張 瑩

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

垃圾焚燒發(fā)電廠升壓站CT參數(shù)選擇的實例分析

張 瑩

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

本文結(jié)合某垃圾焚燒發(fā)電廠廠內(nèi)升壓站的實際設(shè)計范例，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?，F(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)建一個升壓變電站，設(shè)計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)計中對電流互感器的選型多注重測量線圈變比、動熱穩(wěn)定校驗等，對其準確級、準確限值系數(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)升壓站的實際設(shè)計范例，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

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、測量、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二次繞組和鐵芯，電流互感器內(nèi)的若干個二次繞組和鐵芯按不同電氣性能和不同應用，可以分為測量和保護兩大類。測量類二次繞組應用于測量、監(jiān)控、計量回路；保護類二次繞組應用于保護回路?，F(xiàn)場應嚴格執(zhí)行測量和保護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、準確級等參數(shù)；電流互感器保護類二次繞組的參數(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。

電流互感器測量類二次繞組和保護類二次繞組在同一參數(shù)的表現(xiàn)形式、校驗過程也不盡相同。如對于準確級參數(shù)，測量類二次繞組以該準確級在額定電流下所規(guī)定的最大允許電流誤差的百分數(shù)來標稱：標準準確級為0.1、0.2、0.5、1、3和5級；供特殊用途的為0.2S及0.5S級。保護類二次繞組以在額定準確限值一次電流下的最大允許復合誤差的百分數(shù)標稱，標準準確級為：5P、10P、5PR和10PR。再比如，電流互感器測量類二次繞組的輸出容量在設(shè)計時，要考慮大于其所接到的二次負荷；而保護類二次繞組的輸出容量除考慮這一因素外，還要根據(jù)對額定二次極限電動勢和保護校驗要求的二次感應電動勢驗算結(jié)果比較而調(diào)整。

電流互感器二次繞組的參數(shù)選擇是一個需要多方考慮、驗算的復雜過程，下面將以一個實例，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)，焚燒爐為機械爐排爐，共3臺，單臺處理垃圾能力為400 t/d，焚燒爐可短時超負荷10%。安裝2臺12 MW(最大功率15 MW)凝汽式汽輪發(fā)電機組。

發(fā)電機所發(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)三爐二機建廠規(guī)模，并網(wǎng)線路為單回路110 kV電壓等級的基本條件，電氣主接線方案如下：2臺電壓為10.5 kV發(fā)電機各自經(jīng)電纜引至10 kV廠用母線，再各由一臺升壓變壓器升壓至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)置單獨的發(fā)電機主母線，10 kV廠用母線為單母線分段接線，廠用高壓負荷由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 電流互感器測量類二次繞組參數(shù)選擇

額定一次電流(Ipn)的標準值為：10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、75 A以及它們的十進位倍數(shù)或小數(shù)。測量、計量用電流互感器額定一次電流的選擇大于主變110 kV側(cè)最大運行電流(84 A)，并且滿足測量系統(tǒng)的測量精度要求(實際電流/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，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)備與測量、保護等二次設(shè)備的距離更遠，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。

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

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

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

表1 常用測量儀表電流回路功耗參考值

2.2.1.2 電流互感器保護類二次繞組參數(shù)選擇

110 kV及以下系統(tǒng)保護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合誤差較小(波形畸變較小)的5P級電流互感器。P類保護用電流互感器能滿足復合誤差要求的準確限值系數(shù)Kalf一般可取5、10、15、20和30。華北電力設(shè)計院設(shè)計110 kV升壓站時相應參數(shù)一般也選擇為30，而《國家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計——110 kV變電站分冊》所列實例多采用20、30，本項目并網(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)過下面的計算(公式(1)、(2))認為選用Kalf=40能滿足工程要求，因此最終設(shè)計選用了Kalf=40，但選用Kalf=40對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)最大運行電流的要求外，還需滿足額定準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?shù)毓╇婋娋W(wǎng)發(fā)展規(guī)劃提供)。額定準確限值一次電流=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參數(shù)與之相同，為了滿足業(yè)主需要，并經(jīng)過計算(公式(1)、(2))認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)計額定一次電流為500 A，即變比為500/5 A。

保護類電流互感器二次繞組的額定輸出見表2，選擇標準值中的10 VA已可滿足要求，但是經(jīng)過對額定二次極限電動勢的驗算，做出了調(diào)整，具體過程見下。

保護出口短路為20 kA，保護校驗系數(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。額定二次極限電動勢為：

Es1=Kalf·Isn·(Rct+Rbn)=

40×5×(6+10) =3 200 V

(1)

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

設(shè)互感器實際二次負荷Rb=10 Ω。要求的二次感應電動勢為：

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

(2)

式中：Kpcf——保護校驗系數(shù)，與繼電保護動作原理有關(guān)；Rb——電流互感器實際二次負荷,VA。

電流互感器的額定二次極限電動勢應大于保護校驗要求的二次感應電動勢，如果不滿足需要，則需加大Kalf或VA值，或降低實際二次負荷。

表2 各類設(shè)備的保護和自動裝置電流回路最大功耗參考值

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

由于Esl=Es，互感器勉強滿足要求。作者參考現(xiàn)有工程實例，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)由兩臺主變升壓后的發(fā)電量全部送至電網(wǎng)，最大運行電流約為84×2=168 A。配備4組電流互感器，一組用于計量，一組用于測量，兩組用于保護。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 電流互感器測量類二次繞組參數(shù)選擇

電流互感器測量類二次繞組額定一次電流的選擇大于最大運行電流，并且滿足測量系統(tǒng)的測量精度要求，考慮到電廠擴容的可能性，要求二次繞組具有中間抽頭，使現(xiàn)場應用可以通過采用不同二次接線方式實現(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參數(shù)與之相同，規(guī)程中也允許一個廠站內(nèi)的互感器額定二次電流同時采用1 A和5 A，因此選擇1 A，電流互感器變比為250～500/1A。

計量用電流互感器二次繞組準確度選用0.2S，測量用電流互感器二次繞組準確級選用0.5，測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 電流互感器保護類二次繞組參數(shù)的選擇

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

保護類電流互感器的準確限制系數(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)保護用電流互感器相同因素外，還考慮到針對線路的保護特性，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)中的驗算過程進行校驗，其額定二次極限電動勢大于保護校驗要求的二次感應電動勢，因此選擇的參數(shù)可行。

3 結(jié)束語

繼電保護系統(tǒng)和測量計費系統(tǒng)對電流互感器提出了許多嚴格的要求，如何給出滿足繼電保護裝置動作特性和測量系統(tǒng)的測量精度要求的電流互感器參數(shù)，需要對概念深入理解、并進行多種校驗。在已往的工程設(shè)計中，多以參考工程實例、選取經(jīng)驗值為主，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)計手冊、工程計算實例，并且多方請求指導，對參數(shù)選擇的方法和依據(jù)有了初步的了解，并進行了驗算得出了相對合理的參數(shù)值，但仍有些概念還需結(jié)合相應的工程情況進行深入理解。

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

[2] 電流互感器和電壓互感器選擇及計算導則 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)計工作。

TM452

A

1008-5122(2014)03-0028-04