电流互感器给定暂态系数定期校核的探讨与分析

电流互感器给定暂态系数定期校核的探讨与分析

肖九辉王素亭

（福建华电金湖电力有限公司福建省将乐县353300）

摘要：范厝电站发生一起雷击110kV输电线路引起2号主变差动保护跳闸事件，经过现场技术人员分析跳闸原因主要有：一个是2号主变高侧电流互感器参数选择不合理，给定暂态系数不满足《电流互感器和电压互感器选择及计算规程》（DL/T866-2015）要求，电流互感器容易达到暂态饱和；另一个是感应雷电流非周期分量及剩磁叠加的影响，造成电流互感器严重暂态饱和，其二次基波电流下降至接近零值；基于以上两个原因，2号主变比率差动保护动作，2号主变跳闸。本文主要针对电流互感器给定暂态系数开展定期校核的必要性进行探讨与分析。

关键词：雷击；给定暂态系数；剩磁；暂态饱和；比率差动；校核

一、电站基本情况

范厝电站位于福建省金溪流域第六级电站，具有防洪、灌溉、供水、发电等综合功能。范厝电站于2015年实施机组增效扩容改造，1号机组于2015年7月投运，2号机组于2015年12月投运，3号机组于2016年3月投运，电站总装机容量为3×13.2MW，多年平均发电量1.603亿kW•h。

范厝电站110kV升压站于2005年实施改造，新增2号主变单元，原2、3号机由1号主变送出变更为经2号主变送出。电站采用发电机－变压器单元接线，1号机组与1号主变组成单元接线方式，2号、3号机组与2号主变组成扩大单元接线方式，110KV侧为单母线的主接线，两回110kV线路出线，在电力系统中担任调频、调峰任务。主接线简图如下图

一次接线简图

二、2号主变跳闸简述及原因

（一）事故前运行方式

1.系统运行情况：两机两变一出线运行方式。110kV范玉线121线路运行，110kV大范线122线路本侧充电运行；1、2号主变运行（2号主变中性点接地）；1号机运行负荷13.0MW；3号机运行负荷13.0MW；2号机热备用。

2.天气情况：雷雨强对流天气。

3.相关电气一次设备参数：

（1）2号主变：容量31.5MVA,高压侧CT：型号LB6-110N2，2*200/5，串联接法，10P15，江苏如皋高压电器有限公司；低压侧CT：1000/5，10P20，江苏靖江互感器厂。

（2）范玉线CT型号:LB6－110W2，2*300/A，并联接法，10P15，江苏如皋高压电器有限公司。

（二）事件现象

4月11日15时40分00秒959毫秒，中控运行人员听到一声巨响，距范厝电站升压站约1140米处的大坝下游左岸落强雷。55ms后，2号主变比率差动保护动作,2号主变126断路器跳闸，2号厂变628断路器跳闸，3号机组623断路器跳闸。

（三）保护动作情况

1.2号主变比率差动保护动作，相别BC，差流0.6Ie（定值0.5Ie）

2.110kV范玉线双侧差动、距离、零序保护启动，两侧电流波形畸变情况吻合。

（四）跳闸原因分析

结合2号主变及范玉线路两侧保护动作（启动）波形和故障录波器波形分析，事发前后系统侧无保护动作跳闸及断路器合分记录，排除涌流所致。故障过程，系统电压未见明显变化，仅2号主变高压侧及范玉线电流波形出现畸变。此次雷电发生多次闪击且反复。雷电波含有大量非周期及谐波分量，受到雷电流非周分量影响，2号主变电流互感器一次励磁电流剧增，容易达到暂态饱和状态。同时，每次闪击结束与短路故障切除情况类似，闪击过后在电流互感器中存在剩磁，多次闪击，剩磁有叠加效应，也导致2号主变电流互感器较容易出现暂态饱和。2号主变高压侧电流互感器参数选择不合理，给定暂态系数不满足《电流互感器和电压互感器选择及计算规程》（DL/T866-2015）要求，电流互感器容易达到暂态饱和。2号主变电流互感器二次基波电流下降至接近零值，而3号机组电流互感器二次基波电流正常，B、C相产生差流达到0.6Ie（定值0.5Ie），2号主变比率差动保护动作，2号主变跳闸。

（五）改进措施

1.增大2号主变高压侧电流互感器变比或准确限值系数，满足给定暂态系数不小于1.5条件。

2.对全厂电流互感器参数选用合理性进行一次普查及核算。针对P级电流互感器，除满足一、二次参数要求外，还应依据《电流互感器和电压互感器选择及计算规程》（DL/T866-2015）要求对给定暂态系数进行验算。

三、给定暂态系数计算实例

为减少电流互感器暂态饱和影响，依据《电流互感器和电压互感器选择及计算规程》（DL/T866-2015）2.1.9“给定暂态系数K=Kalf/Kpcf”及7.2.6（2）的要求，110kV系统给定暂态系数宜不低于1.5。

其中：K---给定暂态系数；Kalf---准确限值系数；Kpcf---保护校核系数，即流过互感器的最大短路电流倍数。

范厝电站2号主变高压侧电流互感器给定暂态系数K值计算：其中变比为200/5，保护准确限值系数10P15，系统提供最大三相短路电流为7071A（根据2016年系统综合阻抗计算）

给定暂态系数K=15/(7071/200)=0.43<1.5，计算结果不满足要求。

四、国标、行标、反事故措施、技术监督等对给定暂态系数校核的要求

经认真仔细查找与核对，未发现国标、行标、反措、技术监督中有关电流互感器给定暂态系数需定期根据最大短路电流进行校核的条款，仅对电流互感器动、热稳定电流进行校核作了规定。部分条款如下：

（一）《互感器运行检修导则》（DL/T727-2013）第7部分技术监督

7.2根据系统发展情况，及时对电流互感器进行动、热稳定电流校核。

（二）国家电网公司十八项电网重大反事故措施(2011修订版)第11部分防止互感器事故

11.1.3.10根据电网发展情况，应注意验算电流互感器动热稳定电流是否满足要求。若互感器所在变电站短路电流超过互感器铭牌规定的动热稳定电流值时，应及时改变变比或安排更换。

（三）《防止电力生产事故的二十五项重点要求》（国能安全[2014]161号）第12部分防止大型变压器损坏和互感器事故

12.8.1.22根据电网发展情况，应注意验算电流互感器动热稳定电流是否满足要求。若互感器所在变电站短路电流超过互感器铭牌规定的动热稳定电流值时，应及时改变变比或安排更换。

（四）中国华电集团公司水电新能源发电企业技术监督实施细则（试行）（2014-6）

3.3.3.3根据系统发展情况，及时对电流互感器进行动、热稳定电流校核。

综上条款，在现有的行业标准中对电流互感器给定暂态系数值进行了要求，但是没有相应的行业标准或实施细则来明确给定暂态系数值是否需要定期开展校核工作。在电力专业技术管理方面存在盲区，也给发电厂、变电站的生产技术人员带来困惑，原先认为电流互感器投运后按电力设备预防性试验规程开展预试、油化工作和验算电流互感器动、热稳定电流是否满足要求即可，并没有意识到给定暂态系数对提高电流互感器抗暂态饱和能力的重要性。

五、给定暂态系数定期校核的必要性

（一）随着电网的发展，电力系统短路容量不断增加，电力系统接线方式发生变化。特别是近年来，由于110kV及以下保护用电流互感器在发生大容量短路故障或遭遇强雷电时容易达到暂态饱和，引起110kV输电线路、主变差动保护误跳闸，从而引起发电厂或变电站停机停电事故，给电力系统的安全稳定运行带来严重威胁。因此，在《电流互感器和电压互感器选择及计算规程》（DL/T866-2015）中7.2.6（2)要求，110kV系统给定暂态系数宜不低于1.5。该条款为新增加内容，主要目的是通过提高给定暂态系数值，达到防止电流互感器暂态饱和，从而提高保护动作的正确率。

（二）范厝电站110kV升压站于2005年进行实施改造，委托福建省水利水电勘察设计院设计，当时互感器选型依据是《电流互感器和电压互感器选择及计算导则》（DL/T866-2004）。在该标准规范中6.2.2.3（b）220kV系统的给定暂态系数不宜低于2；6.2.2.4110kV及以下系统保护用电流互感器一般按稳态条件选择，选用P类互感器。由此可见，当时标准规范中对110kV及以下系统保护电流互感器只考虑稳态饱和，不考虑暂态饱和，故未对给定暂态系数值作出要求，没有开展计算和校核。

（三）地区电网经过数十年的发展，系统短路容量已显著增强，电力系统接入方式也发生变化。这里仅以范厝电站为例进行分析：范厝电站一回110kV范将线线路原先送至110kV将乐水南变电站，2007年由于高唐电站建设需要，将乐县建设一座220kV玉华变电站，范厝电站一回110kV范将线线路改送至220kV玉华变电站；2006年范厝电站最大运行方式下系统综合阻抗为0.116，计算系统提供最大三相短路电流为4328A；2016年范厝电站最大运行方式下系统综合阻抗为0.071，计算系统提供最大三相短路电流已达到7071A；非常有必要对范厝电站110kV升压站内所有的电流互感器进行给定暂态系数值计算与校核，例如2号主变高压侧电流互感器的给定暂态系数K=15/(7071/200)=0.43<1.5，计算结果不满足要求。因此该电流互感器必须进行重新选型，以适应当前电网最大短路电流的要求。

六、结论及建议

虽然目前在国标、行标、反措、技术监督等标准规范中并无电流互感器给定暂态系数是否需要定期根据系统最大短路电流进行校核的规定，但是，鉴于当前电力系统规模越来越大，电网电压等级不断提高，原先设计选择的部分电流互感器可能无法满足当前电力系统最大短路电流需要，非常有必要全面地进行一次给定暂态系数计算与校核。对不满足要求的电流互感器应进行更换和重新选型，提高电流互器抗暂态饱和能力，从而提高保护装置动作的正确率。

在此，作者呼吁电力行业应尽快明确和制定电流互感器给定暂态系数定期校核的行业标准或实施细则，并以此对已并网运行的发电厂、变电站内大量的电流互感器的暂态饱和能力进行校核。大量的运行数据与实践经验证明，开展电流互感器给定暂态系数的校核工作非常有必要，建议每3-5年开展一次校核工作。

参考文献

1.互感器运行检修导则（DL/T727-2013）

2.国家电网公司十八项电网重大反事故措施(2011修订版)

3.《防止电力生产事故的二十五项重点要求》（国能安全[2014]161号）；

4.中国华电集团公司水电新能源发电企业技术监督实施细则（试行）（2014-6）

5.《电流互感器和电压互感器选择及计算导则》（DL/T866-2004）

6.《电流互感器和电压互感器选择及计算规程》（DL/T866-2015）

作者简介

第一作者：肖九辉（1976.12－），男，福建泰宁，福建华电金湖电力有限公司生技部副主任，工程师，单位：福建华电金湖电力有限公司，研究方向：公司电气技术管理和电气技术监督工作.

第二作者：王素亭（1966.12－），男，福建将乐，福建华电金湖电力有限公司总经理，高级工程师，单位：福建华电金湖电力有限公司，研究方向：公司高层技术管理工作.