文 | 唐志軍

風(fēng)電場電流互感器二次負(fù)荷的計算與校驗(yàn)

文 | 唐志軍

在風(fēng)電場升壓站工程的電氣設(shè)計中，常忽略了電流互感器的二次負(fù)荷問題。計量類電流互感器與其準(zhǔn)確等級相對應(yīng)的二次負(fù)荷不滿足工程要求，易造成計量、測量的準(zhǔn)確精度不夠，給風(fēng)電場計量及考核帶來損失。保護(hù)用電流互感器二次負(fù)荷不夠，致使在短路情況下電流互感器鐵芯飽和，一次側(cè)電流不能準(zhǔn)確地傳變至二次側(cè)，導(dǎo)致保護(hù)動作不正確。因此有必要加強(qiáng)電流互感器的二次負(fù)載的計算與校驗(yàn)工作。

測量用電流互感器的二次負(fù)載

電流互感器的額定二次負(fù)載，可用阻抗Zb（Ω）或容量Sb（VA）表示。二者之間的關(guān)系為：

式（1）中：Isn--電流互感器的額定二次電流，根據(jù)實(shí)際情況取1A或5A。

電流互感器的二次負(fù)荷額定值（Sbn）可根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需要選用2.5、5、7.5、10、15、20、30VA。在某些特殊情況，也可選用更大的額定值。

電流互感器的負(fù)荷通常由兩部分組成：一部分是所連接的測量儀表或保護(hù)裝置，另一部分是連接導(dǎo)線。計算電流互感器負(fù)荷時應(yīng)注意在不同接線方式和故障形態(tài)下的阻抗換算系數(shù)。計算連接導(dǎo)線的負(fù)荷時，一般情況下可忽略導(dǎo)線電感，而僅計其電阻R1：

式（2）中：

L--電纜長度/m；

A--導(dǎo)線截面，電流回路采用4mm2及以上截面積的銅導(dǎo)線/mm2；

γ--電導(dǎo)系數(shù)，銅取0.0175Ω×mm2/m。

對于測量表計，每個回路計量用互感器需單獨(dú)檢驗(yàn)，準(zhǔn)確等級應(yīng)按準(zhǔn)確級要求最高的表計校驗(yàn)計算。一般工程驗(yàn)算可忽略負(fù)荷阻抗之間的相位差，二次負(fù)荷Zb可按式(3)計算：

式（3）中：

Zm--儀表電流線圈的阻抗/Ω；

Zl--連接導(dǎo)線單程的阻抗，一般可忽略電抗，僅計其電阻R1，參見公式（2），Ω；

Rc--接觸電阻，一般為0.05Ω-0.1Ω；

Kmc--儀表接線的阻抗換算系數(shù)，參見表1；

Klc--連接線的阻抗換算系數(shù)，參見表1。

測量用電流互感器各種接線方式的阻抗換算系數(shù)見表1。

表1 測量用電流互感器各種接線方式的阻抗換算系數(shù)

測量及計量電流回路功耗應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況確定，其功耗值與裝置實(shí)現(xiàn)原理和構(gòu)成元件有關(guān)，差別很大。表2列出一些典型儀表的功耗參考值。

需要注意的是為保證測量用電流互感器的準(zhǔn)確級, 測量用電流互感器的二次負(fù)荷歐姆值必須在額定負(fù)荷值的25%-100%范圍內(nèi)。故在測量用電流互感器額定二次負(fù)荷的選擇時應(yīng)使實(shí)際負(fù)荷值不超出此范圍。

保護(hù)用電流互感器的二次負(fù)載

用于繼電保護(hù)的電流互感器，應(yīng)能滿足保護(hù)的靈敏系數(shù)和選擇性要求。

保護(hù)用電流互感器二次負(fù)荷為：

式（4）中：

Zr--繼電器電流線圈阻抗，對于數(shù)字繼電器可忽略電抗，僅計及電阻Rr，Ω；

Rl--連接導(dǎo)線電阻Ω，參見公式（2）

Rc--接觸電阻，一般為0.05Ω-0.1Ω；

Krc--繼電器阻抗換算系數(shù)，參見表3；

Klc--連接導(dǎo)線阻抗換算系數(shù)，參見表3。

保護(hù)用電流互感器在各種接線方式時，不同的短路類型下的阻抗換算系數(shù)見表2。

保護(hù)和自動裝置電流回路功耗應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況確定，其功耗值與裝置實(shí)現(xiàn)原理和構(gòu)成元件有關(guān)。依據(jù)行業(yè)主要幾個保護(hù)廠家裝置說明書，表4列出風(fēng)電場升壓站常規(guī)接線方式下各類微機(jī)型保護(hù)和自動裝置的最大功耗參考值。工程應(yīng)用中應(yīng)盡量降低保護(hù)用電流互感器所接二次負(fù)荷，以減小二次感應(yīng)電動勢，避免互感器飽和。必要時，可選擇額定負(fù)荷顯著大于實(shí)際負(fù)荷的互感器，以提高互感器抗飽和能力。

表2 常用測量儀表電流回路功耗參考值

表3 繼電器及連接導(dǎo)線阻抗換算系數(shù)表

保護(hù)裝置額定阻抗：

式（5）中：

Zr--保護(hù)裝置的額定負(fù)載值；

Sr--保護(hù)裝置交流功耗，見表4；

表4 各類微機(jī)型保護(hù)和自動裝置電流回路最大功耗參考值

Isn--電流互感器的額定二次電流 A，根據(jù)實(shí)際情況取1A或5A。

隨著風(fēng)電場的發(fā)展，場內(nèi)集電線路大多采用電纜和架空混合方式，這種方式使得風(fēng)電場系統(tǒng)電容電流明顯增加，導(dǎo)致接地弧光難以熄滅，極易促使事故擴(kuò)大。繼而接入系統(tǒng)也對風(fēng)電場繼電保護(hù)提出更嚴(yán)格的要求，國家電網(wǎng)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行反事故措施明確要求風(fēng)電場匯集線系統(tǒng)應(yīng)采用經(jīng)電阻或消弧線圈接地方式，當(dāng)風(fēng)電場匯集線系統(tǒng)單相故障接地時應(yīng)快速切除。風(fēng)電場匯集線系統(tǒng)回路一般采用外接零序電流互感器采集回路零序電流。再用上述方法計算取得回路零序電流互感器二次負(fù)荷Zb時，需采用如下方法校驗(yàn)負(fù)荷容量，Zb需滿足：

式（6）中：

Irc--流過單相接地回路的短路電流，應(yīng)計及匯集線系統(tǒng)中性點(diǎn)回路提供的電流以及其它饋線回路提供的電容電路 A；

Kn--零序電流互感器額定電流比；

Rb--零序電流互感器實(shí)際二次負(fù)荷Ω。因風(fēng)電場匯集線系統(tǒng)線路保護(hù)裝置一般裝設(shè)于就地開關(guān)柜，此值可取0.2Ω-0.4Ω，有條件可實(shí)測此電阻值。

結(jié)論

隨著風(fēng)電裝機(jī)占電網(wǎng)比重的不斷增加，系統(tǒng)對風(fēng)電場計量系統(tǒng)準(zhǔn)確性及繼電保護(hù)動作的正確性提出更嚴(yán)格的要求。電流互感器的二次容量是保證計量準(zhǔn)確性和繼保動作正確性的重要參數(shù)，在風(fēng)電場設(shè)計過程中需引起重視，同時在后期風(fēng)電場改造過程中不能忽視電流互感器二次容量的再選擇。

（作者單位：龍源（北京）風(fēng)電工程設(shè)計咨詢有限公司）