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互感器大全
电压、电流互感器问题的讨论与学习!
在电力系统中,电压互感器(PT)是一、二次系统的联络元件,它能正确地反映电气设备的正常运行和故障情况。
PT的一次线圈并联在高压电路中,其作用是将一次高压变换成额定100V低电压,用作测量和保护等的二次回路电源,在正常工作时二次绕组近似于开路状态,所以,正常运行中的PT二次侧不允许短路。
一、PT单相接地及处理
在10kV中性点不接地系统中,为了监视系统中各相对地的绝缘状况以及计量和保护的需要,在每个变电站的母线上均装有电磁式PT。
当系统发生单相接地故障时,将产生较高的谐振过电压,影响系统设备的绝缘性能和使用寿命,进而出现更频繁的故障。
1.1在中性点不接地系统中,当其中一相出现金属性接地时,就会产生激磁涌流,导致PT铁芯饱和。
如A相接地,则Uan的电压为零,非接地相Ubn、Ucn的电压表指示为100V线电压。
PT开口三角两端出现约100V电压(正常时只有约3V),这个电压将起动绝缘检查继电器发出接地信号并报警。
1.2当发生非金属性短路接地时,即高电阻、电弧、树竹等单相接地。
如A相发生接地,则Uan的电压低于正常相电压,Ubn、Ucn电压则大于58V,且小于100V,PT开口三角处两端有约70V电压,达到绝缘检查继电器起动值,发出接地信号并报警。
1.3PT二次侧熔断器熔断或接触不良时,中央信号屏发出“电压回路断线”的预告信号,同时光字牌亮,警铃响。
查电压表可发现:
未熔断相电压表指示不变,熔断相的电压表指示降低或为零。
遇到这种情况,可检查PT二次回路接头(端子排)处有无松动、断头、电压切换回路有无接触不良等现象和PT二次熔断器是否完好,找到松动、断线处应立即处理;若更换熔断器后再次熔断,应查明原因,不可随意将其熔丝增大。
1Q2c0R9Y6G 1.4PT高压侧熔断器熔断。
其原因有:
①电力系统发生单相间歇性电弧放电、树竹接地等使系统产生铁磁谐振过电压。
②PT本身内部出现单相接地或匝间、层间、相间短路故障。
③PT二次侧发生短路,而二次侧熔断器未熔断,造成高压熔断器熔断。
因此,在更换PT一、二次熔断器时一定要选用符合规格的熔断器。
需要指出的是当高压某相熔断器熔断时,如C相熔断,则Ucn的电压表指示本应为零,其余两相Uan、Ubn的电压表指示仍为100V电压。
但在实际检修工作中,因为PT的二次回路通过计量用的有功、无功电能表电压线圈与保护回路中的电压继电器线圈串联构成回路,故使Ucn有一定电压指示,但其数值很小。
此外,当PT熔断器熔断时,应首先用万用表检查二次侧各相熔断器的进、出线端相电压是否有58V(线电压100V),或将熔断器取下用万用表电阻档测量通断,判断出熔丝是否熔断。
如果熔丝完好,则故障发生在一次高压侧。
处理的方法是:
先拉开PT高压侧隔离刀闸,取下低压二次熔断器,经确证无电后,做好现场安全措施,再仔细检查PT一次套管、端盖处有无破裂、渗油、异物和绝缘油的异常气味等。
当检查到有异常时,应用兆欧表测量绝缘电阻。
在确认PT正常后,戴上绝缘手套更换符合标准的高压熔断器,进行试送电。
如再次熔断,则应考虑PT的内部故障,并进一步作直流电阻、变比等试验来决定PT好坏。
而在停用PT前,应考虑到对继电保护、自动装置和计量的影响,在取得调度和有关负责人的许可后将保护装置、自动装置暂时停用,以防其它设备误动作。
、
.H0X"^;o/C$}9D3y"E
二、PT谐振及处理
2W$e+w$w-i;o5~1_ 1、PT谐振
PT谐振对于yo/yo电磁式PT,在正常情况下线路发生单相接地不会出现铁磁谐振过电压,但在下列条件下,就可能引发铁磁谐振。
%g d+c1f9K'M%X
(1)对于中性点不接地系统,当系统发生单相接地时,故障点流过电容电流,未接地的两相相电压升高3倍。
但是,一旦接地故障点消除,非接地相在接地故障期间已充的线电压电荷只能通过PT高压线圈经其自身的接地点流入大地,在这一瞬间电压突变过程中,PT高压线圈的非接地两相的励磁电流就要突然增大,甚至饱和,由此构成相间串联谐振。
(2)系统发生铁磁谐振。
近年来,由于配电线路用户PT、电子控制电焊机、调速电机等数量的增加,使得10kV配电系统的电气参数发生了很大的变化,导致谐振的频繁出现。
在系统谐振时,PT将产生过电压使电流激增,此时除了造成一次侧熔断器熔断外,还将导致PT烧毁。
个别情况下,还会引起避雷器、变压器、断路器的套管发生闪络或爆炸。
(3)线路检修,事先不向调度部门申请办理停电手续,随意带负荷拉开分支线路隔离刀闸或带负荷拉开配电变压器的高压跌落开关,造成刀闸间弧光短路而引发谐振。
1f6k9{0O2b2~'b (4)当配电变压器内部发生单相接地故障时,故障电流将通过抗电能力强的绝缘油对地放电,也会产生不稳定的电弧激发电网谐振。
/L#i-c*h:
r%L$x,s-y1v (5)运行人员送电操作程序不对,未拉开PT高压侧刀闸就直接带PT向空母线送电,引起PT铁磁谐振。
2.谐振的处理
(1)当出现空母线谐振时,不宜拉开PT的隔离刀闸,应考虑增大母线电容和并联电感,即合上一条空载线路或者空载的变压器来破坏谐振条件,可使三相电压恢复平衡。
(2)在PT高压线圈中性点的接地线中串接一只约5kΩ阻尼电阻(在一次侧中性点串接阻尼电阻会影响二次侧反映单相接地故障的灵敏度,且在相电压有同期装置的回路中一般不宜采用)。
相当于在零序阻抗上并联一个电阻,可以有效地抑制单相接地故障引起的谐振。
2K1B$B&l r9G$X)G"v)y&N (3)PT发生谐振时的电压是相电压的3倍,则在开口三角处将会产生100~200V电压,因此在PT开口三角处可并联一只220V/200W消谐灯泡(或选用220V/800W/60Ω标准电阻。
消谐电阻功率不得大于PT极限容量的2.4倍,并做好消谐电阻的安装绝缘措施,防止PT二次侧多点接地),也可在PT零序回路中装设专用KFX-10消谐器。
'q:
m8U([.R"B8L)d (4)变电站值班人员在恢复送电时,应严格按操作规程进行操作,确认PT的隔离刀闸在拉开位置后,才对空母线送电,再合上PT的隔离刀闸。
检修人员应尽量将其刀闸三相同期性调整好。
技术部门应采用铠装电缆线路和伏安特性较高、饱和迟钝的PT及电容式PT,以改善技术性能,减少激发谐振过电压的几率。
0~9D:
e*r:
x4J 综上所述,单相接地与谐振过电压故障现象有着根本的不同。
正常情况下,当系统发生单相接地故障时,仍可在故障状态下继续运行一段时间,值班人员可以在这段时间内通知处理故障。
而铁磁谐振过电压对设备的威胁最大,切不可将PT谐振误判为单相接地而耽误了及时、准确处理的时间。
电磁式电压互感器的谐振及主要限制方法
摘要:
电压互感器是母线上的重要元件,电磁式电压互感器引起铁磁谐振后,其介质击穿或爆炸都会导致母线故障,防止PT谐振应引起高度重视。
文章对电磁式电压互感器引起铁磁谐振的原理进行了分析,并就河北南网发生的一起铁磁谐振现象提出了限制措施。
关键词:
电压互感器;谐振;分析;措施
0z:
G:
I:
^;i i 在电力系统中引起电网过电压的原因很多,其中谐振过电压出现频繁,其危害性较大。
过电压一旦发生,往往会造成电气设备的损坏甚至发生停电事故。
由于谐振过电压作用时间较长,而且不能用避雷器限制,因此在选择保护措施方面有较大的困难。
为了尽可能地防止谐振过电压的发生,在设计和操作电网设备时,应进行必要的估算和安排,尽量避免形成串联谐振回路,或采取适当的防止谐振的措施。
本文联系一起实际过中压现象对电磁式电压互感器引起的铁磁谐振及限制方法进行了讨论。
1 电磁式电压互感器引起铁磁谐振的原理
电压互感器通常接在变电站或发电机的母线上,其一次绕组接成星型,中性点直接接地,因此各相对地励磁电感L1,L2,L3与母线对地电容C0间各自组成独立的振荡回路。
中性点绝缘系统中,接有电磁式电压互感器的母线接线等值电路,见图1,其中E1,E2,E3为三相电源电势。
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Y3H!
s(Y&X-E3?
在正常运行条件下,励磁电感L1=L2=L3=L0,故各相对地导纳Y1=Y2=Y3=Y0,三相对地负荷是平衡的,电网的中性点处在零电位,即不发生位移现象。
%S3\/U,M;c'~ 但是,当电网发生冲击扰动时,例如开关突然合闸,或母线发生瞬间弧光接地现象等,都可能是一相或两相的对地电压瞬间提高。
现在假定,由于扰动的结果,A相对地电压瞬间提高,这使得A相互感器的励磁电流突然增大而发生饱和,其等值励磁电感L1相应减小,以致Y1≠Y0,这样,三相对地负荷不平衡,中性点发生位移电压,根据基尔霍夫第一定律,可以得出:
9L8i$k5^1b7L 导纳Y1决定于励磁电感和C0的大小,如果正常状态下的,那么扰动结束使L1减小,可能使新的。
在这种情况下,总导纳∑Y1显著减小,位移电压UN显著增加。
如果参数配合得当,扰动后的∑Y1可能接近于零,这就产生了严重的串联谐振现象。
"s E&o3B)o1n'?
(e 图2中H.A.Peterson曲线研究了产生各种谐波振荡的条件,其中为系统每相的容抗;Xm为电压互感器的单相绕组在额定线电压作用下的对地励磁电抗;Ex是电压互感器事故前的运行相电压是电压互感器的铭牌线电压。
从图2可以看出,随着比值的增大,依次发生分次谐波、基波和3次谐波的谐振,同时所需的Em也逐渐增大。
当小于0.01或远大于1时,便消除了谐振的条件。
所以在考虑运行方式和系统操作时,力求改变电力网中的电感电容之比,以避免形成谐振条件。
2 电磁式电压互感器引起铁磁谐振的实例及分析
)g4D3N4N"r*i.`3y 近年来河北南部电网曾发生过多起由变电站母线PT引起的铁磁谐振现象,虽未产生严重后果,但确实存在隐患。
严重的铁磁谐振过电压可引起PT爆炸,变电站母线停电事故。
)Q,d/e&D$j2H 2000年7月500kV沧西站启动过程中,就曾发生铁磁谐振现象。
2.1 谐振产生过程
:
N+{$O+K(w,D-^ 沧西站35kV系统方式正常如图3所示,35kV#2母线上接有3组电容器、两组电抗器及母线PT。
按照沧西站启动计划,最后进行35kV系统投运。
值班人员执行省调命令,合上#2主变的312开关后,发现三相线电压为37.8kV,数值稳定。
相电压应为21.8kV,但实际上A、B、C三相对地电压分别升高到25kV、27kV、25kV,且表针摇摆,PT开口三角3U0电压为73V。
现场值班人员发现异常后拉开312开关,并对35kV系统一二次设备进行了详细的检查,发现一二次设备及表计均无异常。
后又带60000kVA电抗器组再合312开关,现象同上。
经过现场初步分析,从现象上判断是在空冲母线时发生谐振。
退出电抗器,在开口三角加60W灯泡,仍未消除谐振。
&~;J%G'~"R7B8m
2.2 谐振分析
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/i:
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'S&N0H(I+N'u9J 沧西站35kV母线结构满足串联铁磁谐振发生的条件,即谐振是由带铁芯的非线性电感元件(电压互感器)和电容元件(母线对地电容)构成的回路产生;其次312开关的合闸冲击是谐振的诱发因素。
2.2.135kV母线对地电容计算
沧西站35kV母线数据见表1。
4k(m&N2P5e8Y
根据电磁场理论中的“镜像法”原理,考虑大地影响后,每相的对地电容为:
C(o.V'j#O'~._*V4\
9?
6?
/l-|6q;t/g8N 其中,H1、H2、H3及H12、H23、H31为各导线与镜像导线之间的距离,DjP为三相导线之间的几何均距。
对于水平布置方式,如线间距离为D,则DjP=1.26D。
RD为导线的等值半径,对于双分裂导线,,R为每根导线的计算半径,SjP为分裂导线的几何均距。
(Y+w'H:
H9z6f2T6Y 计算中将槽形导线按截面面积等效为直径Φ=113mm的圆形母线,相应数据带入上式,分别计算各段母线对地电容,结果为:
CA=2.0969×10-3μF,CB=2.0728×10-3μF,CC=2.1611×10-3μF,在工频状态下,三相对地容抗为:
XA0=1.52MΩ,XB0=1.54MΩ,XC0=1.47MΩ。
!
G2b$x2b7z2.2.2 35kV母线PT励磁电抗及电感计算
该站使用的35kV母线PT为JDJJ2-35W2型电磁式电压互感器,变比为35kV0.1kV//0.1kV/,该型互感器的伏安特性如表2。
"K*o.Z6y0X,Z6L$r 取U=69.3V时的数据并折合到高压侧,计算空载励磁电抗及电感量:
!
^/U4G0}-i
2.2.3 谐振类型的确定
5])F2M(v([0i*{9p
在上式中由于受提供的测量数据所限,XmA不是额定线电压100V下的励磁电抗值,从PT铁芯的饱和特性可知,在额定线电压100V下的励磁电抗值将小于在69.3V下的励磁电抗值,因此XA0/XmA的比值会大于0.06,对照图2,该比值处于分频谐振范围内。
在谐振状态下测得开口三角电压为73V,它与工频电压叠加的结果使得三相对地电压的有效值同时升高至Ux:
8Z3~;O%D%P&}3R
实际测量三相对地电压,A、C相为25kV,B相为27kV,与上述计算结果基本一致。
在空合母线时录取波形见图4。
2.3 谐振的危害
如果发生的是分频谐振,其特征是过电压并不高,但流过电压互感器绕组的电流很大,可达30~50倍,所以常常使电压互感器因过热而爆炸。
8Z6D9_&]/j+L%a(l$E 这次谐振虽未造成对变电站设备及电网安全运行的严重危害,但直接影响了整个沧西站的按时启动,进而影响了500kV工程的进度。
同时为了研究和解决问题花费了大量的人力和物力,更换电压互感器也造成了一定的经济损失。
2.4 谐振的解决
在谐振发生后通过将35kV母线电磁式电压互感器更换为电容式电压互感器,解决了铁磁谐振的问题。
:
p3f)W7T0G/b+{7O3[*F:
} 电容式电压互感器对地呈现容性,从根本上失去了谐振的基础。
这样就不会再发生因扰动使励磁电流突然增大而发生饱和的现象,从而防止了铁磁谐振现象的发生。
电容式电压互感器除具有电磁式电压互感器的作用外,还可以兼做耦合电容器,与电力系统载波机相连,做高频载波通道使用。
由于电容式电压互感器的冲击强度高、造价比电磁式电压互感器低,又能有效的的防止变电站母线对地电容与变电站母线PT之间的铁磁谐振现象。
所以,目前电容式电压互感器已广泛应用在220kV及以上的电力系统中,以取代电磁式电压互感器。
3 其它限制铁磁谐振的方法
*l/P"W ^1`:
G-| 其他防止谐振的措施还有:
e#?
8b%`5d1O3B%s a.给母线充电时采用线路及母线一并充电的方式。
1~0E6J1@+e6Z/_ b.给母线充电前先切除PT充电后再投入PT,停母线时先切除PT再拉开开关。
#E;]3f&z&z c.采用先进的消谐装置,如消谐器。
2v(M:
D"Q;L#Y,J3l-y*L d.操作中注意监视母线电压,如电压过高则立即改变方式,合上或拉开引起谐振的开关。
%S3{&l/e)P |(^"?
e.在电磁式电压互感器的开口三角形中,加装R≤0.4Xm(Xm为互感器在线电压下单相换算到辅助绕组的励磁电抗),或当中性点位移电压超过一定值时,以零序过电压继电器将电阻投入1min,然后再自动切除。
#_-Q.f"f u8K4 结论
#Q9s)s7f.G4i7~ 变电站母线电磁式电压互感器与母线对地电容之间在开关分合闸、瞬时接地等电网扰动情况下,构成串联谐振电路,引起铁磁谐振的发生;谐振与母线电容大小,开关分合闸时相位,PT铁芯的V-A特性差异等因素有关;从而引发分频、基频、高频谐波谐振,造成电压升高,电流增大等现象,对电力设备的安全稳定运行造成极大危害。
因此在一定条件下应考虑采用电容式电压互感器,并在操作中做好防止电压互感器发生铁磁谐振的措施,当谐振发生时应立即采取相应措施,消除谐振。
电压互感器和电压继电器的区别
电压继电器
'v6S;g/R l6C 它是当电路中电压达到预定值时而动作的继电器。
其结构与电流继电器基本相同,只是电磁铁线圈的匝数很多,而且使用时要与电源并联。
它广泛应用于失压(电压为零)和欠压(电压小)保护中。
所谓失压和欠压保护就是当由于某种原因电源电压降低过多或暂时停电时,电动机即自动与电源断开;当电源电压恢复时,如不重按起动按钮,则电动机不能自行起动。
如果不是采用继电器控制,而是直接用闸刀开关进行手动控制,由于在停电时未及时拉开开关,当电源电压恢复时,电动机即自行起动,可能造成事故。
另外还有过电压继电器,它是当电路电压超过一定值时,因电磁铁吸力而切断电源的继电器,它用于过电压保护(如保护硅管和可控硅元件)。
电流继电器的电磁铁线圈匝数较少。
若通过线圈的电流低于额定值时,电磁铁的吸力不足以克服反作用弹簧的弹力,衔铁不动作。
若电流超过额定值,电磁铁的吸力大于弹力,因而衔铁被吸。
这样,触头系统中常闭触头断开,而常开触头就闭合。
由于电流超过某额定值时,继电器才会动作,故又称为过电流继电器。
调节反作用弹簧的弹力,可以调整动作电流的数值。
电流继电器主要用于过载和短路保护,它比熔断器的结构复杂,但过载保护性能优于熔断器,而且事故后不必像熔断器那样更换元件,可重复使用。
所以,它在电力系统中对电机激过载和短路起着关键性的保护作用。
#`3_!
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l%t)V6^*W*Z 电压互感器
%C"F6g&N+M.h 电压互感器又称仪用变压器,是一种电压变换装置。
其工作原理、构造和接线方式都与变压器相同,主要区别在于电压互感器容量很小,通常只有几十VA或几百VA,并且在大多数情况下,它的负载是恒定的高阻抗,相当于变压器在低负载下运行,次级电压基本上等于次级感应电动势值。
因此用电压互感器来间接测量电压,能准确反映高压侧的量值,保证测量精度。
d7g!
}6C4z/H4w'v 不管电压互感器初级电压有多高,其次级额定电压一般都是100V。
这样,与电压互感器次级线圈相连的各种仪表和继电器,都可以统一制造而实现标准化。
在理想的电压互感器中,励磁电流为零,线圈的阻抗也不计,这时初、次级电压之比等于它们的匝数之比,相位也没有偏移。
但是在实际的电压互感器中,由于励磁电流的存在以及线圈阻抗的影响,总存在有电压误差和角误差。
根据电压互感器的允许误差范围,可以把电压互感器的准确度分为0.2级、0.5级、1级和3级,这就是电压互感器的准确度等级。
电压互感器在每一准确度等级都有其对应的额定容量,因此同一个电压互感器按照次级负载的大小,可以在不同的准确度等级下工作。
例如JDZJ-10型电压互感器,在负载功率因数为0.8的情况下,准确度等级为0.5级,其使用容量为50VA;准确度等级为1级,其使用容量为80VA;3级时为200VA。
如果不考虑准确度等级,只满足允许发热条件,它的最大容量为400VA。
运行中的互感器应注意的问题
互感器是电力系统中供测量和保护用的重要设备,分为电流互感器和电压互感器两大类。
前者将高压系统中的电流或低压系统中的大电流,变成低压的标准的小电流;后者将系统的高电压变成标准的低电压,用以给测量仪表和继电器供电。
可见,互感器运行状态的好坏对仪表指示的正确、继电保护和自动装置的正确动作有着至关重要的作用,因此,对运行中的互感器,应注意以下问题:
1@+x!
S0G2P3X7t.L-W7V 一、电流互感器二次侧不能开路,电压互感器二次侧不能短路。
电流互感器二次侧开路会使二次侧感应出很高的尖锋电势,对人和设备造成威胁;电压互感器二次侧短路会使二次线圈电流猛增造成二次侧熔断器熔断,甚至烧坏电压互感器。
二、电流互感器和电压互感器二次侧不能相互连接。
由于电压互感器的负载是高阻抗回路,电流互感器的负载是低阻抗回路,如果电流互感器接于电压互感器二次侧就会使电压互感器短路,如果电压互感器接于电流互感器二次侧,由于电压互感器内阻很高,使电流互感器近似开路。
9~7q.b"\(A 三、运行时,应把电流互感器和电压互感器的二次侧一点接地。
电流互感器和电压互感器的二次侧接地属于保护接地,用于防止绝缘击穿,二次侧窜入高电压,威胁人身安全和损坏设备。
#w7V7U-b;['L:
^ 四、运行中需要短接电流互感器二次回路时,不能用保险丝去短接,如果用保险丝去短接电流互感器的二次回路,由于保险丝是易熔金属,当一次系统发生短路故障时,二次电流增大,可能使保险丝熔断,造成电流互感器开路。
五、如电压互感器发生断线故障,处理时应首先采取措施防止该电压互感器所带的继电保护和自动装置产生误动作,然后再去检查熔断器熔断的原因。
六、电压互感器退出运行时,应首先停用那些没有电压回路就会误动作的继电保护和自动装置。
七、对于运行中的互感器要经常进行巡视维护,内容包括检查连线接头有无发热、互感器的声音是否正常、有无异味、瓷套管部分是否清洁、有无裂纹、有无放电现象,如是注油互感器要检查油面是否正常,有无渗油漏油现象。
V/v接电流互感器b相断线的分析与判断
在高电压、大电流的电能计量装置中,常因其接线复杂而发生错误接线,这样即使采用的电能表和互感器都合格,也会产生较大的计量差错。
现场调查发现,在诸多错接线方式中,三相电流互感器(V/v接)公用b相接线断路的错接线方式,因其故障现象不明显,在现场检验时容易被忽视。
因此,此类错接线相对较多。
本文分析了此种错接线给供电企业带来的经济损失,给出了带电判定该类错接线的几种简便方法。
&T-K1z p+L2Q8O
*s4`'U8R!
Y2r%A#M(B1 CT二次b相断线对测量的影响
5~!
P"o6],W$\%G)A!
n/c;U1.1电压互感器的V/v接线方式
在大电流的电能计量装置中,电流互感器最常见的接线方式为V/v接或称为不完全星接及两相星接。
如图1所示,在接线正确的情况下,A相和C相所接电流互感器的二次绕组分别流过,它们的公用接线中流过的合成电流为。
该接线方式最大的优点是节省了一台单相电流互感器,从而节省了投资。
1.2 CT二次b相断路的分析
/o)N&}'v$Q*h \2t!
R6E B 测量用电流互感器的主要作用是进行电流变换,其二次负载一般较小,其结构和原理与二次短路运行的升压变压器相似,它能将大电流转化为小电流,从而便于测量与维护。
0m(O6w.|&a)| 单相电流互感器归算到二次侧的T型等效电路如图2(a)所示。
/G*d+m)t.z!
M B+o
为正确接线时的二次电流。
b相断开后流入电能表线圈的电流幅值和相位都发生
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