大型發電機變壓器組保護用電流互感器選型

　　大型發電機變壓器組保護用電流互感器的選型對發電機變壓器組的安全穩定運行具有十分重要的作用和意義，對大型發電機變壓器組保護用電流互感器使用的現狀以及存在的問題進行了闡述，提出了電流互感器選型的原則與相關技術參數計算方法，以期為電流互感器的選型提供一定的借鑒。
 

　　大型發電機變壓器組保護用電流互感器的選擇對于大型發電機變壓器組的正常、穩定與安全運行具有十分重要的意義。電流互感器選型zui為關鍵的因素是電流互感器的暫態問題，目前大型發電機變壓器組低壓側保護使用到的電流互感器一般包括國家標準或者是IEC標準選用的5P20或者是10P20級的電壓互感器。此外也有按美國標準的以C-800為代表的電流互感器。當選擇5P20或者10P20型的電流互感器時，當其準確限值系數為20時，電流互感器的綜合誤差較小不會超過5%。互感時的二次負荷一般為50W，該環節沒有涉及互感器的暫態問題。C類的電流互感器是在美國標準下規定的具有較低漏磁的互感器，該標準中要求互感器在20倍以上的額定電流的情況下變比誤差在10%以內，在C800型的電流互感器在額定電流20倍的負荷下其二次端子的額定電壓為800V，負荷為8歐姆其負荷值與我國200W的標準一致，這是目前美國電流互感器標準中容量zui大的互感器型號。該型互感器沒有考慮電流互感器的暫態問題，是通過增大電流互感器的容量在有效的克服暫態的影響。電流互感器是發電機變壓器組的差動保護裝置的組成部分，對于發電機兩側的互感器有一定的要求，需要兩側的電流互感器不僅要型號匹配還要負荷匹配，但是在實際情況下卻很難做到這一點。有些科研人員通過在發電機的低壓側采用TPY型的傳感器來使得兩側的互感器匹配，但是兩側參數計算與選擇較為復雜，加之改造后的電壓和電流互感器的重量和體積都比較大，因而沒有得到普遍的應用。
 

　　2大型發電機變壓器組保護用電流互感器選型存在的問題
 

　　2.1暫態飽和
 

　　在大型的發電機變壓器回路發生故障時，往往會出現時間參數過大的現象，約為200ms到300ms之間。如果在這個時候短路的電流出現了非周期性的分量的時候，就會造成電流互感器的鐵芯出現嚴重的飽和，這種現象稱為暫態飽和。為了避免出現這種情況需要增加互感器中鐵芯的面積。在我國電力系統中TPY型的電流互感器已經得到了非常普遍的應用。且有效的消除了暫態的影響。一般500kv的電力系統一次側的時間常數約為100ms作用，互感器暫態的面積系數小于20，在歐洲一些國家也曾用TPY型的互感器來避免暫態的影響，尤其是對于暫態問題比較嚴重的大型機組，不能夠忽視互感器的暫態飽和問題。由于大型機組的外部穩態短路電流較小，這十分有利于選擇電流互感器，通常情況下大型發電機組的暫態的阻抗約為20%，大型發電機組升壓變壓器的短路阻抗約為14%，發電機組外部的短路電流約為其額定電流的3倍。如果在發電機出口處存在斷路器那么考慮到發電機出口的短路，那么通過發電機或者是變壓器的短路電流就會達到額定電流的5-7倍。如果要選擇的電流互感器的額定電流稍微大于機組的額定電流，那么短路電流就約為電流互感器額定電流的3-5倍左右。而目前市場所具有型號的電流互感器均無法達到該標準。
 

　　2.2剩磁影響
 

　　在電流互感器發生嚴重飽和的情況下，都會有剩磁的存在，剩磁一般都在80%的水平以下，其分布是隨機的。在互感器正常運行的情況下，互感器的磁通密度發生變化的幅度較小，且難以有效的消除。并且剩磁的存在加劇了互感器的飽和，且在當前的技術條件下難以實現對剩磁的有效控制，差動保護可以使得發電機變壓器組兩側的互感器特性*一致，但是由于剩磁的存在一般還會造成一定程度的差流。
 

　　2.3兩側互感器特性難以匹配
 

　　在機組的高壓側一般選擇的是TPY型的電流互感器，而在低壓側一般選用的是5P20或者是C-800，這使得機組高壓和低壓側的電流互感器的特性難以實現有效的匹配，這給機組實現有效的差動保護帶來了很大的困難。
 

　　2.4難以與新型的繼電保護裝置匹配
 

　　很多相關領域的專家學者對發電機內部的故障進行了深入的研究，并在此基礎上開發了很多新型的繼電保護裝置，這對于大型發電機組的安全、穩定運行是十分必要的，但是這些繼電保護裝置能夠正常工作的前提是故障電流能夠準確的傳遞，而當前所選擇的電流互感器則很難實現這一基本的要求。
 

　　3電流互感器選型原則
 

　　電流互感器的選型要根據電流互感器的?x擇與計算導則，導則中充分考慮到了各種情況，對于300MW到600MW之間的大型發電機組在選擇電流互感器的過程中必須要考慮電流互感器的暫態特性，因而一般選擇TPY型的電流互感器。這種互感器的剩磁系數一般小于10%，并且穩態短路電流倍數以及暫態面積系數都能夠滿足實際的需求，從而能夠有效的解決由于非周期短路電流分量以及剩磁所導致的互感器暫態飽和的問題。有些學者采用飽和特性以及制動特性和相位比較等來預防勿動，但是這些措施在很大程度上犧牲了系統的靈敏度，因而存在一定的局限性。通過采用TPY型的互感器，并通過結合發電機組實際的工作情況來確定相關的技術參數，雖然在重量和體積上有一定的增大，但是基本還是可以接受的。對于200MW以下的發電機組，相應的電流互感器應降低相應的標準和需求，可以采用5P或者是5PR型的電流互感器。通過穩態限值來為暫態留下一定的裕度，且通過實際的計算發現即使是選擇5P20型的電流互感器也能夠滿足要求，但是必須要采取一定的措施來減緩暫態飽和的影響，考慮到剩磁選擇PR型的電流互感器將剩磁系數控制在10%以下。
 

　　4互感器選型中的參數計算
 

　　在計算的過程中需要考慮留有一定的裕度，假設故障清除的時間為100ms，斷路器失靈的故障由于極少發生故而不考慮在內，作為電流互感器選型的條件，根據對電流互感器的變比、穩態短路電流倍數、一次與二次時間常數、暫態面積系數、暫態總倍數、暫態誤差以及短路熱電聯和額定負荷以及二次繞組的計算，可以得到如下表所示的建議的電流互感器參數如表1所示，其中s為互感器容量，k為互感器變比，kssc為穩態短路電流倍數， ，
 

　　和為一次二次時間常數，ktd為暫態面積系數，kssektd為暫態總倍數， 為暫態誤差，Ith為短路熱電流，SzN為額定負荷，Rct為二次繞組。且根據表1中所建議的參數結合大型的發電機組的實際情況來對TPY型號的電流互感器進行了研制，并且對TPY型傳感器進行了測試工作，實踐證明TPY型的電流互感器技術參數和指標符合表1中所規定的各項參數指標的要求。
 

　　結語
 

　　通過對大型發電機變壓器組保護用電流互感器應用現狀、存在問題的深入研究，提出了電流互感器選擇的原則需要考慮到互感器的暫態特性、符合以及剩磁因素，并且結合目前市面上所具有的幾種電流互感器對其中的重要的技術指標參數進行了計算，提出了電流互感器建議的各項參數指標，并以該參數指標為基礎對TPY型的電流傳感器進行了設計和研發，且進行了相應的測試，TPY測試的各項參數指標結果均滿足相應的需求。