风电场电流互感器二次负荷的计算与校验

文 | 唐志军

风电场电流互感器二次负荷的计算与校验

文 | 唐志军

在风电场升压站工程的电气设计中，常忽略了电流互感器的二次负荷问题。计量类电流互感器与其准确等级相对应的二次负荷不满足工程要求，易造成计量、测量的准确精度不够，给风电场计量及考核带来损失。保护用电流互感器二次负荷不够，致使在短路情况下电流互感器铁芯饱和，一次侧电流不能准确地传变至二次侧，导致保护动作不正确。因此有必要加强电流互感器的二次负载的计算与校验工作。

测量用电流互感器的二次负载

电流互感器的额定二次负载，可用阻抗Zb（Ω）或容量Sb（VA）表示。二者之间的关系为：

式（1）中：Isn--电流互感器的额定二次电流，根据实际情况取1A或5A。

电流互感器的二次负荷额定值（Sbn）可根据实际负荷需要选用2.5、5、7.5、10、15、20、30VA。在某些特殊情况，也可选用更大的额定值。

电流互感器的负荷通常由两部分组成：一部分是所连接的测量仪表或保护装置，另一部分是连接导线。计算电流互感器负荷时应注意在不同接线方式和故障形态下的阻抗换算系数。计算连接导线的负荷时，一般情况下可忽略导线电感，而仅计其电阻R1：

式（2）中：

L--电缆长度/m；

A--导线截面，电流回路采用4mm2及以上截面积的铜导线/mm2；

γ--电导系数，铜取0.0175Ω×mm2/m。

对于测量表计，每个回路计量用互感器需单独检验，准确等级应按准确级要求最高的表计校验计算。一般工程验算可忽略负荷阻抗之间的相位差，二次负荷Zb可按式(3)计算：

式（3）中：

Zm--仪表电流线圈的阻抗/Ω；

Zl--连接导线单程的阻抗，一般可忽略电抗，仅计其电阻R1，参见公式（2），Ω；

Rc--接触电阻，一般为0.05Ω-0.1Ω；

Kmc--仪表接线的阻抗换算系数，参见表1；

Klc--连接线的阻抗换算系数，参见表1。

测量用电流互感器各种接线方式的阻抗换算系数见表1。

表1 测量用电流互感器各种接线方式的阻抗换算系数

测量及计量电流回路功耗应根据实际应用情况确定，其功耗值与装置实现原理和构成元件有关，差别很大。表2列出一些典型仪表的功耗参考值。

需要注意的是为保证测量用电流互感器的准确级, 测量用电流互感器的二次负荷欧姆值必须在额定负荷值的25%-100%范围内。故在测量用电流互感器额定二次负荷的选择时应使实际负荷值不超出此范围。

保护用电流互感器的二次负载

用于继电保护的电流互感器，应能满足保护的灵敏系数和选择性要求。

保护用电流互感器二次负荷为：

式（4）中：

Zr--继电器电流线圈阻抗，对于数字继电器可忽略电抗，仅计及电阻Rr，Ω；

Rl--连接导线电阻Ω，参见公式（2）

Rc--接触电阻，一般为0.05Ω-0.1Ω；

Krc--继电器阻抗换算系数，参见表3；

Klc--连接导线阻抗换算系数，参见表3。

保护用电流互感器在各种接线方式时，不同的短路类型下的阻抗换算系数见表2。

保护和自动装置电流回路功耗应根据实际应用情况确定，其功耗值与装置实现原理和构成元件有关。依据行业主要几个保护厂家装置说明书，表4列出风电场升压站常规接线方式下各类微机型保护和自动装置的最大功耗参考值。工程应用中应尽量降低保护用电流互感器所接二次负荷，以减小二次感应电动势，避免互感器饱和。必要时，可选择额定负荷显著大于实际负荷的互感器，以提高互感器抗饱和能力。

表2 常用测量仪表电流回路功耗参考值

表3 继电器及连接导线阻抗换算系数表

保护装置额定阻抗：

式（5）中：

Zr--保护装置的额定负载值；

Sr--保护装置交流功耗，见表4；

表4 各类微机型保护和自动装置电流回路最大功耗参考值

Isn--电流互感器的额定二次电流 A，根据实际情况取1A或5A。

随着风电场的发展，场内集电线路大多采用电缆和架空混合方式，这种方式使得风电场系统电容电流明显增加，导致接地弧光难以熄灭，极易促使事故扩大。继而接入系统也对风电场继电保护提出更严格的要求，国家电网风电并网运行反事故措施明确要求风电场汇集线系统应采用经电阻或消弧线圈接地方式，当风电场汇集线系统单相故障接地时应快速切除。风电场汇集线系统回路一般采用外接零序电流互感器采集回路零序电流。再用上述方法计算取得回路零序电流互感器二次负荷Zb时，需采用如下方法校验负荷容量，Zb需满足：

式（6）中：

Irc--流过单相接地回路的短路电流，应计及汇集线系统中性点回路提供的电流以及其它馈线回路提供的电容电路 A；

Kn--零序电流互感器额定电流比；

Rb--零序电流互感器实际二次负荷Ω。因风电场汇集线系统线路保护装置一般装设于就地开关柜，此值可取0.2Ω-0.4Ω，有条件可实测此电阻值。

结论

随着风电装机占电网比重的不断增加，系统对风电场计量系统准确性及继电保护动作的正确性提出更严格的要求。电流互感器的二次容量是保证计量准确性和继保动作正确性的重要参数，在风电场设计过程中需引起重视，同时在后期风电场改造过程中不能忽视电流互感器二次容量的再选择。

（作者单位：龙源（北京）风电工程设计咨询有限公司）