選擇電流互感器的動(dòng)穩(wěn)定和短時(shí)熱電流的方法論文

　　摘要：本文分析了電網(wǎng)短路電流的特點(diǎn)，結(jié)合10kV的具體情況，介紹了根據(jù)電網(wǎng)短路電流選擇電流互感器的額定動(dòng)穩(wěn)定電流和短時(shí)熱電流的方法。

　　關(guān)鍵詞：電網(wǎng) 短路電流 電流互感器

　　隨著我國(guó)的電力系統(tǒng)的傳輸容量越來(lái)越大，系統(tǒng)的短路容量快速增加。以10kV系統(tǒng)為例，短路容量從以前的幾千安增大到了幾十千安。我國(guó)以前生產(chǎn)的電流互感器的額定動(dòng)穩(wěn)定電流和額定短時(shí)熱電流（以下簡(jiǎn)稱動(dòng)穩(wěn)定電流和短時(shí)熱電流）是按照當(dāng)時(shí)電力系統(tǒng)短路容量設(shè)計(jì)的，其值都比較小，目前，這種變化給電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來(lái)的隱患沒(méi)有引起有關(guān)人員的高度注意，更沒(méi)有及時(shí)對(duì)運(yùn)行中的電流互感器的動(dòng)、短時(shí)熱穩(wěn)定電流進(jìn)行校核，及時(shí)更好不滿足要求的電流互感器，各電網(wǎng)經(jīng)常發(fā)生電流互感器的爆炸事故，造成不必要的損失。這種爆炸事故不但會(huì)造成電流互感器本身的損壞，而且還會(huì)引起斷路器等其它設(shè)備的損壞，每次事故的損失都比較嚴(yán)重。因此，大家應(yīng)十分重視電流互感器的動(dòng)、短時(shí)熱穩(wěn)定電流的選擇和校核工作。

　　一、電流互感器額定動(dòng)穩(wěn)定、短時(shí)熱電流和試驗(yàn)方法

　　電流互感器的短時(shí)熱電流（Ith）是在二次繞組短路的情況下，電流互感器在一秒鐘內(nèi)承受住且無(wú)損傷的最大一次電流方均根值。而額定動(dòng)穩(wěn)定電流（Idyn）是在二次繞組短路的情況下，電流互感器能承受其電磁力的作用而無(wú)電氣或機(jī)械損傷的最大一次電流峰值。并且，動(dòng)穩(wěn)定電流通常為短時(shí)熱電流的2.5倍。

　　在電流互感器的型式試驗(yàn)中，需試驗(yàn)電流互感器的動(dòng)穩(wěn)定電流和短時(shí)熱電流是否達(dá)到銘牌值，其短時(shí)熱電流的試驗(yàn)方法：對(duì)于短時(shí)熱電流（Ith）試驗(yàn)，互感器的初始溫 度應(yīng)在5～40℃之間，本試驗(yàn)應(yīng)在二次繞組短路下進(jìn)行，所加電流I 和持續(xù)時(shí)間t應(yīng)滿足（I2t）不小于 ，且t在0.5～5s之間。

　　動(dòng)穩(wěn)定試驗(yàn)應(yīng)在二次繞組短路下進(jìn)行，所加一次電流的峰值，至少有一個(gè)峰不小于額定動(dòng)穩(wěn)定電流（Idyn）。

　　動(dòng)穩(wěn)定試驗(yàn)可以與上述熱試驗(yàn)合并進(jìn)行，只需試驗(yàn)中電流第一個(gè)主峰值不小于額定動(dòng)穩(wěn)定電流（Idyn）。

　　二、電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算

　　在電力系統(tǒng)中，一般三相短路電流數(shù)值較大，產(chǎn)生的電動(dòng)力和發(fā)熱也最嚴(yán)重。在確定電流互感器動(dòng)穩(wěn)定和短時(shí)熱電流時(shí)，可以只根據(jù)三相短路電流來(lái)選擇，而不必考慮系統(tǒng)中的中性點(diǎn)是否接地。

　　當(dāng)三相短路時(shí)，并設(shè)短路發(fā)生在Um=0時(shí)：

　　式中ik——短路全電流瞬時(shí)值；

　　Um——系統(tǒng)母線電壓；

　　上式右邊第一部分為正弦電流，是短路電流的周期分量。第二部分是一個(gè)按指數(shù)衰減的直流分量，又叫非周期分量或自由分量。

　　ik=ip+inp

　　某一瞬時(shí)的短路全電流有效值Ik(t)是以t為中點(diǎn)的一個(gè)周期內(nèi)的ip有效值Ip(t)與inp在t瞬時(shí)值inp(t)的方均根值，即

　　短路電流經(jīng)過(guò)半個(gè)周期（t=0.01s），短路電流瞬時(shí)值達(dá)到最大值，這一瞬時(shí)電流為短路沖擊電流，用ish表示。

　　式中ksh——短路電流沖擊系數(shù)

　　短路全電流ik的最大有效值是短路后第一個(gè)周期的短路全電流有效值，用Ish表示，也叫沖擊電流有效值。

　　式中——短路次暫態(tài)電流有效值，是短路后第一周期的短路電流周期分量ip的有效值

　　對(duì)于一般的高壓電力網(wǎng)而言，電抗均較電阻值要大得多，值一般取=0.05s，相應(yīng)的ksh=1.8，因此

　　ish=2.55

　　短路暫態(tài)過(guò)程在經(jīng)過(guò)0.2s后就衰減完畢，這時(shí)的短路電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，稱為短路穩(wěn)態(tài)電流，用Ik表示。

　　在無(wú)限大容量系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)電壓在短路過(guò)程中是恒定的，所以可以認(rèn)為暫態(tài)過(guò)程以后，所有時(shí)間短路電流完全相同，即

　　Ip==Ik

　　ish=2.55Ik

　　短路沖擊電流ish用來(lái)校驗(yàn)電流互感器的動(dòng)穩(wěn)定度。

　　短路穩(wěn)定電流Ik=用來(lái)校驗(yàn)電流互感器的短時(shí)熱穩(wěn)定。

　　在電力系統(tǒng)中，一般都知道母線的短路容量，根據(jù)下式，可以方便地計(jì)算出系統(tǒng)的三相短路電流(三相短路電流的周期分量有效值)為：

　　式中Um——短路點(diǎn)的計(jì)算電壓（母線電壓的平均值），對(duì)于不同的母線電壓，可取對(duì)應(yīng)取0.4、10.5、37、115、230、525kV；

　　三、電流互感器的動(dòng)、短時(shí)熱穩(wěn)定電流的選擇

　　電流互感器的額定動(dòng)穩(wěn)定電流應(yīng)滿足下面的條件：

　　Idyn≥ish＝2.55Ik

　　電流互感器的額定短時(shí)熱電流應(yīng)滿足以下條件：

　　式中Ith——設(shè)備的短時(shí)熱穩(wěn)定的電流銘牌值；

　　T——電流互感器銘牌的短時(shí)熱穩(wěn)定電流值持續(xù)的時(shí)間。

　　Ik——短路電流穩(wěn)態(tài)值

　　tk——短路電流持續(xù)時(shí)間，短路發(fā)生到開(kāi)關(guān)切斷電流的時(shí)間，一般用保護(hù)動(dòng)作時(shí)間代替；

　　在電流系統(tǒng)中，電流互感器安裝地點(diǎn)不同，流過(guò)的短路電流不同，10kV線路都為單電源，短路電流情況最為簡(jiǎn)單，便于分析說(shuō)明選擇原則，以下就以10kV出線電流互感器為例，分析說(shuō)明電流互感器的動(dòng)、短時(shí)熱穩(wěn)定電流的選擇方法，其分析方法也同樣適用于其它安裝地點(diǎn)的電流互感器的選擇。

　　對(duì)于10kV出線的電流互感器，線路的任一點(diǎn)發(fā)生短路，短路電流都會(huì)流過(guò)該電流互感器，短路電流隨短路點(diǎn)離母線距離越遠(yuǎn)短路電流而變小，當(dāng)短路點(diǎn)發(fā)生在出線端時(shí)，短路電流最大，其值與母線短路電流基本一樣。對(duì)于負(fù)荷側(cè)變電站母線，流過(guò)進(jìn)線電流互感器的短路電流也是與負(fù)荷側(cè)母線的短路電流基本相同，應(yīng)此，在選擇電流互感器動(dòng)、短時(shí)熱穩(wěn)定電流時(shí)，可以取臨近的母線短路電流Ik。

　　短路電流持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，電流互感器發(fā)熱越嚴(yán)重。在計(jì)算短路電流持續(xù)時(shí)間時(shí)，應(yīng)考慮到斷路器可能發(fā)生拒動(dòng)的情況，由后備保護(hù)動(dòng)作切斷短路電流。另外，當(dāng)斷路器重合閘時(shí)，由于斷路器兩次動(dòng)作時(shí)間間隔很短，電流互感器的熱量來(lái)不及散發(fā)，溫度不會(huì)發(fā)生明顯變化，應(yīng)該將兩次短路電流持續(xù)時(shí)間相加作為短路電流持續(xù)時(shí)間tk。一般情況下，后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間比重合閘疊加時(shí)間更長(zhǎng)，應(yīng)此，應(yīng)以該斷路器的后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間作為tk。

　　根據(jù)上面的分析結(jié)果，很容易地計(jì)算出Ik和tk，在根據(jù)上面電流互感器動(dòng)、短時(shí)熱穩(wěn)定電流的應(yīng)滿足的條件，可以方便地確定電流互感器動(dòng)、短時(shí)熱穩(wěn)定電流值。

　　四、電流互感器動(dòng)、短時(shí)熱穩(wěn)定電流的一般規(guī)定

　　電流互感器額定動(dòng)穩(wěn)定電流通常為額定短時(shí)熱電流的2.5倍。如與此值不同，應(yīng)在銘牌上標(biāo)明。從上面對(duì)電力系統(tǒng)的短路電流分析可知，短路時(shí)的沖擊電流也基本上是穩(wěn)態(tài)短路電流的2.5倍，因此，當(dāng)電力互感器的短時(shí)熱電流滿足安裝地點(diǎn)的短路電流的要求時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定電流一般都能滿足要求。但在實(shí)際選擇中，還是要注意電流互感器銘牌短路電流持續(xù)時(shí)間對(duì)結(jié)果的影響。

　　電流互感器額定短時(shí)熱電流的交流分量應(yīng)從下列數(shù)值中選�。�

　　3.15，6.3，8，10，12.5，16，20，25，31.5，40，50，63，80，100kA。

　　短路持續(xù)時(shí)間應(yīng)在下列數(shù)值中選�。�

　　1，2，3，4，5s。

　　參考資料：

　　1、《電流互感器》GB1208-1997

　　2、《電力用電流互感器定貨技術(shù)條件》GB/725-2000

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