熊小伏教授畢業(yè)設(shè)計講座01

1、熊小伏教授指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計講座電力系統(tǒng)繼電保護專題講座互感器與保護二次回路1 互感器圖 1 互感器圖 2 35kV電壓互感器圖 3 斷路器，其中兩個支臂裝有電流互感器圖 4 電容式電壓互感器（CVT）1.1 電壓互感器1.1.1 定義電壓互感器(TV，Voltage Transformer；PT，Potential Transformer)是隔離高電壓，供繼電保護、自動裝置和測量儀表獲取一次電壓信息的傳感器。1.1.2 符號左圖多見于國標(biāo)、歐標(biāo)，右圖是美標(biāo)。1.1.3 電壓互感器使用注意事項電壓互感器的二次回路不能短路。電壓互感器也是一種特殊形式的變換器，其二次電壓正比于一次電壓，近似為一個電壓源

2、，正常使用時電壓互感器的二次負載阻抗一般較大。在二次電壓一定的情況下，阻抗越小則電流越大，當(dāng)電壓互感器二次回路短路時，二次回路的阻抗接近于零，二次電流將變得非常大，如果沒有保護措施，將會燒壞電壓互感器。1.1.4 電壓互感器類型電壓互感器的類型多種多樣。按工作原理分有：1）電磁式電壓互感器圖 5電磁式電壓互感器等值電路圖2）電容式電壓互感器（CVT）圖 6電容式電壓互感器連接圖3）光電、電子式電壓互感器（OVT/EVT）圖 7 OET工作原理圖電磁式電壓互感器按結(jié)構(gòu)：從使用絕緣介質(zhì)上可分為：干式、油浸式及六氟化硫等多種。1.1.5 電壓互感器的基本參數(shù)1.1.5.1 一次參數(shù)電壓互感器的一次參

3、數(shù)主要是額定電壓。電壓互感器的額定一次電壓應(yīng)根據(jù)所接系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓確定。其一次額定電壓的選擇主要是滿足相應(yīng)電網(wǎng)電壓的要求，其絕緣水平能夠承受電網(wǎng)電壓長期運行，并承受可能出現(xiàn)的雷電過電壓、操作過電壓及異常運行方式下的電壓，如小接地電流方式下的單相接地。對于二相電壓互感器和用于單相系統(tǒng)或三相系統(tǒng)間的單相互感器，其額定一次電壓應(yīng)符合GB所規(guī)定的某一標(biāo)稱電壓，即6 kV、10 kV、15 kV、20 kV、35 kV、60 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV、750kV、1000kV。對于接在三相系統(tǒng)相與地之間或中性點與地之間的單相電壓互感器，其額定一次電壓為上述額定電壓的。

4、1.1.5.2 二次額定電壓電壓互感器的二次電壓標(biāo)準值，對接于三相系統(tǒng)相間電壓的單相電壓互感器，二次額定電壓為100V。即系統(tǒng)正常運行時電壓互感器二次線電壓為100V，相電壓為57.7V。接成開口三角形的電壓繞組額定電壓與系統(tǒng)中性點接地方式有關(guān)。大接地電流系統(tǒng)的接地電壓互感器額定二次電壓為100V，小接地電流系統(tǒng)的接地互感器額定二次電壓為100/3V。1.1.5.3 電壓互感器的誤差電磁式電壓互感器由于勵磁電流、繞組的電阻及電抗的存在，當(dāng)電流流過一次及二次繞組時要產(chǎn)生電壓降和相位偏移。使電壓互感器產(chǎn)生電壓比值誤差（簡稱變比誤差）和相位誤差（簡稱相位差）。變比誤差相位差對于測量用電壓互感器的標(biāo)準

5、準確度級有:0.1、0.2、0.5、1.0、3.0五個等級。表 1測量用電壓互感器誤差限值準確度等級變比誤差±(%)相位差±()0.10.150.20.2100.50.5201.01.0403.03.0不規(guī)定繼電保護用電壓互感器的標(biāo)準準確度級有3P和6P兩個等級。此處P表示protection，保護用。表 2 保護用電壓互感器誤差限值準確度等級變比誤差±(%)相位差±()3P3.01206P6.02401.1.6 電壓互感器的二次回路接線電壓互感器的二次接線主要有：單相接線、單線電壓接線、V/V接線、星形聯(lián)結(jié)、開口三角形聯(lián)結(jié)、中性點接有消弧電壓互感器的星

6、形聯(lián)結(jié)。圖 8 單相接線圖 9 單線電壓接線圖 10 V/V接線圖 11 星型聯(lián)接圖 12 開口三角形聯(lián)接圖 13中性點接有消弧電壓互感器的星形聯(lián)結(jié)1.1.7 電壓互感器二次回路保護電壓互感器相當(dāng)于一個電壓源，當(dāng)二次回路發(fā)生短路時將會出現(xiàn)很大的短路電流，如果沒有合適的保護裝置將故障切除，將會使電壓互感器及其二次繞組燒壞。電壓互感器二次回路保護設(shè)備，一般采用快速熔斷器或自動空氣開關(guān)。電壓互感器二次側(cè)應(yīng)在各相回路和開口三角形繞組的試驗芯上配置保護用的熔斷器或自動開關(guān)。開口三角形繞組回路正常情況下無電壓，故可不裝設(shè)保護設(shè)備。熔斷器或自動開關(guān)應(yīng)盡可能靠近二次繞組的出口處裝設(shè)，以減小保護死區(qū)。保護設(shè)備通

7、常安裝在電壓互感器端子箱內(nèi)，端子箱應(yīng)盡可能靠近電壓互感器布置。1.1.8 電壓互感器的二次回路接地電壓互感器二次回路的接地，主要是防止一次高壓串至二次側(cè)時，可能對人身及二次設(shè)備造成威脅。其接地點與二次側(cè)中性點接地方式、測量和保護電壓回路供電方式以及電壓互感器二次繞組的個數(shù)有關(guān)。電壓互感器二次回路只能有一點接地。如果有兩點接地或多點接地，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障，地電網(wǎng)各點間有電壓差時，將會有電流從兩個接地點問流過，在電壓互感器二次回路產(chǎn)生壓降，該壓降將使電壓互感器二次電壓的準確性受到影響，嚴重時將影響保護裝置動作的選擇性。線路電壓互感器可以在配電裝置處一點直接接地，也可以通過小母線(YMN)接地。1.2

8、 電流互感器1.2.1 電流互感器工作原理電流互感器(TA，CT，Current Transformer)就是把大電流按比例降到可以用儀表直接測量的數(shù)值，以便用儀表直接測量，并作為各種繼電保護的信號源。電流互感器的一次繞組串聯(lián)在電力線路中，線路電流就是互感器的一次電流，二次繞組外部接有測量儀表和保護裝置作為二次繞組的負荷。1.2.2 符號左圖用在畫二次電路圖，右圖用在畫一次電網(wǎng)圖。1.2.3 電流互感器使用注意事項運行中的電流互感器，二次回路必須接有負荷或直接短路，如果在一次繞組有電流的情況下，二次開路，則二次反磁勢不再存在，一次電流全部用來勵磁，鐵心中的磁感應(yīng)急劇增加，二次感應(yīng)電勢急劇上升。

9、此時因鐵心飽和，磁通波形將變成平頂波，二次電壓很高，當(dāng)出現(xiàn)很高的開路電壓時，會對二次繞組的絕緣和測量及繼電保護裝置構(gòu)成威脅，所以電流互感器運行時，應(yīng)特別注意防止二次繞組開路。1.2.4 電流互感器極性電流互感器極性：電流互感器一次側(cè)“·”端與二次側(cè)“·”端為同極性端。如電流互感器一、二次側(cè)的始端L1，和K1、末端L2和K2分別為同極性端。參考方向采用“減極性”。“一次同名端流入，二次同名端流出”。圖 14 電流互感器參考方向示意圖1.2.5 電流互感器接線方式兩相不完全星形聯(lián)結(jié)用于35 kV及以下電壓等級小電流接地系統(tǒng)，可以獲得A、C相電流。三相完全星形聯(lián)結(jié)用于110 kV

10、及以上電壓等級大電流接地系統(tǒng)，可以獲得三相相電流。三相完全星形聯(lián)結(jié)的中線上可以獲得三相電流之和，即3倍的零序電流，反應(yīng)于接地故障時產(chǎn)生的零序電流。圖 15 兩相不完全星型圖 16 三相完全星型圖 17 零序電流獲得1.2.6 電流互感器參數(shù)1.2.6.1 一次電流選取電流互感器應(yīng)根據(jù)其所屬一次設(shè)備的額定電流或最大工作電流選擇適當(dāng)?shù)念~定一次電流。額定一次電流(Ipn)的標(biāo)準值為:10，12.5，15，20，25，30，40，50，60，75A以及它們的十進位倍數(shù)或小數(shù)。電流互感器的額定連續(xù)熱電流(Icth )、額定短時熱電流(Ith)和額定動穩(wěn)定電流(Idyn)應(yīng)能滿足所在一次回路的最大負荷電流

11、和短路電流的要求，并應(yīng)適當(dāng)考慮系統(tǒng)的發(fā)展情況。1.2.6.2 二次電流選取電流互感器額定二次電流有1A和5A兩類。a)對于新建發(fā)電廠和變電所，有條件時電流互感器額定二次電流宜選用IA。b)如有利于互感器安裝或擴建工程原有電流互感器采用5A時，以及某些情況下為降低電流互感器二次開路電壓，額定二次電流可選用5A。c)一個廠站內(nèi)的互感器額定二次電流允許同時采用1A和5A。1.2.6.3 電流互感器誤差圖 18 電流互感器等值電路圖不難看出，TA產(chǎn)生誤差的根本原因來自于勵磁電流，由于一次電流中有一部分流入勵磁支路而不變換至二次側(cè)。影響TA誤差的主要因素是二次負載及一次電流大小。二次負載越大，分流到勵磁

12、回路的勵磁電流也越大，造成TA誤差增大。一次電流增大時，TA鐵心趨向飽和，勵磁阻抗下降也會導(dǎo)致勵磁電流增大，TA誤差增大。繼電保護使用的TA誤差極限多為10%，在誤差為10%情況下二次阻抗與一次電流的關(guān)系曲線稱為10%誤差曲線，如圖所示，圖中m為一次電流倍數(shù)，ZLmax為允許的最大二次負荷阻抗。圖 19 電流互感器10%誤差曲線電流互感器的準確度分為測量用電流互感器的準確度級和保護用電流互感器的準確度級。測量用電流互感器的準確度級分為0.1、0.2、0.5、1、3、5六個標(biāo)準。特殊用途(S類)兩類，0.2S和0.5S。一般的測量用電流互感器的準確度采用0.5級，計量回路可采用0.2級的電流互感

13、器。保護用電流互感器分為兩大類:a) P類(P意為保護)電流互感器。包括PR和PX類。該類電流互感器的準確限值是由一次電流為穩(wěn)態(tài)對稱電流時的復(fù)合誤差或勵磁特性拐點來確定的。b) TP類(TP意為暫態(tài)保護)電流互感器。該類電流互感器的準確限值是考慮一次電流中同時具有周期分量和非周期分量，并按某種規(guī)定的暫態(tài)工作循環(huán)時的峰值誤差來確定的。該類電流互感器適用于考慮短路電流中非周期分量暫態(tài)影響的情況。P類電流互感器有5P和10P兩個準確度級。在表示保護用電流互感器準確度級時，通常也將準確限值系數(shù)一并寫出，例如，某保護用電流互感器的準確度級為5P20，其中20即為準確限值系數(shù)。整個含義是：P表示該互感器是

14、供保護用的，20表示在一次側(cè)流過的最大電流為其一次額定電流20倍時，5表示該互感器的綜合誤差不大于5%。表 3 保護用電流互感器誤差限值準確度等級比值誤差±(%)（額定一次電流下）復(fù)合誤差±(%)（額定準確度限值的一次電流下）相位差±()5P156010P3101.2.7 電流互感器變比選取示例某幾個保護使用5P20電流互感器，已知二次電流采用5A，其各自的流過的額定電流和短路電流分別如表所示，請選取電流互感器變比。額定一次電流的標(biāo)準值為:10，12.5，15，20，25，30，40，50，60，75A以及它們的+進位倍數(shù)或小數(shù)。表 4 互感器變比選取示例TA序號

15、額定電流IE,A最大短路電流ISC,AISC/20,ATA變比11314640232250/5239414715736750/531093147157361250/51.3 思考題（1） 為什么TV二次回路嚴禁短路?（2） 為什么TA二次回路嚴禁開路?（3） TA電流參考方向是如何規(guī)定的?規(guī)定參考方向下一次電流與二次電流相位關(guān)系如何?（4） 如何獲得零序電壓?（5） 如何獲得零序電流?2 保護圖紙2.1 原理圖保護原理圖分為歸總式原理圖和展開式原理圖。歸總式原理圖繪出了設(shè)備之間連接方式，繼電器等元件繪制為一個整體，該圖便于說明保護裝置的基本工作原理。展開式原理圖中各元件不畫在一個整體內(nèi)，以回路

16、為單元說明信號流向，便于施工接線及檢修。以三段式電流保護原理圖為例。2.1.1 歸總式原理圖I段保護測量元件由1KA、2KA組成，電流繼電器動作后起動1KS發(fā)I段保護動作信號并由出口繼電器1KM接通QF跳閘回路。段保護測量元件由3KA、4KA組成，電流繼電器動作后起動時間繼電器1KT，1KT經(jīng)延時起動2KS發(fā)段保護動作信號并由出口繼電器1KM接通QF跳閘回路，1KT延時整定值為電流段動作時限。I、II段保護共同構(gòu)成主保護，可共用一個出口繼電器。段保護測量元件由5KA、6KA組成，電流繼電器動作后起動時間繼電器2KT，2KT經(jīng)延時起動3KS發(fā)段保護動作信號并由出口繼電器2KM接通QF跳閘回路2K

17、T延時整定值為電流班段動作時限。段保護為后備保護，為提高保護動作可靠性可以獨立使用一個出口繼電器。歸總式原理圖表示保護裝置的構(gòu)成很直觀，但是二次接線難于編號，交、直流各種回路集中在一張圖上，安裝施工，檢修困難。圖 20 歸總式原理圖2.1.2 展開式原理圖按交流電流(電壓)、直流邏輯、信號、出口(控制)回路分別繪制。交流回路:由于沒有使用交流電壓，這里只有電流回路。由圖可以清楚地看到，1KA、3KA、5 KA測量A相電流，而2KA、4KA、6KA測量C相電流。直流邏輯回路:由1KA、2KA以或邏輯構(gòu)成I段保護，無延時起動信號繼電器1KS、中間繼電器(出口繼電器)1KM。3KA、4KA構(gòu)成段保護，起動時間元件1KT，1KT延時起動2KS、1KM。5KA、6KA構(gòu)成段保護，起動時間元件2KT，2KT延時起動3KS、2KM。信號回路:1KS 、2KS、3KS觸點閉合發(fā)出相應(yīng)的保護動作信號，根據(jù)中央信號回路不同，具體的接線也不同(例如信號繼電器觸點可以啟動燈光信號、音響信號等)，圖中未畫出具體回路。出口回路:出口中間繼電器觸點接通斷路器跳閘回路，完整的出口回路應(yīng)與實際的斷路器控制電路相適應(yīng)，圖中僅為出口回路示意圖。圖 21 展開式原理圖圖 22 35kV電流、電壓回路a）一次接線 b）交流電路展開圖 c）交流電壓回路展開圖2.2 微機保護邏輯圖2.2.1 主