发电厂及其电气部分第十二讲

1、第第1212讲讲 导体和电气设备的导体和电气设备的原理与选择（原理与选择（2 2）内容提要：u1 电气设备选择的一般条件u2 高压断路器和隔离开关的原理与选择u3 互感器的原理与选择u4 限流电抗器的选择u5 高压熔断器的选择u6 裸导体的选择u7 电缆、绝缘子和套管的选择q将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压(100V)和小电流(5A或1A)，从而使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜和便于屏内安装；并可采用小截面电缆进行远距离测量。互感器是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电流线圈和电压线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障

2、情况。互感器的作用是：q将二次设备与高压部分隔离，保护工作人员的安全；同时，互感器二次侧均接地，这样可防止当一、二次绝缘损坏时，在二次设备上发生高压危险。电力系统中广泛采用的是电磁式电流互感器，它的工作原理和变压器相似。其原理接线如图：TVN1N2I2I1负载负载AWhTA特点：一次绕组串联在所测量的一次回路中，并且匝数很少。因此，一次绕组中的电流I1完全取决于被测回路的负荷电流，而与二次绕组电流I2大小无关。1、工作原理二次绕组与测量仪表、保护装置的电流线圈串联，且匝数N2很多，是一次绕组匝数的若干倍。二次绕组中的电流I2完全取决于一次绕组电流I1。即有：1、工作原理1221NiNINKIN

3、TVN1N2I2I1负载负载AWhTA额定电流比额定电流比电流互感器的二次回路中所串接的负载，是测量仪表和继电器的电流线圈。它们的阻抗都很小，因此电流互感器在正常工作时，二次侧接近于短路状态，这是与普通电力变压器的主要区别。TVN1N2I2I1负载负载AWhTA1、工作原理电流互感器在正常工作状态时，二次负荷电流I2所产生的二次磁势F2对一次磁势F1有去磁作用，因此合成磁势F0及铁芯中的合成磁通数值都不大，在二次绕组内所感应的电势E2数值不超过几十伏。为了减小电流互感器的尺寸、重量和造价，其铁芯截面是按正常工作状态（即合成磁势F0及铁芯中合成磁通数值都不大的状态）设计的。I1N1-I2N2=

4、I0N1TVN1N2I2I1负载负载AWhTA1、工作原理如果运行中的电流互感器二次绕组开路，则二次磁势F2等于零，而一次磁势F1不变，且全部用于激磁。此时合成磁势F0等于F1，比正常状态的合成磁势增大了许多倍，使铁芯中的磁通急剧增加而达到饱和状态。铁芯饱和致使随时间变化的磁通波形变为平顶波。在波形上升和下降处，因磁通急剧变化在开路的二次绕组内所感应的电势E2可达几千伏甚至更高，对设备和人员是极其危险的。tE21、工作原理Z2Lr1x1I1R2x2r0 x0I2I0E2U2I1= I0+ I2I1= I0 + KiI2上标表示各值均为归算到一次侧的值。I1N1= I0N1+ I2N22、误差以

5、I2为基准I2oU2超前I2 （二次负载功率因素角）U2E2= U2+I2Z2L，即E2超前I2 （二次总阻抗角）E2Z2Lr1x1I1R2x2r0 x0I2I0E2U22、误差以I2为基准I2oI0U2超前I2 （二次负载功率因素角）U2E2= U2+I2Z2L，即E2超前I2 （二次总阻抗角）E2铁芯磁通滞后E2 90励磁电流I0较超前 （铁芯损耗角）电流I0与I2之和即为一次电流I1+I1Z2Lr1x1I1R2x2r0 x0I2I0E2U22、误差I2oI0U2E2+I1可见，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I1和二次电流I2在大小和相位上都有误差。通常用电流误差

6、 fi 和相位误差 i 表示。i二次电流的测量值乘以额定电流比所得的一次电流近似值KiI2与一次电流实际值I1之差相对于I1的百分数。因为所以2、误差电流误差 fi ：211100 (%)iiK IIfI21iNKN221111100 (%)iI NI NfI N当i很小时所以有：I2U2E2I2N2I0N1I1N1aobc+iI1I02、误差电流误差 fi ：221111100 (%)iI NI NfI N221101sin() I NI NobocbcI N0111sin( ) 100 (%) iI NfI Ni 通常很小转化为用分（）表示2、误差相位误差 i ：I2U2E2I2N2I0N

7、1I1N1aobc+iI1I00111cos( )siniiI NacoaI N0111 cos( ) 3440 ()iI NI N可见，fi和i都与激磁磁势F0(I0N1)及一次磁势F1(I1N1)有关。F0 F1 fii；F0 F1 fii。2、误差影响误差的因素：0111sin( ) 100 (%) iI NfI N0111 cos( ) 3440 ()iI NI N由电磁感应定律有： 计及磁动势方程：得：2、误差影响误差的因素：224.44EBSfN2222()LEIZZ01avBI NL2222()sin( ) 100 (%)222 LaviZZLfN S2222() cos( )

8、3440 ()222LaviZZLN S二次回路电压方程为：铁芯的磁感铁芯的磁感应强度应强度铁芯截面积铁芯截面积工频工频磁路平均长度磁路平均长度铁芯导磁率铁芯导磁率互感器的电流误差 fi 及相位误差 i 决定于互感器铁芯及二次绕组的结构，同时又与互感器的运行状态（二次负载Z2L及运行中铁芯的值）有关。2222()sin( ) 100 (%)222 LaviZZLfN S2222() cos( ) 3440 ()222LaviZZLN S2、误差影响误差的因素：B、必须减小铁芯的磁阻rmp 缩短磁路长度L(如采用圆形截面铁芯)p 增大铁芯的横截面S，磁路不易饱和p 采用磁导率高的电工钢A、运行时

9、，应使一次实际电流接近一次额定电流p 当I1为额定值时， 值最大误差最小2、误差减小误差的措施：C、尽量减小二次回路的负载Z2LD、功率因数cosp cos降低 增大 增大 fi增大、 i减小电流互感器的准确级以电流误差fi来定义的。即：在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差。（准确级越大，误差越大，精度越低）q测量用：0.2级 0.5级 1级 3级 10级q保护用：P级 TP级 （相当于 3级10级）只有二次负载阻抗Z2L在一定范围内（小于某个值），才能保证电流互感器达到一定的准确级。同一台电流互感器工作在不同准确级时，可以带不同范围（上限值）的二次负载阻抗。3、准确级

10、与额定容量电流互感器的额定容量SN2是指在二次额定电流IN2和额定二次阻抗ZN2下运行时，二次绕组输出的容量。即：IN2为1或5(A)，额定容量和额定阻抗只差一个系数，所以，额定容量常用二次额定阻抗来表示。同一台电流互感器工作在不同准确级时，会有不同的额定容量，即可以带不同范围的额定二次阻抗。3、准确级与额定容量2222 ( )NNNSIZ要想保证准确级，就要保证：Z2L ZN2 (或 S2L SN2)型号准确级额定容量LA100.50.410.430.63、准确级与额定容量2 LarelcZrrrr电流互感器的种类很多，型号中的字母符号代表了其类型，其表示方式如下：4、分类与结构如图为电流互

11、感器的结构原理图。4、分类与结构单匝式电流互感器是由载流导体（作为一匝原绕组）穿过绕有副绕组的环形铁芯构成。它结构简单、体积小、价格低。但由于原绕组是单匝，当被测电流很小时，原边磁势小，测量精确度很低。当一次额定电流为400A及以下时，为提高其测量准确度，将一次绕组制成两匝或两匝以上，就构成了复匝式。4、分类与结构不同的二次负荷对电流互感器有不同的精度要求。为了节省空间和成本，往往几个铁芯（各自绕着相应的二次绕组）共享一个一次线圈，构成一台电流互感器。一般p 335kV电流互感器均有两个二次绕组；p 110kV电流互感器有34个二次绕组；p 而220kV则有45个二次绕组。另外，为了适应不同一

12、次负荷电流的要求，110kV及以上的电流互感器常常将一次绕组分成几组，通过改变一次绕组的串并联关系，即可方便地获得23个额定电流比。4、分类与结构单相式接线单相式接线仅反映三相电流平衡系统的运行状态，可作为一般测量和过负荷保护等。5、接线方式不完全星形接线常用于610kV中性点不直接接地三相三线制系统中，可供三相二元件功率表或电能表使用，仅取A相电流和C相电流即可。它们的公用回线中流过的电流即为B相电流，从而节省了一台电流互感器。不完全星形接线5、接线方式两相电流差接线可用于610kV的过电流保护。两相电流差接线5、接线方式三相星形接线广泛应用于负荷不平衡的三相四线制系统，也可用于一般的三相三

13、线制系统，可测量电路的三相电流，监视各相负荷不对称情况。三相星形接线5、接线方式选择电流互感器时，首先要根据装设地点、用途等具体条件确定互感器的结构类型、准确度等级、额定电流比Ki；其次要根据互感器的额定容量和二次负荷计算二次回路连接导线的截面积；最后校验动稳定和热稳定。6、电流互感器的选择结构类型和准确度的确定根据配电装置的类型，相应选择户内或户外式电流互感器。一般情况下，35kV以下为户内式，而35kV及以上为户外式或装入式(装入变压器或断路器内部)。6、电流互感器的选择结构类型和准确度的确定6、电流互感器的选择电流互感器准确级的确定，取决于二次负荷的性质。p0.2级用于实验室的精密测量、

14、重要的发电机和变压器回路及500kV重要回路；p二次负荷如果属一般电能计量，则电流互感器采用0.5级；p功率表和电流表可配用1.0级的电流互感器；p一般测量则可用3.0级。p如果几个性质不同的测量仪表需要共用一台电流互感器时，则互感器的准确级按就高不就低的原则确定。一般用于继电保护装置的电流互感器，可选5P或10P级(在旧型号中，则为B、C、D级)。此外还应按10误差曲线进行校验，以保证在短路时误差也不会超过10。在短路情况下，保护级的电流误差fi不应大于10，当短路电流I1=nIN时，fi达10，称n为10%额定一次电流倍数。n的数值与二次负荷阻抗Z2L的大小有关，二者之间的关系曲线称为电流

15、互感器10误差曲线结构类型和准确度的确定6、电流互感器的选择电流互感器的额定电压，应满足下列条件：UN UNS额定电流的选择及额定电流比的确定电流互感器一次绕组的额定电流I1N已标准化，应选择比一次回路最大长期电流Imax略大一点的标准值。当I1N确定后，电流互感器的额定电流比也随之确定，即为KiI1N/5。额定电压的选择6、电流互感器的选择电流互感器准确级确定以后，就能够查出保证其准确级的二次负荷Z2N，因此额定容量其中：r a、 rre 分别为二次侧回路中仪表和继电器的电流线圈电阻；rl 为连接导线电阻；rc为接触电阻，一般取0.1。二次回路连接导线截面积的计算6、电流互感器的选择2222

16、NNLSIZ2222NNNSIZ额定容量S2N应大于或等于二次侧所接负荷I2NZ2N，即2 LarelcZrrrr代入可得在满足电流互感器准确级额定容量要求下的二次导线的允许最小截面积为： clLSr二次回路连接导线截面积的计算6、电流互感器的选择2()cNarecLSZrrr连接导线计算长度连接导线计算长度Lc与互感器接线有关；如果电流互感器至测量仪表的距离为L1，当电流互感器采用单相接线时，Lc2L1；当电流互感器采用不完全星形接线时，则Lc L1；当电流互感器采用星形接线时，中性线上的电流很小，可取LcL1。为了保证连接导线的机械强度，要求导线的最小截面积不应小于1.5mm2（铜）。二次

17、回路连接导线截面积的计算6、电流互感器的选择2()cNarecLSZrrr3电流互感器接线的热稳定校验，应满足下列条件：其中：Qk 短路电流在短路作用时间内的热效应，kA2s；Kt 电流互感器热稳定倍数，即电流互感器1s热稳 定电流与一次线圈额定电流的比值，可从手册中查到。热稳定校验6、电流互感器的选择21()NtkIKQ电流互感器的动稳定校验包括两个方面的内容，即：内部电动力稳定性校验和外部电动力稳定性校验。(1)内部电动力稳定性校验对于复匝式电流互感器，应满足：其中：Kd 电流互感器动稳定倍数，可由手册查得。12NdshIKi动稳定校验6、电流互感器的选择(2)外部电动力稳定性校验相间相互

18、作用的电动力有可能使瓷绝缘的电流互感器损坏。外部动稳定应满足：Fp 作用于电流互感器端部的允许电动力，由制造厂家提供；L 电流互感器瓷帽端部至最近一个母线支持绝缘子之间的距离；a 相间距离，m；ish 短路冲击电流，A。210.173 2shpLFia动稳定校验6、电流互感器的选择按工作原理，电压互感器可分为：电磁式电压互感器电力变压器型，原理和普通变压器相似；适用于6kV110kV系统；价格贵，容量大，误差小（相对于后者）电容式电压互感器电容分压型；适用于110kV500kV系统；价格低，容量小，误差大（相对于前者）TAN1N2U2U1负载负载VWhTV电磁式电压互感器的工作原理、构造和连接

19、方法都和普通电力变压器相同。其主要区别在于电压互感器的容量很小，通常只有几十到几百伏安。1、电磁式电压互感器的工作原理和工作状态v一次绕组并联在一次回路中。一次绕组电压等于电网电压，不受二次回路负荷的影响；在大多数情况下，二次负荷是恒定的。v接在二次绕组的负荷是仪表和继电器的电压线圈，它们的阻抗很大，通过的电流很小，因此，电压互感器正常工作时，二次绕组接近于空载状态（即是说，运行中的电压互感器，二次绕组决不能短路）。此时，二次电压接近于二次电势，并决定于一次电压值。额定电压比1、电磁式电压互感器的工作原理和工作状态11221NuNUNKUNZ2Lr1x1I1r2x2r0 x0I2I0E2U2U

20、12、电磁式电压互感器的误差12011212212()()()UUIrjxIrrjIxx由于电压互感器存在激磁电流和内阻抗，所以产生误差。I0r102auU2I2I0U1bocjI0 x1I2(r1+r2)jI2(x1+x2)I0r102auU2I2I0U1bocjI0 x1I2(r1+r2)jI2(x1+x2)电压误差 fu：2、电磁式电压互感器的误差二次电压乘以额定电压比与实际一次电压之差占一次电压的百分比。211100 (%)uuK UUfUuo oo ao oo bfo ao a0() uuuloboddbfffo ao ad电压误差 fu：2、电磁式电压互感器的误差I0r102auU

21、2I2I0U1bocjI0 x1I2(r1+r2)jI2(x1+x2)d0 10101sincos uI rI xfU2122121221()cos ()sin ulIrrfUIxxU规定U2 超前U1时，u为正。通常u很小，有：相位误差u：2、电磁式电压互感器的误差0sinuuuulabo aI0r102auU2I2I0U1bocjI0 x1I2(r1+r2)jI2(x1+x2)0 10101cossinuI rI xU2122121221()sin ()cos ulIrrUIxxUI0r102auU2I2I0U1bocjI0 x1I2(r1+r2)jI2(x1+x2)相位误差u：2、电磁式

22、电压互感器的误差fu和u都由两部分组成：q与I0有关的fu0和u0是空载误差q与I2有关的ful和ul是负载误差2、电磁式电压互感器的误差00uuuluuulfffI0r102auU2I2I0U1bocjI0 x1I2(r1+r2)jI2(x1+x2)影响误差的因素q互感器本身的构造及材料内阻抗r1、x1、r2、x2空载电流I0q互感器的运行工况二次负载电流I2的大小二次负载的功率因数cos2一次侧电压U1的大小2、电磁式电压互感器的误差I0r102auU2I2I0U1bocjI0 x1I2(r1+r2)jI2(x1+x2)v电压互感器的准确级以电压误差fu来定义的。即：在规定的一次电压和二次

23、负荷变化范围内，二次负荷功率因数为额定值时，电压误差的最大值。（准确级越大，误差越大，精度越低）q测量用：0.2级 0.5级 1级 3级；保护用：3P、6P只有二次负载阻抗Z2L在一定范围内（大于某个值），才能保证电压互感器达到一定的准确级。同一台电压互感器工作在不同准确级时，可以带不同范围（下限值）的二次负载阻抗。3、准确级与额定容量v电压互感器的额定容量SN2是指对应于最高准确级下的容量(VA)。即：电压互感器在这种负荷容量下所引起的误差，不会超过这一准确级规定的数值。同一台电压互感器工作在不同准确级时，会有不同的额定容量，即可以带不同范围的额定二次阻抗。v 另外，按照电压互感器在最高工作

24、电压下长期工作允许发热条件，还规定有最大（极限）容量。3、准确级与额定容量2222/NNNSUZ(1)单相式和三相式35kV及以上电压等级不制造三相式，均为单相式电压互感器。(2)户内式和户外式35kV以下多制成户内式；110kV及以上电压等级则制成户外式；35kV电压互感器既有户内式也有户外式。4、分类与结构4、分类与结构(3)双绕组和三绕组三绕组电压互感器有两个二次绕组，一个是基本二次绕组，用于测量仪表和继电器；另一个称为附加二次绕组或开口三角绕组，用来反映系统单相接地。(4)按绝缘分为干式、浇注式、油浸式和瓷绝缘油浸式又分为普通结构和串级结构两种。335kV电压等级都制成普通结构，110

25、kV及以上电压等级的电压互感器才制成串级结构。(5) 串级式电压互感器如图为110kV串级式电压互感器内部结构图和接线示意图。4、分类与结构随着电压等级的升高，电压互感器一次绕组的绝缘需随之增强。串级式电压互感器的一次绕组分成匝数相等的几组，并在组与组的连接点上与铁芯相连，使铁芯与绕组之间可以采用分级绝缘。同时将铁芯与绕组装入充满变压器油的瓷箱中，从而可节省绝缘材料降低电压互感器成本。4、分类与结构(5) 串级式电压互感器平衡绕组的作用：同一铁芯的两个铁芯柱，由于位置不同，漏磁通路有差异，使两铁芯柱中磁通不等，此二铁芯柱上的两段线圈电压分布不均匀。为此，在同一铁芯的上下铁芯柱上绕有匝数相等，绕

26、向相同，方向对接的平衡绕组3，若两柱中磁通不等，在平衡绕组中产生平衡电流，使磁通大者去磁，磁通小者助磁，从而使两柱中磁通相等，两段线圈电压分布均匀。4、分类与结构(5) 串级式电压互感器如图为JSJW-10型电压互感器原理图和外形结构示意图。4、分类与结构(6) 三相五柱式电压互感器JSJW-10型电压互感器常用于320kV中性点不直接接地系统或经消弧线圈接地系统中。在这种系统中如果发生单相接地故障，则接地相对地电压为零，非接地相对地电压升高 倍。在这种情况下，五柱式的两个旁轭为产生的零序磁通提供了畅通的磁路，这就避免了普通电压互感器因零序磁阻太大导致电流过大而发热损坏。(6) 三相五柱式电压

27、互感器4、分类与结构3一次侧中性点不允许接地，只能测量线电压，不能测量相电压。(6) 三相三柱式电压互感器4、分类与结构电压互感器的型号含义4、分类与结构图(a)接线仅用于小接地电流系统（35kV及以下），只能测得线电压。图(b)接线只能用于大接地电流系统（110kV及以上），只能测量相电压。5、接线方式图(c)接线是由两台单相电压互感器组成的VV形接线（二次侧b相接地），可用来测量线电压，但不能测量相电压，广泛用于35kV及以下的电网中。5、接线方式图(d)所示为一台三相五柱式电压互感器接线。一次绕组接成星形，且中性点接地。基本二次绕组也接成星形，并中性点接地，既可测量线电压，又可测量相电压

28、。附加二次绕组每相的额定电压按100V/3设计，接成开口三角形，亦要求一点接地。正常时，开口三角形绕组两端电压为零，如果系统发生一相完全接地，开口三角形绕组两端会出现100V电压，供给绝缘监测继电器，使之发出一个故障信号（但不跳开断路器）。这种接线在335kV电网中得到广泛应用。5、接线方式图(e)为由三台单相三绕组电压互感器构成的Y0 /Y0 / 接线。用在小接地电流系统时二次绕组的额定电压为100V/3；而用在大接地电流系统中二次绕组的额定电压为100V。其目的是不管在那种系统中当发生一次系统一相完全接地时，在开口三角形绕组两端的电压均为100V。这种接线可用于小接地电流系统，也可用于大接地电流系统。但应注意两种情况下附加的二次绕组的额定电压不