综合自动化变电站中电流互感器二次容量的选择

　　摘要：目前电力系统中新建的110（220）kV变电站均采用变电站综合自动化系统，元件及线路保护均采用微机保护装置，鉴于此类新设备的广泛应用，有必要对其中某些参数重新核算，从而选择合适的技术参数。本文通过一个110kV变电站为例，在采用综合自动化和微机保护的情况下，对110kV（10kV）间隔电流互感器的二次容量根据规范重新核实计算，对今后设计选型提供参考。
　　关键词：CT，容量，核算
　　
　　一：简介
　　目前电力系统中广泛使用的电流互感器（以下简称CT）的作用是将一次系统高电压电路上的大电流，准确的变换为二次低电压电路上的小电流（额定值为5A或1A），同时，它还具备有高、低电压电路的隔离作用，以保障二次设备和工作人员的安全。
　　二：容量计算
　　在电力系统中广泛应用的CT的简化二次回路图如图1所示：
　　
　　图1：CT二次回路示意图
　　图中，Zl表示连接电缆的阻抗，Zr表示负载（保护装置或测控装置）的阻抗。根据《电力工程电气设计手册》（电气二次部分）（以下简称手册）第20-5节关于互感器二次负载的计算公式，对应本图1中标识为：Z=K1Zr+K2Zl+Zc公式（1）
　　Z――CT二次回路的全部负载阻抗；
　　K1――负载的阻抗转换系数；
　　K2――连接导线的阻抗转换系数；
　　Zc――接触电阻；
　　以下按110kV变电站的规模及二次设备的配置情况来计算CT的二次回路功耗。
　　(1):求负载（保护或测控装置）的功耗
　　由于目前变电站微机保护的采用，其半导体元件不满足Sr＝In2×Zr等式，故在计算保护（测控）装置的功耗时，直接查阅厂家技术说明书得到Sr而不用计算Zr。
　　目前主流保护装置负荷见表1：
　　厂家 南京南瑞 北京四方 南瑞科技 深圳南瑞
　　型号 RCS-943系列
　　RCS-931系列
　　RCS-902系列
　　RCS-978系列 CSC-101系列
　　CSC-163系列 NSR600系列 ISA-300G
　　功耗 <0.5VA/相
　　（In=1A）
　　<1VA/相
　　（In=5A） <0.5VA/相
　　（In=1A）
　　<1VA/相
　　（In=5A） <0.5VA/相
　　（In=1A）
　　<1VA/相
　　（In=5A） <0.5VA/相
　　（In=1A）
　　<1VA/相
　　（In=5A）
　　表1：微机装置功耗统计表
　　由上表可知，目前主流保护装置的交流功耗在额定电流为1A时，每相均小于0.5VA；额定电流为5A的装置，每相均小于1VA；故本文计算中，当In=5A时，负载功耗Sr取1VA/相，当In=1A时，Sr取0.5VA/相；
　　(2):求连接电缆的功耗：实际工程中电流回路电缆截面Sl=4mm2，对铜芯电缆，其电导系数r=57m/Ω•mm2，假设电缆长度为l，则其阻抗Zl＝l/(r•Sl)=0.0044l;一般情况下，110kV变电站场地至主控室电缆长度为100米左右，考虑适当裕度，本文按150米计列，则Zl＝0.66Ω；
　　(3):求接触电阻，查阅“手册”可知，接触电阻Zc一般为0.05～0.1Ω，本文按0.1Ω考虑。
　　结合本文已知条件，所求功耗S=In2×（K2Zl+Zc）＋Sr；
　　当In=1A时，S=1×（0.66＋0.1）＋0.5＝1.26VA；
　　当In=5A时，S=25×（0.66＋0.1）＋0.5＝19.5VA；
　　三：容量选择
　　根据“电测量及电能计量装置设计技术规程”（DL/T5137-2001）第10.1.5条的规定：电流互感器二次绕组中所接入的负荷（包括测量仪表、电能计量装置和连接导线等）应保证实际二次负荷在25％～100％额定二次负荷范围内。
　　由上述计算结果可看出，当In=1A时，实际二次负荷仅为1.26VA；按前述规范要求，CT二次额定容量范围为1.26～5.04VA；故实际选型时采用5VA容量即可；
　　当In=5A时，实际二次负荷为19.5VA；按前述规范要求，CT二次额定容量范围为4.8～19.5VA；故实际选型时采用20VA容量即可；
　　四：原因分析
　　由上计算可知，在当前变电站自动化系统以及微机保护广泛使用的前提下，CT二次负载的功耗已经大大下降，特别是当二次额定电流为1A时，其功耗更小。由负载阻抗的计算公式（Z=K1Zr+K2Zl+Zc）可知，其主要原因如下：
　　1：微机保护的广泛使用使得二次负载大大降低。原有的继电器保护需要用CT二次电流作为其工作电源，而现有微机保护有独立的工作电源，CT电流输入仅仅作为一个反映一次电流的信号，故其对CT绕组的功率消耗大大降低。由本文表1可看出，目前微机保护的功耗约为0.5～1VA，而从“手册”可查出，距离保护装置功耗为10VA左右。
　　2：新建变电站CT的二次额定电流减小为1A，使得在电缆上消耗的CT二次容量大大减少。由S＝In2×Z可知，在CT二次回路等效负载不变前提下,额定电流减小5倍，功耗就相应减小25倍，其作用是明显的。如本文计算结果，在二次回路不变情况下，当额定电流为1A时，其二次回路功耗仅为1.26VA；而额定电流为5A时，二次回路功耗达19.5VA。
　　五：结论及建议
　　基于上述计算及分析，有如下建议：
　　1：对于微机保护及综合自动化变电站，当CT二次额定电流为1A时，其容量不宜按经验数据选择20～30VA，而要根据实际情况（控制电缆长度，电流回路是否串联等）选择5～10VA即可。
　　2：如CT二次容量有足够裕度，建议将电流回路控制电缆的截面减小到2.5mm2，如此既满足容量要求，又节省了大量材料，体现出了“绿色”设计的理念。

《综合自动化变电站中电流互感器二次容量的选择》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 综合自动化变电站中电流互感器二次容量的选择

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-18925