互感器及二次回路.doc

互感器及二次回路一互感器测量、监视、控制电力系统的潮流及运行工况，需由测量仪表及自动装置来完成；为快速切除故障及确保系统的安全，需由继电保护来完成。测量仪表、自动装置及继电保护装置均系低电压二次设备。二次设备不能直接接入一次系统的高电压及大电流。为此，需要一种特殊的变换器，将电力系统的一次电流及一次电压变换成与其成正比的小电流及低电压，以供给测量仪表、继电保护及自动装置，并起到一、二次的隔离作用。该变换器称之为互感器。将电力系统的一次大电流变换成二次小电流的互感器叫电流互感器；而将一次高电压变换成二次低电压的互感器叫电压互感器。电磁型电流互感器与电压互感器的构成原理同电力变压器，同属电磁耦合变换传递元件。目前，广泛采用的电流互感器的输出是交流电流。而继电保护及自动装置的计算逻辑回路通常是直流。为确保继电保护及自动装置运行的可靠性及安全性，需将电流互感器的二次回路与继电保护及自动装置的逻辑回路进行隔离。在保护装置中，将电流互感器的二次电流变换成与电流成正比的电压，并进行交、直流回路隔离的变换器，通常采用两种变换器之一，即采用辅助变流器或电抗互感器。二对互感器的要求为确保安全而精确地测量及变换，应按照以下要求选用互感器：1 电流互感器及电压互感器的一次额定电压，应与所用在电网的额定电压等级相同；其绝缘水平应能承受长期运行及可能出现的短时过电压（运行过电压、雷击过电压及谐振或操作过电压等）；2 变换精度高，应能满足测量精度，确保继电保护动作可靠；3 变比适当，其变比应能保证系统在额定工况下测量仪表、继电保护及自动装置的测量要求及工作在线性区；4 容量足够大，应满足正常及电力系统短路故障时，继电保护及自动装置的测量精度要求；保证互感器不过热；5 满足热稳定及动稳定的要求，饱和倍数足够大。第二节电流互感器一构成及工作特点电流互感器的作用是：将电力系统的一次大电流变换成与其成正比的二次小电流，然后输入到测量仪表或继电保护及自动装置中。其构成及工作特点是：1 一次匝数少二次匝数多用于电力系统中的电流互感器，其一次绕组通常是一次设备的进、出母线，而只有一匝；其二次匝数很多。例如，变比为5000/1的电流互感器，其二次匝数为5000匝。2 铁芯中工作磁密很低、系统故障时磁密大正常运行时，电流互感器铁芯中的磁密很低，其一次与二次保持安匝平衡。当系统故障时，由于故障电流很大，二次电压很高，励磁电流增大，铁芯中的磁密急剧升高，甚至使铁芯饱和。3 高内阻、定流源正常工况下，铁芯中的磁密很低，励磁阻抗很大，而二次匝数很多。从二次看进去，其阻抗很大。负载阻抗与电流互感器的内阻相比，可以忽略不计，故负载阻抗的变化对二次电流的影响不大。可称之为定流源或电流源。4 二次要小，二次回路不得开路电流互感器的二次负载如果很大，运行时其二次电压要高，激磁电流必然增大，从而使电流变换的误差增大。特别是在系统故障时，电流互感器一次电流可能达额定工况下电流的数十倍，致使铁芯饱和，电流变换误差很大，不满足继电保护的要求，甚至使保护误动。电流互感器的二次回路不得开路。如果运行中二次回路开路，二次电流消失，二次去磁作用也随之消失，铁芯中的磁密很高；又由于二次匝数特高，二次感应电压U4.44（f电源频率，W二次匝数，B铁芯中的磁密，S铁芯中有效截面）会很高，有时可达数千伏，危及二次设备及人身安全。二额定参数1 额定电流电流互感器的额定电流，有一次额定电流和二次额定电流。（1） 一次额定电流电流互感器的一次额定电流，应大于一次设备的最大负荷电流。其一次额定电流越大，所能承受的短时动稳定及热稳定的电流值越大。电流互感器一次额定电流值，应与国家标准GB1208-1977推荐值相一致。（2） 二次额定电流目前，在电力系统中普遍采用的电流互感器二次额定电流有二种，即5A和1A。电流互感器二次额定电流的选择原则，主要是考虑经济技术指标。当一次额定电流相同时，二次额定电流值取越大，二次绕组的匝数便越少，电流互感器的体积及造价相对小。但是，二次额定电流大，正常运行时其输出电流大，二次损耗也大；另外，由于故障时输出电流很大，要求二次设备的热稳定及动稳定的储备也大。在各种条件相同的情况下，电流互感器的二次额定电流为5A时的二次功耗，为额定电流为1A时二次功耗的25倍。2 变比电流互感器的变比，是其重要的参数之一。它等于一次额定电流与二次额定电流之比。3 准确度电流互感器的准确度，是其电流变换的精确度。目前，国内采用的电流互感器的准确度等级有六个，即0.1级、0.2级、0.5级、1级、3级及5级。继电保护用电流互感器，通常采用0.5级的；主设备纵差保护也有采用0.2级的。电流互感器的准确度级，实际上是相对误差标准。例如，0.5级的电流互感器，是指在额定工况下，电流互感器的传递误差不大于0.5%。显然，0.1级的电流互感器，其精度要大于其他级的电流互感器。即电流互感器准确度等级小者测量精度高。三常用的电流互感器二次回路的接线方式在三相对称网路中，根据电网的电压等级、电流互感器的二次负载及经济技术比较结果，选择电流互感器的型式及二次回路的接线方式。常见的电流互感器二次回路的接线方式有：三相Y连接、三相d连接、二相Y连接及二相差接。当不计连接导线的电阻和接触电阻、且零线回路中无负载时，上述四种接线方式的原理接线如图13-1中的（a）、（b）（c）、（d）所示。（a）三相Y连接（b）三相d连接（c）二相Y连接（d）二相差接图13-1常用的电流互感器二次回路接线方式在图13-1中：LHa、LHb、LHc分别为a、b、c三相的电流互感器；Z二次设备的阻抗（已包括导线及接触电阻）。四P级及TP级电流互感器目前，用于220500KV大型变压器及各种发电机保护的电流互感器，一般采用P级电流互感器或TP级电流互感器。P级电流互感器属于一般保护用的电流互感器，其暂态特性较差。电力系统发生短路故障时，暂态电流在互感器内也产生一个暂态过程，其非周期分量可能使铁芯饱和，电流互感器不能准确地传递一次电流，从而导致保护不正确动作。另外，对于超高压电力系统，为了系统的稳定，需要快速切除故障。但是，由于超高压系统的时间常数较大，则P级电流互感器无法满足快速切除故障的要求。TP级电流互感器具有较好的暂态特性，受故障电流中非周期分量的影响较小，系统故障时，它能使主保护在故障后的暂态过程中动作，以保证快速切除故障。TP级电流互感器分为四个等级，即TPS、TPX、TPY及TPZ。应当注意，某些TP级电流互感器，由于铁芯中的剩磁较大，故用于重合闸或启动失灵保护的电流元件是不适宜的。六电流互感器的误差1稳态误差和暂态误差（1）稳态误差所谓稳态误差，系指电力系统正常工况下，电流互感器一次电流等于额值时的误差。国内生产的各种型号保护用电流互感器的稳态误差如表13-2所示。表13-2保护用电流互感器的稳态误差（极限值）电流互感器级额定一次电流时误差比误差角误差%（）（crad）5P1601.810P3-TPX0.5300.9TPY1601.8TPZ1180185.30.64电流互感器的准确度等级表示电流互感器的误差与短路电流的倍数有关，故一般用PM表示其准确度（为准确度等级；M表示保证准确度时允许最大短路电流倍数；PP级电流互感器。）例如5P10的含义是：在10倍的电流互感器额定电流的短路电流下，其误差不大于5%。十光电式电流互感器随着电力系统容量的增大，短路故障时短路电流的最大值可达数万安。电磁型电力互感器的主要缺点是：大电流时容易饱和，暂态特性差。光电式电流互感器没有上述缺点。光电式电流互感器的构成原理是：将主设备一次电流转换成光信号（光信号的强弱与一次电流的大小成比例），并通过通道传递至继电保护装置或测量仪表的安装处。然后，再将光信号转变成电信号，供测量仪表或继电保护采用。第三节电压互感器电压互感器的作用是：将电力系统一次的高电压转换成与其成比例的低电压，输入到继电保护、自动装置和测量仪表中。一构成及工作特点1 一次匝数多二次匝数少电磁型电压互感器，像一个容量很小的降压变压器，其一次匝数有数千匝，二次匝数只有几百匝。2 正常运行时磁通密度高电压互感器正常运行时的磁通密度接近饱和值，且一次电压越高，磁通密度越大；系统短路故障时，一次电压大幅度下降，其磁通密度也降低。3 低内阻定压源电压互感器的二次负载阻抗可很大。因此，从二次侧看进去，其内阻很小。另外，由于二次负载阻抗很大，其二次输出电流就很小，在二次绕组上的压降相对很小，输出电压与其内阻关系不大，故可看作为定压源。4二次回路不得短路由于电压互感器的内阻很小，当二次出口短路时，二次电流将很大，若没有保护措施，将会烧坏电压互感器。二额定参数1 额定电压（1） 一次（一次绕组）额定电压在电力系统中应用的电压互感器，多为三绕组电压互感器。匝数多的绕组为一次绕组。有二个次级绕组，其一用于测量相电压或线电压，另一绕组用于测量零序电压。通常，将用于测量相电压或线间电压的绕组叫二次绕组，另一绕组叫三次绕组。电压互感器一次输入的电压，就是所接电网的电压。因此，其一次额定电压的选择值应与相应电网的额定电压相符，其绝缘水平应保证能长期承受电网电压，并能短时承受可能出现的雷电、操作及异常运行方式下（例如失去接地点时的单相接地）下的过电压。目前，国内生产并投入电网运行的电压互感器一次额定电压，有6、10、15、20、35、110、220、330及500KV（分别除以）等9个类别。（2） 二次（二次绕组）及三次（三次绕组）额定电压保护用单相电压互感器二次及三次的额定电压，通常有100V、57.5V、100/3V三种。用于大电流接地系统的电压互感器，其二次、三次额定电压值分别为57.7V及100V，而用于小电流接地系统的电压互感器，其二次、三次额定电压值则分别为57.7V及100/3V。2 电压互感器的变比电压互感器的变比，等于其一次额定电压与二次额定电压的比值，也等于一次绕组匝数同二次绕组匝数或三次绕组匝数之比。用于大电流接地系统电压互感器与用于小电流接地系统的电压互感器的变比不同。前者的变比为KV；而后者的变比则为KV（一次系统的额定电压，相间电压）。3 准确度极电压互感器的精确度，实际是电压互感器的误差。电压互感器的误差有比误差和角误差两种。保护用电压互感器通常采用准确度级为3P和6P两个等级。其在2%额定电压下的极限误差限值列于表13-3。表13-3保护用电压互感器误差限值准确度级电压误差（%）相位误差（）crad3P3.01203.56P6.02407.0四 常用电压互感器二次回路的接线方式及电压向量图根据用途不同及一次系统的接线方式不同，采用的电压互感器有单相互感器和三相互感器。三相电压互感器又分三相五标式电压及由三个单相互感器构成的三相互感器组。1二次及三次回路接线方式电力