 断路器，15 回及以上时，在两条主母线上装设分段断路器。 由此可得，本设计中 220kV 侧配电装置选用双母线接线形式。 根据220kV500kV 变电所设计技术规程DL/T 5218-2005 7.1.4:220kV 变电所 中的 110kV、66kV 配电装置（或 35kV 配电装置） ，当出线回路数在 6 回以下时（或 47 回时）宜采用单母线或单母线分段接线，6 回及以上时（或 8 回及以上时） ，宜采 用双母线接线。 采用双母线或单母线接线的 110220kV 配电装置，当断路器为少油型时，除断路 器有条件停电检修外，应设置旁路母线。当 110kV 出线回路数为 6 回及以上，220kV 出 线为 4 回及以上时，可设置专用旁路断路器。 本设计中，均采用断路器，由此可得 110kV 配电装置侧选用双母线接线形式。 6 SF 根据单母线分段的配置原则：当变电站有两台主变压器时的 610kV 配电装置宜采 用单母线分段接线。 由此可得，本设计中 10kV 侧配电装置选用单母线分段接线形式。 根据上述设计原则可最终得出该变电站的电气一次主接线图，具体图样见附录。 3 主变压器的选择 根据220kV500kV 变电所设计技术规程DL/T 5218-2005 7.2 及给定原始资料， 选定本变电站主变压器为两台额定容量为 180MVA，可带负荷调压的三相风冷强迫油循环 三绕组节能型变压器。 主变压器的技术参数如下所示： 型号：SPFS7-180000/220 额定容量（MVA）：180 额定电压：kV11/121/%5 . 1220 10 6 容量比：180/180/90MVA 短路电压：，9% 32 U14% 21 U24% 31 U 绕组接线组别：YN,yn0,d11 该变压器高压侧中性点直接接地，中压侧中性点经隔离开关接地，低压侧不接地。 变压器绝缘等级为分级绝缘，中性点冲击耐压为 400kV，工频耐压为 200kV。 4 短路电流计算 4.1 各元件标幺值计算 原始资料：取基准容量 MVA，kV，kV，kV100 jB SS230 1 B U115 2 B U 5 . 10 3 B U 主变压器容量为：180/180/90MVA ，9% 32 U14% 21 U24% 31 U 额定电压：kV 绕组接线组别为：YN,yn0,d1111/121/%5 . 1220 10 6 系统阻抗：归算至 220kV 侧母线：；0156 . 0 220)1( X0388 . 0 220)0( X 归算至 110kV 侧母线：；0291 . 0 110)1( X0524 . 0 110)0( X 求主变各绕组电抗标幺值： 5 . 14924142/1%2/1% 3231211 UUUUk 5 . 0249142/1%2/1% 3132212 UUUUk 5 . 9149242/1%2/1% 2132313 UUUUk 所以， 0737 . 0 230180100 100220 5 . 14 100 % 2 2 2 1 2 11 B B N Nk HT U S S UU X 0031 . 0 115180100 1001215 . 0 100 % 2 2 2 2 2 23 B B N Nk MT U S S UU X 0579 . 0 5 . 10180100 100115 . 9 100 % 2 2 2 3 2 32 B B N Nk LT U S S UU X 220kV 侧电抗（线路）标幺值：0275 . 0 230 100 291 . 0 50 2 220 L X 110kV 侧电抗（线路）标幺值：1210 . 0 115 100 4 . 040 2 110 L X 10kV 侧电抗（线路）标幺值：2902 . 0 5 . 10 100 08 . 0 4 2 10 L X 该系统存在两种运行方式：两台变压器单台运行和两台变压器并列运行。现分别就 两种运行方式的短路电流进行计算。本设计的主要目的是做变压器保护整定计算，因此， 短路电流计算需做如下说明： （1）所求短路电流为流过变压器各侧保护装置的短路电流。其目的是：对变压 器各侧电流互感器进行选型配置；计算变压器各侧保护装置的动作电流；对变压器 后备保护进行灵敏系数校验。 （2）短路点的选择。因为上述目的，选取变压器各侧出口（即与变压器各侧相连 的母线）处以及出线末端为短路点。记 220kV 侧出口母线处为短路点 d1，出线末端为短 路点 d4；记 110kV 侧出口母线处为短路点 d2，出线末端为短路点 d5；记 10kV 侧出口母 线处为短路点 d3，出线末端为 d6。 （3）本设计中，短路电流计算属于实际工程计算，为简化计算，在满足工程要求 的前提下，在算法中对系统元件模型和标幺参数计算作简化处理：在元件模型方面， 忽略变压器和输电线路的电阻，不计输电线路的电容，略去变压器的励磁电流，负荷忽 略不计；在标幺参数计算方面，忽略各元件的额定电压和相应电压级平均额定电压的 差别，即所有变压器的标幺变比都等于 1。 4.2 系统等效电路图 两台变压器并列运行时，其等效电路图为： 图 4.1 两台变压器并列运行时等效电路图 220kV 110kV 220)1( X 110)1( X HT X LT X 220L X 110L X HT X LTX 10L X 10kV 10L X 10kV MTX MT X 单台变压器运行时，其等效电路图为： 图 4.2 两台变压器单列运行时等效电路图 4.3 短路电流计算 4.3.1 两台主变压器并列运行时 220kV 侧母线短路时的计算 d1 点短路时，分别流过变压器高、中、低压三侧的短路电流。其简化过程如图 4.3 所示。 d1 短路时，流过变压器高压侧的三相短路电流为： (kA)666 . 0 2303 100 1885 . 0 1 2 1 1 HTd I 流过变压器中压测的电流与高压侧相同（标幺值） 。而低压侧因为接负荷，d1 短路 时不提供短路电流，所以流过低压侧的短路电流为 0，即： (kA)666 . 0 11 HTdMTd II 220kV 110kV 220)1( X 110)1( X 220L X 110L X HT X MT X LT X 10L X k01V 0 1 LTd I 图 4.3 d1 点发生三相短路时电路化简图 4.3.2 两台主变压器并列运行时 110kV 侧母线短路时的计算 d2 发生短路时，分别计算流过变压器高、中、低压三侧的短路电流。其简化过程如 图 4.4 所示。 d2 短路时流过变压器高压侧的短路电流为 110kV 0.0431 0.1501 0.07680.0768 220kVd1 0.0156 0.0275 0.1210 0.0291 0.0737 0.0031 0.0579 10kV 0.0737 0.0031 0.0579 10kV 220kV 110kV d1 0.0768 110kV 0.0768 220kVd1 220kV 0.1501 0.1885 (kA)080 . 3 1153 100 0815 . 0 1 2 1 2 MTd I 流过变压器中压测的电流与高压侧相同（标幺值） 。而低压侧因为接负荷，d2 短路 时不提供短路电流，所以流过低压侧的短路电流为 0，即： (kA)080 . 3 22 HTdMTd II 0 2 LTd I 图 4.4 d2 点发生三相短路时电路化简图 0.0431 0.0156 0.0275 0.1210 0.0291 0.0737 0.0031 0.0579 10kV 0.0737 0.0031 0.0579 10kV 220kV 110kV d2 0.0768 0.1501 d2 0.0768 d2 0.0431 110kV d2 0.0815 220kV 110kV 4.3.3 两台主变压器并列运行时 10kV 侧母线短路时的计算 d3 发生短路时，计算流过变压器低压侧的短路电流。其简化过程如图 4.5 所示。 图 4.5 d3 点发生三相短路时电路化简图 流过变压器低压侧的短路电流为： 10kV 0.0431 0.0768 0.0737 0.0031 0.0579 0.1501 220kV 110kV d3 d3 10kV 0.0156 0.0275 0.0737 0.0031 0.0737 0.0031 0.05790.2902 0.1210 0.0291 220kV 110kV 0.07680.0807 1.5081 0.0634 0.0431 0.1501 220kV 110kV 10kV d3 0.0431 0.1501 0.0369 0.0016 0.0594 220kV 110kV 10kV d3 (kA)182.49 5 . 103 100 1118 . 0 1 )3( max3 d I 4.3.4 单台变压器运行时 220kV 侧母线短路时的计算 点 d1 发生短路时，分别计算流过变压器高、中、低压三侧的短路电流。其简化过 程如图 4.6 所示。 图 4.6 单台变压器运行 d1 短路时电路化简图 d1 短路时，流过变压器高压侧的电流为： (kA)1063 . 1 2303 100 2269 . 0 1 1 HTd I 流过变压器中压测的电流与高压侧相同。而低压侧接负荷，d1 短路时不提供短路电 流，所以流过低压侧的短路电流为 0，即： (kA)1063 . 1 11 HTdMTd II 0 1 LTd I 0.0156 0.0275 110kV 0.0737 0.0579 10kV d1 220kV 0.1210 0.0291 d1 220kV 0.0737 0.0031 0.1501 220kV 0.0031 d1 0.2269 4.3.5 单台变压器运行时 110kV 侧母线短路时的计算 点 d2 发生短路时，分别计算流过变压器高、中、低压三侧的短路电流。其化简过 程如图 4.7 所示。 图 4.7 单台变压器运行 d2 短路时电路化简图 d2 短路时流过变压器高压侧的短路电流： (kA)187 . 4 1153 100 1199 . 0 1 2 HTd I 流过变压器中压侧的电流与高压侧相同。低压侧接负荷，d2 短路时不提供短路电流， 所以流过低压侧的短路电流为 0。即： (kA)187 . 4 22 HTdMTd II 0 2 LTd I 4.3.6 单台变压器运行时 10kV 侧母线短路时的计算 d3 短路时，计算流过变压器高、中、低压三侧的短路电流。其简化过程如图 4.8。 0.0156 0.0275 110kV 0.0737 0.0031 0.0579 10kV 0.1210 0.0291 d2 220kV 110kV d2 0.0031 0.0737 0.0431 110kV d2 0.1199 图 4.8 单台变压器运行 d3 短路时电路化简图 流过点 d3 的三相短路电流为 (kA)272.44 5 . 103 100 1242 . 0 1 )3( max3 d I d3 短路时流过变压器高压侧的短路电流： (kA)474.31 5 . 103 100 0579 . 0 0737. 00431 . 0 1 3 HTd I 流过变压器中压侧的短路电流： (kA)047.26 5 . 103 100 0579 . 0 0031 . 0 1501 . 0 1 3 MTd I 流过变压器低压侧的短路电流： (kA)272.44 )3( max33 dLTd II 0.0156 0.0275 110kV 0.0737 0.0031 0.0579 0.1210 0.0291 220kV 1 k d3 V0 0.0579 0.1532 0.1168 d3 10kV d 0.0579 0.0663 10kV 3 0.1242 10kV d3 4.3.7 外部最小短路电流的计算 为了校验保护装置的灵敏系数，需求出变压器差动保护范围内短路时，流过保护的 最小短路电流。即系统最小运行方式下，线路出口侧发生两相金属性短路时的短路电流。 两台变压器并列运行时，计算 220kV 侧出口处发生两相短路时的正、负序阻抗： 1885 . 0 2/0768 . 0 1501 . 0 )2()1(HH XX 变压器单台运行时，计算 220kV 侧出口处发生两相短路时的正、负序阻抗： 2269 . 0 0737. 00031. 01501 . 0 )2()1( HH XX 比较可得单台变压器运行时，整个系统的等值阻抗较大。所以选择单台变压器运行 方式为其最小运行方式。 220kV 侧出口处发生两相金属性短路时的短路电流 (kA)958 . 0 230 100 22269 . 0 1 2303 1003 )2()1( )2( 220 HH d XX I 110kV 侧出口处发生两相短路时的正、负序阻抗： 1199 . 0 0031 . 0 0737 . 0 0431 . 0 )2()1(MM XX 110kV 侧出口处发生两相金属性短路时的短路电流为： (kA)626 . 3 115 100 21199 . 0 1 1153 1003 )2()1( )2( 110 MM d XX I 10kV 侧出口处发生两相短路时的正、负序阻抗等于 d3 短路时的网络阻抗： 1242 . 0 )2()1(LL XX 10kV 侧出口处发生两相金属性短路时的短路电流为： (kA)341.38 5 . 10 100 21242 . 0 1 5 . 103 1003 )2()1( )2( 10 LL d XX I 以上所求短路电流还可作近后备保护灵敏度校验用。现仍需计算校验远后备保护的 灵敏性需要的线路末端的两相短路电流。同理，计算只有一台变压器运行时的短路电流。 220kV 侧出线末端处发生两相金属性短路时的短路电流： 单台变压器运行时，计算 220kV 侧出线末端发生两相短路的正、负序阻抗： 2544 . 0 0275 . 0 0768 . 0 1501 . 0 )2()1(MM XX (kA)855 . 0 230 100 22544 . 0 1 2303 1003 )2()1( )2( 220 HH d XX I 单台变压器运行时，计算 110kV 侧出线末端发生两相短路时的正、负序阻抗： 2409 . 0 1210 . 0 0031 . 0 0737 . 0 0431 . 0 )2()1(MM XX 110kV 侧出线末端发生两相金属性短路时的短路电流为： (kA)805 . 1 115 100 22409 . 0 1 1153 1003 )2()1( )2( 110 MM d XX I 单台变压器运行时，10kV 侧出线末端发生两相短路时的正、负序阻抗等于 d3 短路 时的网络阻抗加上 10kV 出线的线路阻抗： 4144 . 0 0.29021242 . 0 )2()1( LL XX 10kV 侧出线末端发生两相金属性短路时的短路电流为： (kA)491.11 5 . 10 100 24144 . 0 1 5 . 103 1003 )2()1( )2( 10 LL d XX I 4.4 短路电流计算结果 短路电流计算结果见表 4-1。 表 4-1 短路电流计算结果 母线电压等级及短路点标号220kV（d1）110kV（d2）10kV（d3） 变压器运行方式并列单台并列单台并列单台 变压器出口短路时流过变压器高压 侧的短路电流（kA） 0.6661.10633.0804.18731.474 变压器出口短路时流过变压器中压 侧的短路电流（kA） 0.6661.10633.0804.18726.047 变压器出口短路时流过变压器低压 侧的短路电流（kA） 000049.18244.272 变压器出口侧发生两相短路时的短 路电流（最小运行方式） （kA） 0.9583.62638.341 出线末端发生两相短路时的短路电 流（最小运行方式） （kA） 0.8551.80511.491 5 互感器的选择及参数计算 5.1 互感器概述 互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感 器。互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（100V、V）和小电流3100 （5A、1A） ，其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护装置等。 为了确保工作人员在接触测量仪表和继电保护装置时的安全，互感器的每一个二次 绕组必须有一可靠的接地，以防绕组间绝缘损坏而使二次部分长期存在高电压。 互感器包括电流互感器和电压互感器两大类，结构上主要是电磁式的。此外，电容 式电压互感器在超高压系统中被广泛应用。非电磁式的新型互感器（如电子式互感器、 光电式互感器）尚未进入广泛的工业实用阶段。 5.2 电流互感器的选择 本设计中电流互感器均采用电磁式电流互感器，其工作原理与变压器相似。其特点 有以下两点： （1）电流互感器一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完 全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关。 （2）电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下电流互 感器在近于短路状态下运行。 5.2.1 电流互感器在主接线中的配置原则 （1）为了满足测量和保护装置的需要，在发电机、变压器、出线、母线分段及母 联断路器、旁路断路器等回路中均设有电流互感器。对于中性点直接接地系统，一般按 三相配置；对于中性点非直接接地系统，依据保护、测量与电能计量要求按二相或三相 配置。 （2）保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的死区来设置。如有 两组电流互感器，应尽可能设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中。 （3）为了防止电流互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在断路器 的出线侧或变压器侧，尽可能不在紧靠母线侧装设电流互感器。 （4）为了减轻内部故障对发电机的损伤，用于自动调节励磁装置的电流互感器应 布置在发电机定子绕组的出线侧。为了便于分析和在发电机并入系统前发现内部故障， 用于测量仪表的电流互感器宜装在发电机中性点侧。 5.2.2 电流互感器的选择方法 电流互感器的选择主要考虑以下几点：参数选择、种类和型式选择、一次回路额定 电压和电流的选择、准确级和额定容量的选择、热稳定和动稳定校验。 1.参数选择 电流互感器应按表 5-1 所列技术条件选择，并按表中使用环境条件校验。 表 5-1 电流互感器的参数选择 项 目 参 数 正常工作条件 一次回路电压、电流，二次回路电流，二次侧负荷， 准确度等级，二次级数量，机械荷载 短路稳定性动稳定倍数、热稳定倍数 技 术 条 件 承受过电压值力 绝缘水平、泄露比距 环境条件环境湿度、最大风速、相对湿度、污秽、海拔高度。地震烈度 电流互感器的二次额定电流有 5A 和 1A 两种，一般弱电系统用 1A，强电系统用 5A，当配电装置距离控制室较远时也可考虑用 1A。二次级的数量决定于测量仪表、保护 装置和自动装置的要求。一般情况下，测量仪表与保护装置分别接于不同的二次绕组， 避免相互影响。 2.种类和型式的选择 选择互感器时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支持式、 装入式等）选择其型式。320kV 屋内配电装置的电流互感器，应采用瓷绝缘或树脂浇 注绝缘结构；35kV 及以上配电装置宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器；有 条件安装于断路器或变压器瓷套管内，且准确级满足要求时，应采用廉价、动热稳定性 好的套管式电流互感器。 3.一次回路额定电压和电流的选择 一次回路额定电压和电流应满足 N U N I1 ， SNN UU max1 II N 测量用电流互感器的一次额定电流不应低于回路正常最大负荷电流，且应尽可能比 电路中的正常工作电流大 1/3 左右，以保证测量仪表在正常运行时，指示在刻度标尺的 3/4 最佳位置，并且过负荷时能有适当提示。 4.准确级和额定容量的选择 为了保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。对 测量精确度要求较高的大容量发电机和变压器、系统干线、发电企业上网电量、电网或 供电企业之间的电量交换的关口计量点，宜用 0.2 级；装于重要回路（如中小型发电机 和变压器、调相机、厂用馈线、有收费电能计量的出线等）中的互感器，准确级应采用 0.20.5 级；对供运行监视、100MW 及以下发电机组的厂用电、较小用电负荷以及供电 企业内部考核经济指标分析的电能表和控制盘上仪表，其电流互感器应为 0.51 级。 当所供仪表要求不同准确级时，应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级。表 5-2 所示仪表与配套的电流互感器的准确等级。 5-2 仪表与配套电流互感器的准确等级 指示仪表计量仪表 仪表准确等级 仪表准确等级电流互感器准确等级 有功功率表无功功率表 电流互感器准确等级 0.50.50.21.00.1 1.00.50.52.00.2 或 0.2S 1.51.01.02.00.5 或 0.5S 2.51.02.03.00.5 或 0.5S 互感器按选定准确级所规定的额定容量应大于或等于二次侧所接负荷， N S2 LNZ I 2 2 2 即 （5-1） cLreaL LNN rrrrZ ZIS 2 2 2 22 式中：、分别为二次侧回路中所接仪表和继电器的电流线圈电阻（忽略电抗） ； a r re r 为接触电阻，一般可取 0.1 ； 为连接导线电阻。 c r L r 5.热稳定和动稳定校验 （1）只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行热稳定校验。电流互感器热稳 定能力常以 1s 允许通过的热稳定电流或一次额定电流的倍数来表示，热稳定校 t I N I1 t K 验式为 （5-2） kNtkt QIKQI 2 1 2 )或（ （2）动稳定校验包括由同一相的电流相互作用产生的内部电动力校验，以及不同 相的电流相互作用产生的外部电动力校验。显然，多匝式一次绕组主要经受内部电动力； 单匝式一次绕组不存在内部电动力，则电动力稳定性为外部电动力决定。 内部动稳定校验式为 （5-3） shesNshes iKIii 1 2或 式中：、分别为电流互感器的动稳定电流及动稳定电流倍数，由制造厂提供。 es i es K 外部动稳定校验式为 （5-4）