張 瑩

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司 電氣及自動(dòng)化事業(yè)部，北京 100038)

垃圾焚燒發(fā)電廠升壓站CT參數(shù)選擇的實(shí)例分析

張 瑩

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司 電氣及自動(dòng)化事業(yè)部，北京 100038)

本文結(jié)合某垃圾焚燒發(fā)電廠廠內(nèi)升壓站的實(shí)際設(shè)計(jì)范例，介紹了110 kV變電站電流互感器參數(shù)選擇的過程。

110 kV變電站; 110 kV電流互感器; CT參數(shù)

0 前言

從電廠規(guī)模看，垃圾焚燒發(fā)電廠屬于小型火力發(fā)電廠。現(xiàn)在大多數(shù)垃圾發(fā)電廠送電上網(wǎng)方式多選用升壓送電上網(wǎng)方式，這需要在廠區(qū)內(nèi)建一個(gè)升壓變電站，設(shè)計(jì)中就涉及到高壓系統(tǒng)電流互感器參數(shù)選擇問題。作者關(guān)注到現(xiàn)在的工程設(shè)計(jì)中對(duì)電流互感器的選型多注重測(cè)量線圈變比、動(dòng)熱穩(wěn)定校驗(yàn)等，對(duì)其準(zhǔn)確級(jí)、準(zhǔn)確限值系數(shù)等重要參數(shù)并未深入考慮。本文結(jié)合某垃圾焚燒發(fā)電廠廠內(nèi)升壓站的實(shí)際設(shè)計(jì)范例，介紹了110kV配電站電流互感器參數(shù)選擇的過程。

1 電流互感器選型設(shè)計(jì)

電流互感器是電力系統(tǒng)中將一次大電流變換為用于保護(hù)、測(cè)量、控制等二次電流的電磁性設(shè)備。一組電流互感器中通常包括有若干個(gè)二次繞組和鐵芯，電流互感器內(nèi)的若干個(gè)二次繞組和鐵芯按不同電氣性能和不同應(yīng)用，可以分為測(cè)量和保護(hù)兩大類。測(cè)量類二次繞組應(yīng)用于測(cè)量、監(jiān)控、計(jì)量回路；保護(hù)類二次繞組應(yīng)用于保護(hù)回路?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行測(cè)量和保護(hù)分別配置使用的原則。

不同用途的二次繞組在參數(shù)選擇上所關(guān)注的性能不同。電流互感器測(cè)量類二次繞組的參數(shù)選擇上更關(guān)注額定一次電流、二次電流、輸出容量、準(zhǔn)確級(jí)等參數(shù)；電流互感器保護(hù)類二次繞組的參數(shù)選擇上，除了關(guān)注以上參數(shù)外，還關(guān)注短路電流非周期分量和互感器剩磁等的暫態(tài)影響。

電流互感器測(cè)量類二次繞組和保護(hù)類二次繞組在同一參數(shù)的表現(xiàn)形式、校驗(yàn)過程也不盡相同。如對(duì)于準(zhǔn)確級(jí)參數(shù)，測(cè)量類二次繞組以該準(zhǔn)確級(jí)在額定電流下所規(guī)定的最大允許電流誤差的百分?jǐn)?shù)來標(biāo)稱：標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確級(jí)為0.1、0.2、0.5、1、3和5級(jí)；供特殊用途的為0.2S及0.5S級(jí)。保護(hù)類二次繞組以在額定準(zhǔn)確限值一次電流下的最大允許復(fù)合誤差的百分?jǐn)?shù)標(biāo)稱，標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確級(jí)為：5P、10P、5PR和10PR。再比如，電流互感器測(cè)量類二次繞組的輸出容量在設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮大于其所接到的二次負(fù)荷；而保護(hù)類二次繞組的輸出容量除考慮這一因素外，還要根據(jù)對(duì)額定二次極限電動(dòng)勢(shì)和保護(hù)校驗(yàn)要求的二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)驗(yàn)算結(jié)果比較而調(diào)整。

電流互感器二次繞組的參數(shù)選擇是一個(gè)需要多方考慮、驗(yàn)算的復(fù)雜過程，下面將以一個(gè)實(shí)例，來分析這一過程的某些方面。

2 110 kV升壓站電流互感器參數(shù)選擇實(shí)例分析

2.1 工程背景介紹

某垃圾焚燒發(fā)電廠是采用現(xiàn)代技術(shù)綜合處理生活垃圾的基地。年處理生活垃圾40萬t(平均日處理1 200 t)，焚燒爐為機(jī)械爐排爐，共3臺(tái)，單臺(tái)處理垃圾能力為400 t/d，焚燒爐可短時(shí)超負(fù)荷10%。安裝2臺(tái)12 MW(最大功率15 MW)凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。

發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能扣除廠用電外，剩余部分的電力全部經(jīng)升壓變壓器送入地方電網(wǎng)。

根據(jù)三爐二機(jī)建廠規(guī)模，并網(wǎng)線路為單回路110 kV電壓等級(jí)的基本條件，電氣主接線方案如下：2臺(tái)電壓為10.5 kV發(fā)電機(jī)各自經(jīng)電纜引至10 kV廠用母線，再各由一臺(tái)升壓變壓器升壓至110 kV，經(jīng)電纜引至110 kV母線，最終由單回輸電線并入系統(tǒng)。不設(shè)置單獨(dú)的發(fā)電機(jī)主母線，10 kV廠用母線為單母線分段接線，廠用高壓負(fù)荷由10 kV廠用母線饋出。110 kV升壓站電氣主接線示意圖參見圖1。

圖1 110 kV升壓站電氣主接線示意圖

2.2 電流互感器參數(shù)選擇

2.2.1 主變110 kV側(cè)電流互感器參數(shù)選擇

2.2.1.1 電流互感器測(cè)量類二次繞組參數(shù)選擇

額定一次電流(Ipn)的標(biāo)準(zhǔn)值為：10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、75 A以及它們的十進(jìn)位倍數(shù)或小數(shù)。測(cè)量、計(jì)量用電流互感器額定一次電流的選擇大于主變110 kV側(cè)最大運(yùn)行電流(84 A)，并且滿足測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度要求(實(shí)際電流/額定電流約為0.7)，因此選擇150 A。

額定二次電流的選擇有1 A和5 A兩類。二次繞組采用額定二次電流為1 A時(shí)，相比于選擇5 A，在相同的輸出容量下，具有更大的帶載能力，允許電流互感器設(shè)備與測(cè)量、保護(hù)等二次設(shè)備的距離更遠(yuǎn)，但其制造成本更高?？紤]到滿足精度要求的前提下提高經(jīng)濟(jì)性，主變110 kV側(cè)電流互感器額定二次電流選擇5 A，電流互感器變比為150/5 A。

電流互感器測(cè)量類二次繞組須滿足規(guī)范規(guī)定的電能計(jì)量裝置準(zhǔn)確度最低要求。本廠發(fā)電機(jī)組容量為24 MW(最大30 MW)，按規(guī)范須采用Ⅲ類電能計(jì)量裝置，其準(zhǔn)確度最低要求參見《電測(cè)量及電能計(jì)量裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》( DL/T 5137—2001)表6.1.3。表中要求用于計(jì)量的電流互感器二次繞組準(zhǔn)確度最低需選擇0.5S或0.5，但供電部門一般對(duì)計(jì)量點(diǎn)處的電流互感器準(zhǔn)確度要求為0.2S，因此本工程選用0.2S。

對(duì)并網(wǎng)線路電流的測(cè)量主要是用于線路測(cè)控裝置，屬數(shù)字式儀表，參考《電測(cè)量及電能計(jì)量裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》( DL/T 5137—2001)表5.1.4常用測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確度最低要求，和表5.1.5儀表用電流、電壓互感器及附件、配件的準(zhǔn)確度最低要求，可知用于測(cè)量的電流互感器二次繞組準(zhǔn)確級(jí)選用0.5。

根據(jù)常用測(cè)量?jī)x表電流回路功耗參考值如表1，該表可以確定測(cè)量類電流互感器二次繞組的額定輸出，須注意的是用于計(jì)量的電流互感器需要滿足電能表(包括有功和無功電能計(jì)量)的負(fù)荷要求。為了統(tǒng)一，本工程對(duì)測(cè)量類電流互感器二次繞組的額定輸出要求為20 VA。

表1 常用測(cè)量?jī)x表電流回路功耗參考值

2.2.1.2 電流互感器保護(hù)類二次繞組參數(shù)選擇

110 kV及以下系統(tǒng)保護(hù)用電流互感器一般按穩(wěn)態(tài)條件選擇，選用P類互感器。變壓器主回路宜采用復(fù)合誤差較小(波形畸變較小)的5P級(jí)電流互感器。P類保護(hù)用電流互感器能滿足復(fù)合誤差要求的準(zhǔn)確限值系數(shù)Kalf一般可取5、10、15、20和30。華北電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)110 kV升壓站時(shí)相應(yīng)參數(shù)一般也選擇為30，而《國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計(jì)——110 kV變電站分冊(cè)》所列實(shí)例多采用20、30，本項(xiàng)目并網(wǎng)接入電站側(cè)的電流互感器參數(shù)為Kalf=40，業(yè)主要求廠內(nèi)升壓站電流互感器相應(yīng)參數(shù)與之相同。作者考慮到滿足業(yè)主需要，并經(jīng)過下面的計(jì)算(公式(1)、(2))認(rèn)為選用Kalf=40能滿足工程要求，因此最終設(shè)計(jì)選用了Kalf=40，但選用Kalf=40對(duì)電流互感器制造增加了難度，所以額定輸出無法做到很大。

額定二次電流的選擇與測(cè)量類電流互感器二次繞組同樣選擇5 A。額定一次電流的選擇除了滿足大于主變110 kV側(cè)最大運(yùn)行電流的要求外，還需滿足額定準(zhǔn)確限值一次電流大于110 kV最大短路電流I″d=20 kA的要求(業(yè)主根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇婋娋W(wǎng)發(fā)展規(guī)劃提供)。額定準(zhǔn)確限值一次電流=額定一次電流×Kalf≥110 kV最大短路電流，即額定一次電流≥110 kV最大短路電流/Kalf=20 000/40=500。在滿足此要求的基礎(chǔ)上，作者最初選擇的額定一次電流為600 A，但業(yè)主參考并網(wǎng)接入電站側(cè)的電流互感器參數(shù)，希望廠內(nèi)升壓站電流互感器相應(yīng)參數(shù)與之相同，為了滿足業(yè)主需要，并經(jīng)過計(jì)算(公式(1)、(2))認(rèn)為額定一次電流選用500 A可以滿足工程要求，因此最終設(shè)計(jì)額定一次電流為500 A，即變比為500/5 A。

保護(hù)類電流互感器二次繞組的額定輸出見表2，選擇標(biāo)準(zhǔn)值中的10 VA已可滿足要求，但是經(jīng)過對(duì)額定二次極限電動(dòng)勢(shì)的驗(yàn)算，做出了調(diào)整，具體過程見下。

保護(hù)出口短路為20 kA，保護(hù)校驗(yàn)系數(shù)Kpcf=20/0.5=40。設(shè)所選互感器：變比500/5，Kalf=40，Rct=6 Ω，Rbn=10 VA。額定二次極限電動(dòng)勢(shì)為：

Es1=Kalf·Isn·(Rct+Rbn)=

40×5×(6+10) =3 200 V

(1)

式中：Kalf——準(zhǔn)確限值系數(shù)；Isn——額定二次電流,A；Rct——電流互感器二次繞組電阻,Ω；Rbn——電流互感器額定負(fù)荷,VA。

設(shè)互感器實(shí)際二次負(fù)荷Rb=10 Ω。要求的二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

Es=Kpcf·Isn·(Rct+Rb)=40×5×(6+10)=3 200 V

(2)

式中：Kpcf——保護(hù)校驗(yàn)系數(shù)，與繼電保護(hù)動(dòng)作原理有關(guān)；Rb——電流互感器實(shí)際二次負(fù)荷,VA。

電流互感器的額定二次極限電動(dòng)勢(shì)應(yīng)大于保護(hù)校驗(yàn)要求的二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如果不滿足需要，則需加大Kalf或VA值，或降低實(shí)際二次負(fù)荷。

表2 各類設(shè)備的保護(hù)和自動(dòng)裝置電流回路最大功耗參考值

注：EM—電磁型保護(hù)，RT—整流型保護(hù)，IC—集成電路型保護(hù)，DP—微機(jī)型保護(hù)。

由于Esl=Es，互感器勉強(qiáng)滿足要求。作者參考現(xiàn)有工程實(shí)例，為保證設(shè)備選型的安全性，將額定輸出由10 VA增大至20 VA，相應(yīng)Rct也有所增大，則

Esl=40×5×(9+20)=5 800 V

Es=40×5×(9+10)=3 800 V

互感器亦可滿足要求。

2.2.2 110 kV并網(wǎng)線路側(cè)電流互感器參數(shù)選擇

110 kV并網(wǎng)線路須將經(jīng)由兩臺(tái)主變升壓后的發(fā)電量全部送至電網(wǎng)，最大運(yùn)行電流約為84×2=168 A。配備4組電流互感器，一組用于計(jì)量，一組用于測(cè)量，兩組用于保護(hù)。電流互感器參數(shù)選擇過程與主變110 kV側(cè)電流互感器的參數(shù)選擇過程相同。

2.2.2.1 電流互感器測(cè)量類二次繞組參數(shù)選擇

電流互感器測(cè)量類二次繞組額定一次電流的選擇大于最大運(yùn)行電流，并且滿足測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度要求，考慮到電廠擴(kuò)容的可能性，要求二次繞組具有中間抽頭，使現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用可以通過采用不同二次接線方式實(shí)現(xiàn)調(diào)整額定一次電流的功能，因此選擇250～500 A。

業(yè)主參考并網(wǎng)接入電站側(cè)的電流互感器參數(shù)額定二次電流選擇為1A，要求廠內(nèi)升壓站電流互感器相應(yīng)參數(shù)與之相同，規(guī)程中也允許一個(gè)廠站內(nèi)的互感器額定二次電流同時(shí)采用1 A和5 A，因此選擇1 A，電流互感器變比為250～500/1A。

計(jì)量用電流互感器二次繞組準(zhǔn)確度選用0.2S，測(cè)量用電流互感器二次繞組準(zhǔn)確級(jí)選用0.5，測(cè)量類電流互感器二次繞組的額定輸出要求為20 VA。

2.2.2.2 電流互感器保護(hù)類二次繞組參數(shù)的選擇

保護(hù)用電流互感器的額定一次電流、額定二次電流、額定輸出、準(zhǔn)確限值系數(shù)等參數(shù)選擇和校驗(yàn)過程與主變側(cè)保護(hù)用電流互感器相同。

保護(hù)類電流互感器的準(zhǔn)確限制系數(shù)站內(nèi)各處保持一致，因此選用40；額定二次電流的選擇上考慮到與并網(wǎng)線路上電流互感器測(cè)量類二次繞組保持一致，選用1 A；額定輸出站內(nèi)各處保持一致，選用20 VA。

額定一次電流的選擇除考慮到與主變側(cè)保護(hù)用電流互感器相同因素外，還考慮到針對(duì)線路的保護(hù)特性，二次繞組增加了中間抽頭，最終變比選擇為500-1000/1 A；精度5P40；容量20 VA。

將選定的參數(shù)按照2.2.1.2節(jié)中的驗(yàn)算過程進(jìn)行校驗(yàn)，其額定二次極限電動(dòng)勢(shì)大于保護(hù)校驗(yàn)要求的二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此選擇的參數(shù)可行。

3 結(jié)束語

繼電保護(hù)系統(tǒng)和測(cè)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)對(duì)電流互感器提出了許多嚴(yán)格的要求，如何給出滿足繼電保護(hù)裝置動(dòng)作特性和測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度要求的電流互感器參數(shù)，需要對(duì)概念深入理解、并進(jìn)行多種校驗(yàn)。在已往的工程設(shè)計(jì)中，多以參考工程實(shí)例、選取經(jīng)驗(yàn)值為主，而在某垃圾焚燒發(fā)電廠升壓站電流互感器技術(shù)文件編制過程中，作者參考大量規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)、工程計(jì)算實(shí)例，并且多方請(qǐng)求指導(dǎo)，對(duì)參數(shù)選擇的方法和依據(jù)有了初步的了解，并進(jìn)行了驗(yàn)算得出了相對(duì)合理的參數(shù)值，但仍有些概念還需結(jié)合相應(yīng)的工程情況進(jìn)行深入理解。

[1] 電測(cè)量及電能計(jì)量裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程 DL/T 5137—2001.

[2] 電流互感器和電壓互感器選擇及計(jì)算導(dǎo)則 DL/T 866—2004.

An Example Analysis of CT Parameters Selecting in Step-up Transformer Substation of MSW Incineration Power Plant

ZHANG Ying

Based on an actual design example of step-up transformer substation in some municipal solid waste (MSW) incineration power plants, this paper introduces the process of CT parameters selecting in 110 kV transformer substation.

110 kV transformer substation; 110 kV current transformer; CT parameters

2014-03-10

張瑩(1978—)，女，天津人，碩士，工程師，主要從事電氣設(shè)計(jì)工作。

TM452

A

1008-5122(2014)03-0028-04