]10kV电流互感器变比的选择

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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
根据电气装置的电测量仪表装置设计规范(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
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400~1600kVA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.
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4~10A）。
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
1600kVA IA3max=1563A N=30 IDZJ取10A
IDZJS =78.2A NS=78.2/10=7.88
从上表可以得出当SDB=200MVA时:
各容量变压器,按满足过负荷要求的最小变比选择变比时，一般是小于实际所需变比的。
（2）对于工厂用配电所（Kgh=3）
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=15 IDZJ取8A
IDZJS =51.8A NS=51.8/8=6.58
500kVA IA3max=636A N=15 IDZJ取9A
IDZJS =63.6A NS=63.6/9=7.18
630kVA IA3max=699A N=20 IDZJ取9A
IDZJS =52.4 A NS=52.4/9=5.88
800kVA IA3max=854A N=30 IDZJ取8A
IDZJS =42.7A NS=42.7/8=5.38
1000kVA IA3max=1034A N=30 IDZJ取9A
IDZJS =51.7A NS=51.7/9=5.78
1250kVA IA3max=1232A N=40 IDZJ取9A
IDZJS =46.2A NS=46.2/9=5.18
1600kVA IA3max=1563A N=50 IDZJ取9A
IDZJS =46.9A NS=46.9/9=5.28
从上表可以得出当SDB=200MVA时:
各容量变压器,按满足过负荷要求的最小变比选择变比时，都能满足速断保护要求的。
b. 变压器高压侧B点短路容量SDB为100MVA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=496A N=8 IDZJ取9A
IDZJS =93A NS=93/9=10.38
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
1000kVA IA3max=949A N=20 I DZJ取9A
IDZJS =71.2A NS=71.2/9=7.918
1250kVA IA3max=1114A N=30 IDZJ取8A
IDZJS =55.7A NS=55.7/8=6.968
1600kVA IA3max=1324A N=30 IDZJ取10A
IDZJS =66.2A NS=66.2/10=6.68
从上表可以得出当SDB=100MVA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630KVA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。
c. 变压器高压侧B点短路容量为50MVA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=458A N=8 IDZJ取9A
IDZJS =85.9A NS=85.9/9=9.58
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20~600A， 在二次负荷（COSф=0.8）为2欧,10而在二次负荷（COSф=0.8）为1欧,10
1.1----由于电流互感器的10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
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。
以LA-10为例:
在SDC=200MVA时其变比至少应为200/5,此时该互感器热稳定允许三相短路电流有效值为32.9kA, 动稳定允许三相短路电流冲击值为32kA。
在SDC=100MVA时其变比至少应为100/5,此时该互感器热稳定允许三相短路电流有效值为16.4kA, 动稳定允许三相短路电流冲击值为16kA。
在SDC=50MVA时其变比至少应为50/5,此时该互感器热稳定允许三相短路电流有效值为8.2kA, 动稳定允许三相短路电流冲击值为8kA。
从上面分析中，可以得出:(1)电流互感器动稳定要求比热稳定要求为高;(2)在系统短路容量较小时，电流互感器动.热稳定较容易满足。
五. 通过以上分析，对配电变压器保护用电流互感器的变比选择按以下顺序较为合理：
首先，应按继电保护的要求选择变比，特别是电流速断保护,尤其是当系统短路容量较大时。
其次，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。
再次，当系统短路容量较大时，电流互感器动稳定的校验不能忽略。
此外对于测量用电流互感器的变比选择,则要以电流互感器动稳定的校验作为重点。对于配电所的进线柜.联络柜等柜内电流互感器的变比选择,与变压器保护用电流互感器的变比选择类似，本文不再赘述，而对于由降压站引至分配电所的10kV供电线路的保护，需注意，此时一般采用DL型继电器进行保护，并采用过负荷及带时限电流速断保护，为了保证选择性，过负荷保护装置动作时限一般取1.0~1.2s(下级保护装置动作时限按0.5s考虑), 带时限电流速断保护保护装置动作时限一般取0.5s,显然在次条件下电流互感器动稳定对变比得要求将大大提高，已成为影响变比的主要因素,应引起足够的重视。