500 kV变电站主变差动保护用TPY级电流互感器参数优化

李颖瑾，王文莉，梅 芳

（山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013）

0 引言

通常500 kV变电站规划安装4×750 MVA主变，本期安装2×750 MVA主变。变压器多选用单相自耦无励磁调压变压器，其相关参数如下：

容量：250/250/80 MVA

接线组别：Ia0i0

短路电压百分比：UkI-II%=16，UkI-III%=54，UkII-III%=36

通常500 kV采用一个半断路器接线，220 kV采用双母线单分段接线，35 kV采用按变压器单元制单母线接线，不带总断路器。

1 主变差动保护用TPY级绕组参数的计算依据

主变压器保护采用微机保护，电气量主、后备保护按双重化配置，双套保护配置不同的电流互感器绕组。用于主变差动保护的各侧绕组皆选用TPY级绕组，各侧二次侧电流均选为1 A，通常500 kV侧变比为3 000～4 000/1 A，220 kV侧为2 000～2 500/1 A，35 kV侧为2 500/1 A。

电流互感器的二次负载一般可用阻抗Zb（Ω）或容量Sb（VA）来表示。两者之间的关系为：Zb=Sb/Isn2，对二次额定电流为1 A时，Zb=Sb。通常TPY级二次绕组容量选为15 VA，但随着电子式仪表及微机保护的广泛应用，控制保护大量下放，二次负载大大降低，相应的二次负载也可选用较低的额定值，以降低TPY绕组的体积及整体造价。

根据《电流互感器和电压互感器选择及计算导则》7.4.2.2条“高压侧为330 kV～500 kV的降压变压器的差动保护回路各侧均宜选用TPY级电流互感器。高、中压侧宜按外部线路故障C-O-C-O工作循环校验暂态特性。低压侧为三角形接线时，可按外部三相短路C-O工作循环校验。”本文依托山东省典型变电站参数，对变压器差动保护用TPY级电流互感器的参数进行计算、选择。

1.1 一般计算原则

根据电流互感器的订货技术规范书中厂家提供的电流互感器的固有参数及设计院选取的相关参数，如Tp、Ts、Kssc、Kd、Rct和Rbn等，校验互感器性能是否满足实际稳态短路电流倍数及规定工作循环的要求。Tp为一次时间常数，Ts为二次时间常数，Kssc为额定对称短路倍数，Kd为额定暂态面积系数，Rct为电流互感器二次绕组电阻，Tb为互感器实际外接负载，Rbn为电流互感器额定负载。

电流互感器额定二次极限电动势为

式中，Ktd为暂态面积系数。

电流互感器的等效二次极限电动势E′a1为

式中：Ktd′为实际的暂态面积系数；Kpcf为保护校验系数。

电流互感器的额定等效二次极限电动势Ea1应大于保护要求的等效二次感应电动势E′a1。

TPY电流互感器应按暂态误差ε=100 Ktd′/ωTs%，校验实际误差不应超过10%。

1.2 短路电流的选取

对差动保护用的TPY级绕组按照区外故障不误动作为校验条件，区内故障应可靠动作。

当主变500 kV侧进线处发生短路，为区外故障，流经主变500 kV侧CT的短路电流为500 kV系统及220 kV经主变提供的，经计算，主要为系统提供的短路电流，总值约为50 kA，需进行C-O操作循环校验。当与主变同串的出线发生短路，流经主变短路电流与进线处相同，都约为50 kA，但因线路故障启动重合闸，因此需进行C-O-C-O操作循环的校验。综上所述，需按较严重情况校验，即短路电流为50 kA，按C-O-C-O操作循环进行校验。

2 TPY级电流互感器各参数计算

变压器为500/220/35 kV自耦变压器，容量为750 kVA。高压侧短路电流为50 kA,系统一次时间常数Tp=0.1 s,中压侧短路电流为12 kA,系统一次时间常数Tp=0.06 s。变压器差动保护各侧均选用TPY电流互感器，校验条件是：高、中压侧按外部线路故障并重合闸时，差动保护不误动，即要求保证C-0.1s-O-0.8s-C-0.1 s-O工作循环电流互感器不致暂态饱和。低压侧按外部三相短路C-0.1 s-O工作循环进行校验。

2.1 变压器500 kV侧TPY参数选择

变压器500 kV侧额定电流为867 A。500 kV侧母线采用一个半断路器接线，电流互感器选用TPY级，变比选为2 500/1A，Kssc=20，Tp=0.1s，Rct=9Ω，Rbn=10 Ω，Tsn=0.8s，互感器额定工作循环为C-0.1 s-O-0.5s-C-0.04s-O，即t'=0.1 s，tfr=0.5 s，t″=0.04 s，Ktd可按给定的两次通电工作循环带入有关参数求得：

由此根据式（1）求出电流互感器额定二次极限电动势为

现校验电流互感器是否满足要求。

计算实际负载：

选择控制电缆为铜芯4mm2，电缆长度为240 m，电缆的电阻为

接触电阻共取0.1Ω，（不按每点计）

(4)热量分配:三餐热量分配一般为1/5,2/5,2/5或1/3,1/3,1/3或四餐1/7,2/7,2/7,2/7。三餐饮食内容要搭配均用,每餐均有糖类、脂肪和蛋白质,且要定时。可按病人生活习惯、病情及配合治疗的需要来调整[3]。

单相短路时，Klx.zk＝2，短路电流通过中性线，电阻为三相短路时的两倍。

每套保护装置负载Pj为0.5 VA,TPY级绕组接主变纵差保护一套装置

即实际二次负载Rb为2.706Ω,则实际二次时间常数为

按校验条件C-0.1 s-O-0.8 s-C-0.1 s-O工作循环，根据式（3）求出要求的暂态面积系数为：

考虑最严重条件下穿越电流为最大短路电流，即Kpcf=Iscmax/Ipn=50 000/2 500=20，实际的Rb=2.6，根据式（2），所选用电流互感器的等效二次极限电动势E′a1为：

E′a1=Ktd′Kpcf（Rct+Rb）=29.28×20×（9＋2.6）=6793 V

E′a1小于电流互感器额定等效二次极限电动势Ea1=7 790 V，符合要求。

TPY级电流互感器实际工作的暂态误差

符合不超出10%的要求。

由上计算，TPY级电流互感器参数选为：变比2500/1 A，Kssc=20，额定工作循环为C-0.1s-O-0.5s-C-0.04s-O,10 VA。

2.2 变压器220 kV侧TPY参数选择

变压器220 kV侧额定电流为1970 A，220 kV侧短路穿越变压器电流为12 kA。电流互感器选用TPY级，变比选为2 500/1 A，Kssc=15，Tp=0.06 s，Rct=9 Ω，Rbn=10 Ω，Tsn=0.6 s，互感器额定工作循环为C-0.1s-O，即t′=0.1 s,额定暂态面积系数Ktd为

根据式（1），求出电流互感器额定二次极限电动势为

计算实际负载：

选择控制电缆为铜芯4mm2，电缆长度为300 m，根据式（4），电缆的电阻为

接触电阻共取0.1 Ω，（不按每点计），根据式（5）

单相短路时，Klx.zk＝2，短路电流通过中性线，电阻为三相短路时的两倍。

每套保护装置负载Pj为0.5 VA,TPY级绕组接主变纵差保护一套装置，根据式（6）

即实际二次负载Rb为3.24 Ω，根据式（7）实际二次时间常数为

按220kV短路并进行重合闸为校验条件，220 kV侧一次时间常数取0.06 s，工作循环按C-0.1 s-O-0.8 s-C-0.1 s-O，根据式（3），暂态面积系数K′td为

中压侧短路穿越电流为12 kA，Kpcf=12 000/2 500=4.8,实际的Rb=3.14 Ω，根据式（2），所选用电流互感器的等效二次极限电动势为

E′a1小于电流互感器额定等效二次极限电动势Ea1=4 218 V，符合要求。

TPY级电流互感器实际工作的暂态误差，根据式（8）为

ε=100Ktd′/ωTs%=100×26.64/（314×0.93）=9.12%

符合不超出10%的要求,但接近允许误差极限，宜适当提高220 kV侧的TPY互感器额定二次负载Rbn，例如提高到15 Ω,或提高二次时间常数Tsn，例如提高到0.8 s，可增加误差裕度。

3 结论

主变500 kV侧TPY级电流互感器参数可优化为：变比2 500/1 A，Kssc=20，额定工作循环为C-0.1 s-O-0.5s-C-0.04s-O，10VA，原二次绕组容量15 VA可优化为10 VA。

以往工程中，220 kV侧TPY级电流互感器参数选择为：变比2 500/1 A，Kssc=20，额定工作循环为C-0.1 s-O-0.5 s-C-0.04 s-O，15 VA，GIS外形较小的设备厂如平高东芝厂等无法安装下此TPY绕组。由以上计算及咨询电流互感器厂家，TPY级电流互感器参数选为：变比2 500/1 A，Kssc=15，额定工作循环为C-0.1 s-O，10 VA，Tsn=0.8 s，GIS外形较小的设备厂皆可满足此TPY绕组的安装空间，解决了以往工程中TPY绕组受限于GIS订货厂家的问题，优化了TPY绕组的设计参数，节省了工程投资。