摘要：馈电线路所配用的电流互感器(以下简称TA)，主要考虑到满足继电保护和计量准确，选取额定变比时，尽量使TA的额定一次电流接近实际最大负荷电流。但是，随着城市街道纷纷将架空线路改为高压电缆入地，电缆的电抗值较小且有分布电容，首末端短路相差不大。对于较小负荷的10kV出线，特别是专线用户所配用10kVTA稳定性校验一般很难满足，如不采取措施，则会带来严重后果。
关键词：10kV较小负荷出线电流互感器
馈电线路所配用的电流互感器(以下简称TA)，主要考虑到满足继电保护和计量准确，选取额定变比时，尽量使TA的额定一次电流接近实际最大负荷电流。但是，随着城市街道纷纷将架空线路改为高压电缆入地，电缆的电抗值较小且有分布电容，首末端短路相差不大。对于较小负荷的10kV出线，特别是专线用户所配用10kVTA稳定性校验一般很难满足，如不采取措施，则会带来严重后果。
1馈线事故引起进线断路器爆炸
新安县电业局江路线为（电压等级110/10kV）供给高速公路收费站的一回电缆专线，电缆长度2.5km，收费站内安装250kVA配变一台（额定电流14.43A）。为确保计量准确度，使互感器额定一次电流和最大负荷电流相接近，选用TA为LAJ-10变比20/5，江路线供电系统见图1。
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2002年8月，江路线馈线1.5km处，因修路挖掘机将穿管直埋地下的95mm2交联聚乙烯电缆挖断，江路柜内两相TA爆炸弧光形成三相短路，使出线断路器真空泡击碎，同时造成主变10kV低压侧跳闸。据查，江庄变电站送出的江路10kV出线断路器额定开断电流20kA，而TA额定短时热稳定电流It=2.4kA，额定动稳定电流Igf=4.3kA。
2TA的电气稳定性分析
按图1作出等值电路图见图2，现对故障时一次电流情况进行计算，分析互感器的误差特性和稳定特性。
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2.1电网参数计算
经折算得：110kV系统短路电抗为X1=0.0679；
1#变压器短路电抗为X2=0.5529；
江路线短路点前短路电抗为X3=0.3993；
计算电抗X*∑=X1+X2+X3=1.0201。
三相短路时TA流经次暂态短路电流周期分量有效值为：I"=1/X*∑×5.5=5.3917（kA）。短路冲击电流瞬时值为：ich=2.55I"=2.55×5.3917=13.75（kA）。
2.2稳定性分析
TA短时热稳定校验公式It2t≥Qt，其中：t指热稳定时间；Qt短时电流热效应，取Qt=I"2TK（TK为短时持续时间，取后备保护动作时间加相应真空断路器全分闸时间为0.8s）。
对于江路线馈线TA，It2t=5.76≤Qt=23.3。可知所选TA热稳定电流较小，不能满足要求。短路电流周期分量有效值是热稳定电流的2.25倍，短路电流产生很大的热量和电动力，使线圈绝缘损坏及匝间短路并造成断线，从而在TA内部产生弧光，导致高温气体沿着纸筒两侧喷出，造成三相弧光短路。
2.3保护性能分析
由于TA本身的励磁损耗和影响，使一次电流I1和二次电流I2在数值和相位上有较大差异。当短路电流流过互感器时，铁心的磁通密度很高，由于铁心材料的非线性、励磁电流的波形畸变，二次电流非正弦波，产生很大的复合误差。当复合误差超过10%时，影响继电保护的正确动作。江路馈线TA保护绕组在额定输出情况下，准确级及准确限值系数为10P15。故障时，短路电流达到额定一次电流的270倍，远远大于其准确限值系数15。分析此次事故复合误差在10%区域以外，磁饱和使I2不能迅速增加，影响保护动作，造成保护越级。同时，由于江路馈线TA三相弧光短路，接近母线处的三相短路瞬时值电流达22.6kA，如此大的短路电流使江路1出线断路器爆炸，上侧主变压器低压侧断路器速断跳闸。
从以上分析可以看到，造成事故的根本原因是TA选择过小，据有关资料要达到I"=5.4kA短路电流产生的热效应Qt，至少应选用75/5及以上的TA。若选取75/5及以上的TA，作为较小负荷专线用户的关口计量点，平时最大负荷达不到额定值的1/3，影响到计量的准确性。
3防止事故的措施
3.1出线串联电抗器
本例按正常工作电压UN=10kV和最大可能工作电流Imax=120A，选NLK-10-200型电抗器来限制短路电流，电抗值由：Xl%=(Id/INbx-X*∑)INUd/(INUd)=0.0638。
其中：Ud、Id为基准电压、电流；UN、IN为额定电压、电流；INbx为限制到的短路电流。
在此选取Xl%=6%，重新计算电抗器后短路电流：
X*∑=2.1915，
I0s=2.3kA，I0.5s=2.99kA，I1.1s=2.9kA，经核算满足动热稳定要求。
电压损失计算：△U%=2.16%<5%。
残压计算：△Ure%=72%>70%。
当线路电抗器发生故障时，电压降主要产生在电抗器上，而且能在母线上维持剩余电压大于70%UN，这对非故障相用户极为有利，能提高供电可靠性。通过将接地故障电流限制在允许范围内，保证系统的可靠运行及人身和设备的安全，同时馈线电缆也不致因短路发热而加大截面。从整体看比较合理和节省。
3.2装设计量专用TA或计量箱
实践证明，相对电力系统而言，变比200/5以下的普通型TA动热稳定性一般很低。另一方面，正常负荷电流小于一次负荷电流30%（低负荷）运行状态时，计量准确度根本无法满足规定要求。为了满足准确度和动热稳定，考虑加装计量专用TA，其动热稳定电流较普通型有所提高。例如：20/5的专用TA热稳定电流5kA，热稳定电流持续时间2s，动稳定电流12.5kA，其值远大于普通型动热稳定电流。在江路线馈线事故处理中，选用200/5的TA，作保护用可满足故障时保护动作需求。加装计量专用TA，选择变比为20/5可满足计量需求。
另外，由于专用计量箱内附TV、TA的精确度等级为0.2、0.5，误差限值很小，在TA低负荷运行时，可满足0.2、0.5级准确度要求。两种等级计量专用互感器误差限值详见表1。
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由上表可知，TA动热稳定不能满足要求时，可选用较大一级带S型的变比等级，使动热稳定性有所增加，比差、角差值有所减少，达到理想的效果。
3.3装设三次级双变比TA
此种TA二次由相互独立的计量绕组、监控绕组、保护绕组构成，并在绕组上设有中间抽头来改变电流比的大小。特有的构造在一定的范围内较好地解决了低变比计量、高变比保护的目的。同时，由于是双变比，公用的一次绕组导线截面按高电流比选取，对于低变比而言，电流密度存在很大裕度，从而提高了整体过载能力和动热稳定性能。
总之，通过江路线馈线事故引起进线断路器爆炸，这起事故的分析，可以看到：随着电网的发展，在较小负荷的10kV出线，特别是专线配用的TA不能满足稳定性要求时，可根据实际情况经过定量的计算选取串联电抗器、装设专用TA（计量箱）或三次级双变比TA等措施，来满足故障时保护动作和计量准确性需要，达到安全可靠、经济运行的效果。