10kV配電變壓器零序CT變比設(shè)計及安裝位置分析

10kV配電變壓器零序CT變比設(shè)計及安裝位置分析摘要:本文探討了10KV變壓器低壓側(cè)零序CT變比設(shè)計及不同的安裝位置的分析。關(guān)鍵詞:CT飽和系數(shù)；中性點(diǎn)；保護(hù)接地；前言10KV（6KV）/0.4kV變壓器在工礦企業(yè)（6KV多用在火力發(fā)電廠）應(yīng)用非常廣泛，變壓器電源側(cè)的高壓側(cè)開關(guān)柜配置變壓器綜合保護(hù)器，變壓器低壓側(cè)必須配備零序電流保護(hù)［1］,相應(yīng)在變壓器低壓側(cè)配置零序CT。關(guān)于這個零序CT的一、二次電流值的選擇，及其安裝位置確定，設(shè)計單位往往委托成套設(shè)備廠家或安裝建設(shè)單位來完成這項工作。不少成套設(shè)備廠家或建安單位在這個CT選用及安裝位置是錯誤的,繼而影響繼電保護(hù)的功能。本文就在工程實際中遇到這兩個問題進(jìn)行闡述：一、零序CT的額定一次與二次電流值選擇（1） 根據(jù)文獻(xiàn)［1］：1kV及以下系統(tǒng)電流互感器額定一次電流宜采用1A，所以大多數(shù)低壓變壓器的零序CT額定二次電流值采用1A,特別是變壓器與高壓開關(guān)距離遠(yuǎn)，CT回路壓降大的，更是首選1A。如果變壓器高壓柜綜合保護(hù)器配置要求需要，也可以采用5A。（2） 根據(jù)文獻(xiàn)［1］：變壓器中性點(diǎn)側(cè)零序電流互感器額定一次電流應(yīng)按大于變壓器中性線上流過的不平衡電流和未單獨(dú)裝設(shè)零序電流互感器保護(hù)的最大電動機(jī)相間保護(hù)動作電流選擇，可按照大于變壓器低壓側(cè)額定一次電流30%~100%選擇參考文獻(xiàn)［2］有關(guān)公式，（3） 動作電流定值計算。動作電流I°可按如下計算，取二者最大值：op.1）按躲過低壓廠用變壓器最大負(fù)荷的不平衡電流計算，即：I0=（K*Inb）/n（1-1）op.relua0式中：K—可靠系數(shù)，取1.3~1.5；relI—變壓器最大負(fù)荷的不平衡電流，可取（0.2~0.5）I,I為變壓器低壓側(cè)unbEE一次額定電流；naO:變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)零序電流互感器變比。2）與變壓器低壓側(cè)下一級保護(hù)配合，即：下一級有零序過電流保護(hù)時，應(yīng)與零序過電流保護(hù)最大動作電流配合，即:IO=（K*I.L.max）/n （1-2）op.COop.O aO式中:K—配合系數(shù)系數(shù)，取1.15~1.20；COI.L.max—下一級零序過電流保護(hù)最大動作電流一次值；op.On—變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)零序電流互感器變比。aO下一級無零序過電流保護(hù)時，應(yīng)與相電流保護(hù)最大動作電流配合，即:IO=（K*I.max）/n（1-3）.L aO式中:K—配合系數(shù)系數(shù)，取1.15~1.20；COI.max—下一級相電流保護(hù)最大動作電流一次值；op.Ln：變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)零序電流互感器變比。（4）靈敏度校驗計算如下:K=1(1)/(1*n) (1-4)senk op.Oa0K:靈敏系數(shù)senI（1）：變壓器低壓側(cè)母線單相接地短路電流一次值;kn：變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)零序電流互感器變比；a0文獻(xiàn)［2］要求K上2。在計算結(jié)果滿足靈敏度的要求的條件下，如何確定變比senna0,即確定一次額定電流值，從公式（1-1）?（1-3）中可以看出，一次動作電流值以及靈敏度與變比沒有關(guān)系。CT額定一次值如何從變壓器低壓側(cè)額定一次電流30%~100%這樣大的范圍內(nèi)，選擇合適值？參考文獻(xiàn)［4］CT的10%的誤差特性曲線圖如下：主要要考慮CT的最大一次電流倍數(shù)：m=I/Ie；1011I：回路短路電流；I:互感器額定一次電流;I:互感器額定一次電流;1e/Z:CT二次負(fù)荷阻抗。fh根據(jù)圖形，選擇的CT額定一次電流越大，m越小，為了保證誤差在曲線以10下，CT帶負(fù)載（Z）能力越強(qiáng)。但是CT額定一次電流越大，CT制造陳本越大，fh所以在滿足10%誤差及能滿足二次負(fù)載條件下，CT的額定一次電流越小越好，CT制造越經(jīng)濟(jì)。二、零序CT的安裝位置在工程項目上，不同的設(shè)計單位進(jìn)行設(shè)計，不同的制造廠家以及不同的建安單位，因此諸多因素導(dǎo)致變壓器低壓側(cè)的零序CT的實際安裝位置各不同，甚至有的安裝位置是錯誤的。即使在調(diào)試過程中采用：外部電源線穿過零序CT，來測試CT及保護(hù)動作特性，所以其安裝的實際位置在調(diào)試過程中往往容易被忽略。

錯誤的接線方式在設(shè)備投運(yùn)后也未被及時發(fā)現(xiàn)，給設(shè)備的安全運(yùn)行帶來了隱患,本文就實際工程中出現(xiàn)的幾種典型接線進(jìn)行分析，并給出相應(yīng)方案或措施。如圖（一）變壓器低壓側(cè)是TN-S系統(tǒng)，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)發(fā)生單相（相線接觸設(shè)備外殼）接地故障后：故障電流的一部分通過設(shè)備外殼的接地PE線返回系統(tǒng)，另一部分通過外殼接地線，然后經(jīng)過接地電網(wǎng)從變壓器的中性點(diǎn)返回系統(tǒng)。因此圖中零序CT檢測到是全部故障電流。通過零序CT繼電器跳開變壓器高壓側(cè)開關(guān)，切除故障。如圖（二），CT安裝在TN-S系統(tǒng)保護(hù)中地線PE與零線分開前PEN線上，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)正常運(yùn)行時候，N線上不平電流流過零序CT。所以當(dāng)?shù)蛪簜?cè)發(fā)生故障時，流過零序CT的電流：一部分電流從PE線以及接地線返回系統(tǒng)，另一部分是流過N線返回的不平衡電流。因為N線的不平衡電流的作用,對于保護(hù)的靈敏度、動作整定值都有影響。因為不平衡電流的疊加，促使保護(hù)的實際動作值對應(yīng)的故障電流減小顯然且靈敏度得到了提高。另外，實際運(yùn)行中，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)進(jìn)線斷路器上口與變壓器低壓側(cè)之間的母排發(fā)生相排對N排的短路，因為此故障電流不經(jīng)過低壓側(cè)總進(jìn)線斷路器，對于圖（一）的接線方式，則只能通過變壓器高壓側(cè)的保護(hù)動作跳開故障。而對于圖（二）的接線方式，此類型的故障電流將通過零序CT。因為高壓側(cè)為D接，零序電流從電源不能流入變壓器3],所以變壓器低壓總進(jìn)線斷路器上口相對N線短路的故障電流，在高壓側(cè)側(cè)只能反映為正序和負(fù)序電流，通過過電流保護(hù)動作。如果故障發(fā)展較為緩慢，那么變壓器低壓側(cè)零序保護(hù)早于高壓側(cè)的過流二段動作，動作出口跳開高、低壓側(cè)的斷路器。在國內(nèi)大多數(shù)火力發(fā)電廠的輔機(jī)系統(tǒng)，該接線方式的應(yīng)用較為廣泛。

實際工程中，除了常見的把零序CT安裝在變壓器小室里，還有在低壓進(jìn)線開關(guān)柜內(nèi)安裝的零序CT,當(dāng)變壓器的低壓母排與低壓柜的母排連接后，PE線與CT之間安裝位置也有講究，比如圖3的接線方式:對于圖（三）的接線方式，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)發(fā)生單相接地后，一部分故障電流通過變壓器小室的PE線返回系統(tǒng)，然而位于低壓側(cè)進(jìn)線柜的零序CT只能檢測到經(jīng)過PE排返回系統(tǒng)的部分故障電流以及正常負(fù)載時的不平衡電流，不能檢測從變壓器小室接地點(diǎn)直接返回系統(tǒng)的故障電流。這種情況下使得零序保護(hù)實際動作值大于故障處的電流，甚至存在拒動的可能。例如某火力發(fā)電廠化水車間，發(fā)生了變壓器低壓側(cè)進(jìn)線斷路器之前的單相接地，但零序CT不能反映故障電流，故障處的電弧放電也將變壓器低壓側(cè)進(jìn)線斷路器損壞。*Cekej改進(jìn)措施：將變壓器小室的PE線拆除，再將PE線接至低壓柜進(jìn)線柜（圖4）,等同圖*Cekej改進(jìn)措施：將變壓器小室的PE線拆除，再將PE線接至低壓柜進(jìn)線柜（圖4）,等同圖2接線方式。護(hù)無法反映從PE母排返將零序CT安裝在PE母排SGEi-Z準(zhǔn)費(fèi)升關(guān)柜A另夕卜，圖（五）的接線方式使得接地故障保回的故障電流，所以需要與N排之間（如圖（一））。1旺輯i熱開戔柜1旺輯i熱開戔柜rYV\J二JPEL狂1JS仏〉圖（六）不能反映從接地網(wǎng)通過變壓器小室PE線返回至系統(tǒng)的故障電流。所以可將接地點(diǎn)從PEN排拆除，參照圖1進(jìn)行安裝。三、低壓總進(jìn)線開關(guān)零序CT安裝位置在實際工程中，變壓器器低壓側(cè)總進(jìn)線開關(guān)的框架斷路器也帶有零序保護(hù)功能，這個零序CT安裝位置也分好幾個位置，目的都是對接地故障進(jìn)行檢測，這幾個檢測方法分三種，如圖（七）~圖（九），框架斷路器配備的智能脫扣器型號和CT安裝位置對應(yīng)，工作原理類似前面介紹的變壓器零序CT；不同的是，選

用不同的安裝位置，對應(yīng)的CT型號是不一樣的。框架斷路器各種零序CT具體詳細(xì)介紹參考有關(guān)開關(guān)產(chǎn)品手冊，這里不詳細(xì)贅述。圖(七)：RS(ResidualSensing)system剩余電流檢測方式；圖(八)：SGR(sourcegroundreturn)system地電流返回檢測方式；圖(九)：ZS(zerosequence)system零序電流檢測方式四、結(jié)語變壓器低壓側(cè)零序CT的變比與實際安裝位置往往容易被忽略，但是它對于接地故障保護(hù)的實際功能有較大影響，在實際的工程應(yīng)用中也發(fā)生過因為零序CT變比與位置安裝錯誤導(dǎo)致的變壓器、斷路器損壞事故。尤其對于安裝在PEN線上的零序CT，其靈敏度要比安裝在PE線上要高，并且能能夠反映低壓側(cè)進(jìn)線斷路器之前的相線對N線的故障。然而其他幾種典型錯誤，應(yīng)避免。所以對于已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行的設(shè)備可以自查，更重要的是在設(shè)計、建安和調(diào)試階段可以借鑒。另外，對低壓進(jìn)線總開關(guān)斷路器的接地故障配備CT選擇也要注意幾種