发电厂电气部分互感器的原理与选择

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1、6.3 6.3 互感器的原理与选择互感器的原理与选择 互感器的作用 将一次侧的高电压、大电流转变成二次侧 标准的低电压（100V）、小电流（5A）， 使测量仪表标准化、小型化。 将一次系统同二次设备（仪表、保护）隔 开，以保护人身安全。 互感器的类型 n电流互感器 n电磁式电流互感器 n电压互感器 n电磁式电压互感器 n电容式电压互感器 一、电磁式电流互感器 n电磁式电流互感器的工作原理和变压器相似。 n电磁式电流互感器的特点是： n一次绕组串联在电路中且匝数很少，而二次绕组匝 数多。 n二次绕组所接负载串联且阻抗很小，类似于二次侧 短路的变压器。 1. 工作原理 一、电磁式电流互感器 1.

2、工作原理 一、电磁式电流互感器 n由于电流互感器本身存在励磁损耗和磁饱和等 影响，使一次电流 在数值上和相位上都 有差异，即测量结果有误差。通常用电流误差 和相位误差表示。 2. 误差及影响因素 电流误差： 相位误差： 一、电磁式电流互感器 n影响误差的因素： 2. 误差及影响因素 一、电磁式电流互感器 n影响误差的因素： 2. 误差及影响因素 一、电磁式电流互感器 n影响误差的因素： 2. 误差及影响因素 一、电磁式电流互感器 n准确级： n根据测量时误差的大小而划分的，是指在规定的二 次负载范围内，一次电流为额定值时的最大误差。 3. 准确级和额定容量 准确级一次电流为额定 电流的百分数(

3、%) 误差限值二次负荷 变化范围电流误差(%)相位差() 0.2 10 20 100120 0.5 0.35 0.2 20 15 10 (0.251)S2N 0.5 10 20 100120 1 0.75 0.5 60 45 30 1 10 20 100120 0.2 1.5 1 120 90 60 一、电磁式电流互感器 n额定容量： 3. 准确级和额定容量 nS2N是指在额定二次电流I2N和额定二次阻抗Z2N下运 行时，二次绕组输出的容量， S2N = I2N2 Z2N 。 n两点说明： n由于二次电流为标准值，所以S2N常用Z2N表示。 n由于误差与二次负荷有关，所以同一台电流互感 器使用

4、在不同准确级时，会有不同的额定容量。 一、电磁式电流互感器 n按安装地点分： n户内型 n户外型 n按结构分： n单匝式：贯穿式、母线式 n多匝式：线圈式、“8”字型、U字型 4. 分类 一、电磁式电流互感器 n按安装方式分： n穿墙式 n支持式 n装入式 4. 分类 n按绝缘方式分： n干式：用绝缘胶绝缘，适用于低电压 n浇注式：用环氧树脂绝缘，适用于1035kV n油浸式：用油绝缘，适用于35kV以上 一、电磁式电流互感器 A B C A A B C AAA A B C A Wh 5. 接线 单相接线 星形接线不完全星形接线 一、电磁式电流互感器 种类和型式的选择： n根据安装地点（如屋内

5、、屋外）和安装方式（如 穿墙式、支持式、装入式等）选择型式。 n当一次电流较小时（在400A及以下）时，宜优先 选用一次绕组多匝式，以提高准确度； n当采用弱电控制或配电装置距离控制室较远时， 二次额定电流应尽量采用1A，而强电用5A。 一次回路额定电压和电流的选择： nUNUNs，I1NImax。 nI1N应尽可能与最大工作电流接近。 6. 选择 一、电磁式电流互感器 准确级和额定容量的选择： n为保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级 不得低于所供测量仪表的准确级。 n当所供仪表要求不同准确级时，应按相应最高级 别来确定电流互感器的准确级。 n互感器按选定准确级所规定的额定容量S2N应大

6、于 或等于二次侧所接负荷I2N2Z2L，即S2NI2N2Z2L。 6. 选择 一、电磁式电流互感器 热稳定和动稳定校验： n对本身带有一次回路导体的电流互感器进行热稳 定校验。电流互感器热稳定能力常以1s 允许通过 的热稳定电流 It 或一次额定电流 I1N 的倍数 Kt 来 表示，热稳定校验式为 It2Qk或(KtI1N)2Qk。 n动稳定校验包括由同一相的电流相互作用产生的 内部电动力校验，以及不同相的电流相互作用产 生的外部电动力校验。 6. 选择 二、电压互感器 n目前电力系统广泛应用的电压互感器主 要有两种： n电磁式 n电容分压式 (一) 电磁式电压互感器 n电磁式电压互感器的工作

7、原理和变压器相似。 n电磁式电压互感器的特点是： n一次绕组并联在电路中且匝数多，而二次绕组匝数 少。 n二次绕组所接负载均并联且阻抗大，二次侧近似于 开路或空载。 1. 工作原理 (一) 电磁式电压互感器 1. 工作原理 (一) 电磁式电压互感器 n由于电压互感器存在励磁电流和内阻抗，使得 测量结果的大小和相位都有误差。通常用电压 误差和相位误差表示。 2. 误差及影响因素 电压误差： 相位误差： (一) 电磁式电压互感器 n影响误差的因素： 2. 误差及影响因素 (一) 电磁式电压互感器 n准确级： n在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功 率因数为额定值时，电压误差的最大误差。 3

8、. 准确级和额定容量 准确级 误差限值 一次电压变化 范围 频率、功率因数及 二次负荷变化范围 电压误差(%)相位差() 0.2 0.5 1 3 0.2 0.5 1.0 3.0 10 20 40 不规定 (0.81.2)UN1 (0.251)SN2 cosj2=0.8 f = fN 3P 6P 3.0 6.0 120 240 (0.051)UN1 (一) 电磁式电压互感器 n额定容量： 3. 准确级和额定容量 n由于误差与二次负荷有关，所以同一台电压互感器 对应于不同的准确级便有不同的容量。 n额定容量：对应于最高准确级的容量。 n最大容量：按照在最高工作电压下长期工作容许发 热条件所规定的容

9、量。 (一) 电磁式电压互感器 n按安装地点分： n户内型 n户外型 n按相数分： n单相：35kV及以上 n三相： 35kV以下（三相五柱式） 4. 分类 (一) 电磁式电压互感器 ABC 4. 分类 (一) 电磁式电压互感器 n按绝缘方式分： n浇注式：用环氧树脂绝缘，3-35kV n油浸式：用油绝缘，110kV及以上 n按结构分： n普通式：同变压器， 3-35kV n串级式：采用分级绝缘， 110kV及以上 4. 分类 n按绕组数分： n双绕组 n三绕组 (二) 电容式电压互感器 n实质上是一个电容分压器 1. 工作原理 a b C1 C2 当a、b间接上负荷时，由于C1、C2有内阻压

10、 降，使 UC2 小于电容分压值，而且负荷电流 越大，误差越大。 当a、b间开路时，按反比分压，有 a b Zi a b L (二) 电容式电压互感器 n实质上是一个电容分压器 1. 工作原理 a b C1 C2 a b L TV Z2L 实际上，由于电容器有损耗、电抗器有电阻，使内阻不可 能为零，因此负荷变化时，还会有误差产生。 减小分压器的输出电流，可减小误差，故将测量仪表(Z2L) 经中间变压器TV升压后与分压器连接。 (二) 电容式电压互感器 2. 过电压 二次侧短路引起的 过电流和过电压 所以应加放电间隙F。 (二) 电容式电压互感器 n2. 过电压 铁磁谐振过电压 由于电容式电压互

11、感器是由电容和非线性 电抗所构成，当受到二次侧短路、断开等冲击 瞬变作用时，由于非线性电抗的饱和，可能激 发产生次谐波铁磁谐振。 抑制方法是装设阻尼电阻rd（谐振时自动 投入）。 (二) 电容式电压互感器 n优点： n制造简单，重量轻，成本低，电压等级越高越明显 ； n分压电容兼作载波通讯的耦合电容。 n缺点： n输出容量小； n误差比电磁式大，且受频率的影响； n暂态特性不如电磁式PT好。 3. 特点 (三) 电压互感器的接线 110220kV335kV320kV 用一台单相 电压互感器 测量相电压 用一台单相 电压互感器 测量相间电压 用两台单相 电压互感器 接成不完全星形 测量各相间电压

12、 (三) 电压互感器的接线 3220kV 110500kV 用三台单相三绕组 电压互感器 构成YN, yn, d0接线 电容式电压互感器接线 (四) 电压互感器的选择 种类和型式的选择： 1) 在 635 kV 屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注 式电压互感器；110220kV 配电装置特别是母线上装设的电 压互感器，通常采用串级式电磁式电压互感器；当容量和准 确级满足要求时，通常多在出线上采用电容式电压互感器。 2) 在 500kV配电装置中，配置有双套主保护，并考虑到 后备保护、自动装置和测量的要求，电压互感器应具有三个 二次绕组，即两个主二次绕组和一个辅助二次绕组。 3) 为节省投资，

13、在20kV及以下配电装置中，可选用三相 式电压互感器（选用三相五柱式，而不是三相三柱式）。 4) 用于接入精度要求较高的计费电能表时，不宜采用三 相式电压互感器。 根据装设地点和使用条件选择种类和型式。 (四) 电压互感器的选择 一次额定电压和二次额定电压的选择： 3 35 kV电压互感器一般经隔离开关和熔断器接入高压 电网。110 kV及以上的互感器可靠性较高，电压互感器只经 过隔离开关与电网连接。 电压互感器一次绕组额定电压 U1N，应根据互感器的接 线方式来确定其相电压或相间电压。常用接线有： 1) 用一台单相电压互感器测量相对地电压或相间电压； 2) 用三台单相或三相式电压互感器测量相

14、间电压或相对地电压； 3) 用两台单相电压互感器接成不完全星形测量两个相间电压。 电压互感器二次绕组额定电压通常是供额定电压为100V 的仪表和继电器的电压绕组使用。显然，单个单相式电压互感器 的二次绕组电压为100V，而其余可获得相间电压的接线方式，二次绕组 电压为100/ (四) 电压互感器的选择 容量和准确级的选择： 根据仪表和继电器的接线要求，选择电压互感器的接线 方式，并尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后计算各相负 荷大小，按照所接仪表的准确级和容量，选择互感器的准确 级和额定容量。 三、互感器在主接线中配置原则 n互感器在主接线中的配置与测量仪表、 同步点的选择、保护和自动装置的要

15、求 以及主接线的形式有关。 n互感器的配置包括： n电压互感器的配置； n电流互感器的配置。 n图6-14为发电厂中互感器配置示例。 1. 电压互感器 的配置 n除旁路母线外， 一般工作及备用 母线都装有一组 电压互感器，用 于同步、测量仪 表和保护装置。 n旁路母线上是否 装设电压互感器 要根据出线同期 方式而定。 (1) 母线 1. 电压互感器 的配置 n 35 kV 及以上输 电线路，当对端 有电源时，装有 一台单相电压互 感器，用于监视 线路有无电压、 进行同步和设置 重合闸。 (2) 线路 1. 电压互感器 的配置 n一般装 23 组电 压互感器。 n一组供自动调节 励磁装置，采用

16、三只单相、双绕 组互感器。 n另一组供测量仪 表、同期和保护 装置使用，采用 三相五柱式或三 只单相接地专用 互感器。 (3) 发电机 1. 电压互感器 的配置 n当互感器负荷太 大时，可增设一 组不完全星形连 接的互感器，专 供测量仪表用。 (3) 发电机 n大、中型发电机 中性点常接有单 相电压互感器， 用于 100% 定子 接地保护。 1. 电压互感器 的配置 n变压器低压侧有 时为了满足同期 或继电保护的要 求，设有一组电 压互感器。 (4) 变压器 2. 电流互感器 的配置 n对于中性点接地 系统，一般按三 相配置； n对于中性点非接 地系统，依具体 情况按二相或三 相配置 (1) 为了满足测量和 保护装置的需要，在 发电机、变压器、出 线、母线分段及母联 断路器、旁路断路器 等回路中均设有电流 互感器。 2. 电流互感器 的配置 n如有两组电流互 感器，应尽可能 设在断路器两侧 ，使断路器处于 交叉保护范围之 中。