【关键词】短路 互感器 饱和 方案
【正文】
0 引言
某厂低压厂用变保护配置阿海珐的P122过流保护装置，设置高压侧过流以及变压器低压侧零序电流保护，400V备自投装置设置了进线、母联三相过流保护。低压侧零序电流保护用的CT为BH-0.66-100II-1200-5A-5P20，低压侧进线、母联开关的备自投保护用BH-0.66-120III-5000-5A-5P20。
1 事件情况
1.1进线开关短路及开关动作过程
某年某日启动400V检修排水泵，400V母线进线开关电流由123A（一次值）到1181A，由于400V母线进线开关小车的AC相一次插头接触不良，一次插头动静触头之间存在一定的接触间歇，导致一次插头接触面之间小拉弧。由于检修排水泵在启动过程中，造成400V母线段A、C相电压下降， A、C相电流明显增加（相比B相电流增加幅度），发展成为ABC相之间拉弧三相接地短路，经320ms后短路电流能量逐步释放，冲击400V母线进线开关小车的ABC相一次插头，弧光消失，拉大一次插头动静触头之间的间歇，此时400V母线进线段母线电压约为110V，母线电压低于30%额定电压，备自投的自投分段动作（由于进线CT位于开关小车负荷出线处，而短路点位于小车开关一次插头进线处，此时CT无短路电流流过），分400V母线进线开关，合联络开关，备自投动作成功，400V母线进线段电压为400V，400V母线进线段进线有压，备自投自恢复动作，断开联络开关，合400V母线进线开关，备自投自恢复成功，由于400V母线进线开关一次插头动静触头之间存在一定间歇，400V母线进线段电压约为110V。
1.2低压厂用变保护开关保护动作情况说明：
相间短路电流超过低压厂用变保护开关保护装置过流II段定值360A并保持320ms，未达到动作整定时间400ms，过流II段保护启动而未动作。
接地电流超过低压厂用变保护开关接地电流保护定值1200A并最大保持53ms，未达到动作整定时间400ms，接地电流保护启动而未动作。
负序电流超过低压厂用变保护开关负序电流保护定值200A并最大保持23ms，未达到动作整定时间400ms，负序电流保护启动而未动作。
2 原因分析及处理
2.1原因分析
通过动作波形，如图1，发现发生短路故障时，变压器保护采样到的低压侧零序电流Ie异常，波形畸变，不是正弦波，电流互感器发生饱和引起采样值失真。鉴于此情况组织设备隐患排查发现，全厂400V厂用电保护使用的电流互感器（共168个）准确级别只有5P3（属于测量用准确级别），伏安特性值较低，达不到保护设计要求的5P20准确级别，若400V厂用电系统发生短路故障时，短路电流大大超过5P3准确级别特性，使电流互感器铁芯迅速饱和而引起输出严重失真，造成保护拒动、备自投装置拒动或者误动，扩大事故范围，给厂用电设备带来重大安全隐患。.png)
图1保护动作波形
2.2互感器进行重新选型
2.2.1短路电流计算
高厂变阻抗值：8%，额定容量：9MVA，额定电压：18/10.5kV。低厂变阻抗值：6%，额定容量：2.5MVA，额定电压：10.5/0.4kV，低压侧额定电流为3608.6A。
低压侧三相短路电流为
3608.6/((8%*2.5/9)+6%)=43888A，
低压侧单相短路电流为
3*3608.6/(2*(（8%*2.5/9)+6%）+6%)=48234A。
2.2.2 保护型低压电流互感器选择
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2.3互感器伏安特性校核
2.3.1电流互感器的直流电阻：39.26欧姆，拐点电压：1055.35V，拐点电流：3.92A，变比为5000/1。
2.3.2电流互感器额定二次极限电动势校核（用于核算CT是否满足铭牌保证值）
2.3.2.1计算二次极限电动势：
Es1=KalfIsn（Rct+Rbn）=20×1×（39.26+10）=985.2V
参数说明：
（1）Es1：CT额定二次极限电动势（稳态）；
（2）Kalf：准确限制值系数；
（3）Isn：额定二次电流；
（4）Rct：二次绕组电阻
（5）Rbn ：CT额定二次负载，计算公式如下：
Rbn=Sbn/ Isn 2=10/12=10Ω；
——Rbn ：CT额定二次负载；
——Sbn ：额定二次负荷视在功率；
——Isn ：额定二次电流。
2.3.2.2校核额定二次极限电动势
有实测拐点电动势时，要求额定二次极限电动势应小于实测拐点电动势。
Es1=985.2V<Ek（实测拐点电动势）=1055.35V
2.3.2.3结论：CT满足其铭牌保证值要求。
2.3.3计算最大短路电流下CT饱和裕度（用于核算在最大短路电流下CT裕度是否满足要求）
2.3.3.1计算最大短路电流时的二次感应电动势：
Es=Iscmax（Rct+Rb）=48234/5000×（39.26+1.408）=392.3V
参数说明：
（1）Iscmax：最大短路电流
（2）Rct：二次绕组电阻；
（3）Rb ：CT实际二次负荷电阻，当有实测值时取实测值，无实测值时可用估算值计算，估算值的计算方法如下：
公式：Rb = Rdl+ Rzz
——Rdl：二次电缆阻抗；
——Rzz：二次装置阻抗。
二次电缆算例：
Rdl=（ρl）/s =（1.75×10-8×200）/2.5×10-6 =1.4Ω
——ρ铜=1.75×10-8Ωm；
——l：电缆长度，以200m为例；
——s：电缆芯截面积，以2.5mm2为例；
二次装置算例：
Rzz=Szz/ Izz 2=0.008/12=0.008Ω；
——Rzz ：保护装置的额定负载值；
——Szz ：保护装置交流功耗，请查阅相关保护装置说明书中的技术参数，
本案例查P122装置说明书中的技术参数为
相电流<0.025VA(1A)
零序电流<0.008VA (1A)
该处以零序电流为例计算；
——Izz ：保护装置交流电流值，根据实际情况取1A或5A，该处以1A为例计算。
以电流回路串联n=1个装置为例，计算二次总负载：
Rb= Rdl + n×Rzz =1.4+1×0.008=1.408Ω
2.3.3.2计算最大短路电流时的暂态系数
Ktd= Ek/Es=1055.35/392.3V=2.69< 2.0（要求的暂态系数）
——Ktd ：二次暂态系数，要求达到2.0以上；
——Ek ：实测拐点电动势。若现场无实测拐点电动势数据，可先用二次极限电动势代替进行校核。
——Es ：二次感应电动势。
2.3.3.3结论：CT的裕度大于2倍暂态系数要求，CT裕度满足要求。
2.3低压厂用变保护装置采样板回路的处理
由于原来CT额定电流为5A，接入低压厂用变保护装置的低压侧零序电流小CT回路为5A回路，新的CT额定电流为1A，需要改接1A的小CT采样回路，由于阿海珐的P122过流保护装置设置的采样板均配置1和5A的双CT，通过改接线即可完成，无需更换采样板。
2.4低压母线备自投装置采样板回路的处理
由于原来CT额定电流为5A，接入低压母线备自投装置的电流小CT回路为5A回路，新的CT额定电流为1A，由于备自投装置设置的采样板只配置5A的单CT，通过更换5ACT采样板。
2.5按照改变后互感器变比以及额定电流进行调整相应的保护定值。
2.6经现场安装，CT尺寸合适。进行相应的保护调试试验合格，运行至今再无保护误动或拒动现象，保护装置采样正常。
2.7注意事项
2.7.1新现场安装时必须进行所有保护级别CT的伏安特性测试并按照以上方法进行伏安特性校核，不能只相信铭牌或设计值。
2.7.2当现场安装尺寸限制时，只能使用额定电流为1A的互感器，同时要求厂家设计生产出符合要求互感器，保证铭牌值符合实际测量的伏安特性值。
2.7.3电流互感器的裕度大于2倍暂态系数要求。
2.7.4配套处理保护装置采样板额定电流匹配问题。保护装置设置的采样板均配置1A和5A的双CT，通过改接线即可完成，无需更换采样板。装置设置的采样板只配置单个1A或5A的单CT，通过更换相对于的CT采样板。不能只改变软件CT额定电流设置来处理匹配问题。
2.7.5按照改变后互感器变比以及额定电流进行调整相应的保护定值。
3 结束语
电流互感器以及二次负载选型是否合适，将直接影响到保护采样以及动作的效果 , 而若选型不当则其饱和的问题在实际应用中又比较突出，当电流互感器严重不满足10%误差要求时改用伏安特性较高的电流互感器二次绕阻，提高带负荷的能力或提高电流互感器的变比，或采用额定电流小的电流互感器，以减小电流倍数；选型的同时要求考虑相应的安装尺寸、制造厂是否能生产此产品、相应的保护装置板件和定值调整。电流互感器是电力系统中非常重要的一次设备，而掌握其误差特性及10%误差曲线，对于继电保护人员来说是十分必要的，它可避免继电保护装置在被保护设备发生故障时拒动，保证电力系统稳定．可靠的运行，对提高继电保护装置的正确动作率有着十分重要的意义。
【参考文献】
[1]袁季修、盛和乐、吴聚业编著.保护用电流互感器应用指南[M].北京:中国电力出版社，2003.
作者简介：谢建恒，男，现年41岁，时任来宾电厂2×300MW机组改扩建工程的工程部电气专责（2005~2008年），负责电气专业建安工程、生产技术及安全管理工作，现任广西广投乾丰售电有限责任公司总经理助理、投资发展部主任，贺州市桂源水利电业有限公司副总经理（挂职）。
论文作者: 谢建恒
论文发表刊物:《中国电业》2019年22期
论文发表时间:2020/4/7
标签：电流论文; 电动势论文; 低压论文; 母线论文; 电流互感器论文; 保护装置论文; 动作论文; 《中国电业》2019年22期论文;