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1、电力系统继电保护,刘学军 编制,2.1.1电流保护用的 互感器及变换器,2.1.1 互感器及变换器,1、电流互感器 2、电压互感器 3、变换器,电流互感器,电压互感器,2.1.1 互感器及变换器,本小节基本要求 1、重点掌握电流互感器和电磁式电压互感器的工作原理、接线方式及使用注意事项。 2、掌握变换器的工作原理，重点掌握电抗变换器的工作原理，电抗变换器的转移阻抗KI是一个复数，在铁芯不饱和时，是一个常数； 而电压变换器的变比KU是一个实数，当铁芯不饱和时是一个常数。 2、重点掌握对称分量滤过器 的工作原理、接线。设计滤过器的基本方法是通过移相和相量加减措施实现的。,2.1.1 互感器及变换器
2、,互感器的作用及类型 一. 互感器的作用 二. 互感器的类型,一. 互感器的作用,1.将一次回路的高电压和大电流变为二次回路的标准值，使测量仪表和保护装置标准化。 2.所有二次设备可用低电压、小电流的电缆连接，二次设备的绝缘水平能按低电压设计，结构轻巧，价格便宜。便于集中管理，可实现远方控制和测量。,一. 互感器的作用,3.二次回路不受一次回路的限制， 4.使二次侧的设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧要有一点接地，保证二次系统设备和工作人员的安全。,二.互感器的类型,互感器,1、电流互感器,（1）电流互感器的误差 （2）电流互感器的极性 （3）电流互感器的接线方式 （4）电流互感器使用注意事
3、项,1、电流互感器,电磁式电流互感器的工作原理。相当于工作在短路条件下的小容量升压变压器。 KTA=I1N/I2N W2/W1,图2-1电流互感器结构图,运行特点：二次回路不允许开路,正常工作时： 磁动势 WlIl-W2I2=WlIm,，WlIl和W2I2互相抵消一大部分，激磁磁势WlIm ，数值不大。,1、电流互感器,运行特点：二次回路不允许开路,二次电路开路时： W2I2 等于零，激磁磁势猛增到WlIl，铁心中磁感应强度猛增，造成铁心磁饱和。铁心饱和致使随时间变化的磁通的波形由正弦波变为平顶波，在磁通曲线过零前后磁通在短时间内从+m变为-m ，使d/dt值很大。,1、电流互感器,运行中二次
4、回路开路可能造成的后果,e2=-d/dt ，磁通急剧变化时，二次绕组内将感应很高的尖顶波电势e2,危及工作人员的安全，威胁仪表和继电器以及连接电缆的绝缘。 磁路的严重饱和还会使铁心严重发热，若不能及时发现和处理，会使电磁式电流互感器烧毁和电缆着火。 在铁心中产生剩磁，影响互感器的特性。,1、电流互感器,电流互感器二次开路时 的变化曲线,1、电流互感器,（1）电流互感器的误差,电流互感器的等效电路及相量图如图2-2所示。,图2-2电流互感器的等效电路及相量图,（1）电流互感器的误差,误差 1电流误差 2相角误差,电流互感器TA的10误差曲线,继电保护规程规定，用于保护的电流互感器，电流误差在最坏
5、工作条件下不超过10%，角度误差不超过7。 为保证电流互感器误差不超过10%，一次电流I1不能超过规定数值，习惯上用一次电流倍数m10=I1/I1N表示。不同的负荷阻抗，对应于不同的规定限值，从而形成一条限制曲线，称为10%误差曲线。,图2-3电流互感器的10%误差曲线,TA的10误差曲线,保证电流误差不超过-10的条件下，一次电流的倍数m10(m=I1/I1N)与允许最大二次负荷阻抗Z2的关系曲线。,电流互感器的误差与额定负荷阻抗有关,额定容量 ，一般取 或1A，则 ，TA误差与额定负荷阻抗 有关 如 在0.5级， 在1.0级， 二次负荷阻抗值 式中连接导线电阻 继电器阻抗,（2）电流互感器
6、的极性,接线系数：,电流互感器的极性,图 2-4 电流互感器的极性及相量图 (a) TA的减极性标示方式；（b）TA的相量图,由式（2-19）可知 和 同相位。,（2-6）,（3）电流互感器的接线方式,图 2-5 电流互感器的接线图 (a)两相电流差式接线及电流相量图；（b）三相完全星形接线；（c）两相式不完全星形接线,电流互感器的接线方式,两相电流差接线。这种接线节省投资，但B相短路不能反映，对不同形式短路，其接线系数和灵敏系数不同。 单相式接线。用于测量对称三相负荷的一相电流，可构成过负荷。 三相星形接线和两相星形接线都能反应相间短路故障，不同的是三相星形接线还可以反应各种单相接地短路故障
7、，而两相星形接线不能反应B相接地故障。另外，三相星形接线中性线电流。 在正常运行和三相对称短路时为零 ，在单相接地短路时为,三相星形接线和二相星形接线。这两种接线的接线系数在各种路情况下均为1。,两相电流差接线的接线系数 1)正常或三相短路 2）两相短路 3）、两相短路,图 2-5 (a)两相电流差式接线,2. 电流互感器的接线,对三相星形接线及两相星形接线在各种相间短路故障时性能分析,对中性点接地和非直接接地电网中各种相间短路故障都能正确反应，接线系数为1。 中性点不接地或非直接接地电网（小接地电流电网）中的两点接地短路分析： 两相星形接线的优点： 在小接地电流电网中，允许单相接地时继续短时
8、运行，希望只切除一个故障点。在并联线路发生不同相两点接地可以有2/3几率切除一条线路。 两相星形接线的缺点： 在串联线路发生不同相两点接地，只有2/3几率有选择性切除后一线路。,对三相星形接线及两相星形接线在各种相间短路故障时性能分析,设并行线路WL2、WL3上保护具有相同时限，若采用三相星形接线，则百分之百切除两条线路，若采用两相星形接线，则保护有2/3几率切除一条线路，这正是两相星形接线的优点。,图2-6小电流接地系统发生两点接地分析,串联线路上发生两点短路时，只希望切除距电源较远那条线路WL2的KB点故障，而不切除线路WL1，这样可以继续保证对线路WL3供电。采用三相星形接线可以100%
9、切除WL2，而采用两相星形只有2/3几率有选择性地切除后一条线路，这正是两相星形接线的缺点。,图2-6小电流接地系统发生两点接地分析,对三相星形接线及两相星形接线在各种相间短路故障时性能分析,如线路保护全部采用三相星形接线，由于两个保护之间在定值和时限上都是按选择性的要求配合整定的，因此能够100%地只切除线路WL2；若采用两相星形接线，当WL2上一点是B相接地时，则线路WL2保护不能动作，只能由线路WL1保护动作切除WL1,扩大了停电范围。由此可见这种接线方式在不同相别的两点接地中，只能保证2/3机会有选择性地切除后面线路。因此有1/3机会误动作，切除距电源较近的故障点，扩大了停电范围。,对
10、三相星形接线及两相星形接线在各种相间短路故障时性能分析,图2-6小电流接地系统发生两点接地分析,对Yd接线变压器后两相短路时采用两种接线工作性能分析,以Yd11变压器为例，设变比KT=1,当在 侧发生两相短路，Y侧电流向量图如图2-15所示，Y侧电流向量图如图2-16所示。Y侧正序电流相位比 侧滞后30，Y侧负序电流相位比 侧超前30,对Yd接线变压器后两相短路时采用两种接线工作性能分析,图2-7Yd11联接降压变压器后相间短路时的电流分布和向量图,Yd接线变压器后两相电路,a)三角侧电流相量图 b)星形侧电流相量图,图2-7Yd11连接变压器后相间短路时电流分布和向量图,a),b),Yd接线
11、变压器后两相电路,当采用电流保护作为降压变压器相邻线路后备保护时，完全星形接线接于B相继电器电流比其他两相电流大一倍，故灵敏系数也提高一倍，如采用不完全星形接线由于B相无电流互感器则灵敏系数比完全星形接线低一倍，为提高灵敏系数不完全星形接线的中性线上接一只电流继电器。,电流互感器外形及结构实例,电流互感器外形及结构实例,电流互感器外形及结构实例,10kV电流互感器结构实例,35KV电流互感器结构实例,35KV电流互感器结构实例,60、110、220KV电流互感器,新型500kV电流传感器,电流互感器使用注意事项,、电流互感器在工作时不允许开路。 2、电流互感器二次侧有一端必须接地，以防止一、二
12、次侧绕组绝缘击穿时，一次侧高压窜入二次侧，危及人身和设备安全。 3、电流互感器在接线时，必须注意端子极性。否则二次侧所接仪表、继电器中所流过的电流不是预想的电流，甚至会引起事故。,2.电压互感器 （1）电磁式电压互感器 （2）电容式电压互感器,2.电压互感器,(1)电磁式电压互感器,1）工作原理 相当于工作在开路 条件下的小容量 降压变压器。其一、二侧额定电压之比为：,KTV=U1N/U2N,(1)电磁式电压互感器,电压互感器一次侧的电压(即电网电压)不受互感器二次侧负荷的影响； 接在电压互感器二次侧的阻抗很大，通过的电流很小，电压互感器的工作状态接近于空载状态，二次电压接近于二次电势值，并取
13、决于一次电压值。,(1)电磁式电压互感器,电压互感器的额定变压比 KTV=UN1/UN1=W1/W2 UN1电压互感器一次绕组的额定电压 UN2电压互感器二次线圈的额定电压,1）电磁式电压互感器的测量误差 和准确度等级,电压误差 相位误差u,图2-9电压互感器的等值电路和相量图,1）电磁式电压互感器的测量误差 和准确度等级,影响电压互感器误差的因素 (1)互感器一、二次绕组的电阻和感抗； (2)激磁电流Im； (3)二次负荷电流 I2 ； (4)二次负荷的功率因数cos2。,1）电磁式电压互感器的测量误差 和准确度等级,准确级和额定容量 1.电压互感器的准确级： 是指在规定的一次电压和二次负荷
14、变化范围内，负荷功率因数为额定值时误差的最大限值。 2. 额定容量 对应于每个准确级，每台电压互感器规定一个额定容量。在功率因数为0.8(滞后)时，额定容量标准值为10、15、25、30、50、75、100、150、200、250、300、400、500VA。,电压误差和相位差限值,JCCl一110型串级式电压互感器的结构,瓷外壳装在钢板做成的圆形底座上。原绕组的尾端、基本付绕组和辅助付绕组的引线端从底座下引出。原绕组的首端从瓷外壳顶部的油扩张器引出。油扩张器上装有吸潮器。,220kV串级式电压互感器的原理接线图,互感器由两个铁心组成，一次绕组分成匝数相等的四个部分，分别套在两个铁心上、下铁柱
15、上，按磁通相加方向顺序串联，接在相与地之间。 每一单元线圈中心与铁心相连。二次绕组绕在末级铁心的下铁柱上。,电压互感器结构实例,2）电压互感器TV的接线,电压互感器的接线方式,电压互感器在三相电路中有四种常见接线方式 （1）一个单相电压互感器的接线，见图2-9a; （2）两个单相电压互感器接成V/V形，见图2-9b; （3）三台单相电压互感器接成星形,见图2-9c; （4）三个单相三线圈电压互感器接成或一台三相五柱式三线圈电压互感器接成星形和开口三角形连接。见图2-9d。,2）电压互感器TV的接线,图2-9电压互感器的接线方式,电磁式和电容式电压互感器的接线,a)单相电压互感器：测量任意两相之
16、间的线电压,b）两只单相电压互感器接成 不完全星形接线(VV形）,测量线电压，不能测量相电压。这种接线广泛用于小接地短路电流系统中。,c）三只单相三绕组电压互感器接成 星形接线，且原绕组中性点接地,线电压和相对地电压都可测量。在小接地电流系统中，可用来监视电网对地绝缘的状况。,d）三相三柱式电压互感器的接线,可用来测量线电压。不许用来测量相对地的电压，即不能用来监视电网对地绝缘，因此它的原绕组没有引出的中性点。,e）三相五柱式电压互感器,测量线电压和相电压，可用于监视电网对地的绝缘状况和实现单相接地的继电保护其变比为：,f）电容式电压互感器的接线,测量线电压和相电压，可用于监视电网对地的绝缘状况和实现单相接地的继电保护 适用于110500kV的中性点直接接地电网中
