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综合自动化变电站中电流互感器二次容量的选择论文

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。 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/t 5137-2001) 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 1.26~5.04 va;故实际 选型时采用 5 va 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 2.5 mm2,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。 注:文章内所有公式及图表请以 pdf 形式查看。

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