南昌大学继电保护第二章互感器变换器.ppt

1、,电力系统继电保护原理,供用电技术教研室 杨 捷,2.2 变换器,作 用,1、电压变换器,铁心工作在磁化曲线的直线部分，电压变换器二次侧电压与一次侧电压的关系可近似表示为,要求：为减小误差要求励磁电流要小、连接负载要大、漏抗要小，铁芯工作在线性部分。,2、电流变换器,将一次侧电流变换为一个与之成正比的二次侧电压 。,当铁心不饱和时，输出电压波形基本保持一次侧电流的波形。,3、电抗变换器,电抗变换器是把输入电流直接转换成与电流成正比的电压的一种电量变换装置。,调相电阻，用于改变输入电流与输出电压之间的相角差。,开路,结论：电压超 前电流约,为了满足被保护线路不同阻抗角要求，需要通过调整输入电流与

2、输出电压间的相位。,措施,在 接入调相电阻 来实现。,转移阻抗 ，复常数。,调相电阻接入时,结论：只要适当选择调相电阻，即可调节相位。,电 抗 变 换 器 特 点,有较强抑制非周期分量的作用,铁芯的线性范围比电流变换器宽。,要求,输出电压与输入电流间呈线性关系，即转移阻抗为常数。,继电保护原理,刘学军 编制,第二章互感器及变换器,第二章互感器及变换器,第一节 电流互感器 第二节 电压互感器 第三节 变换器 第四节 对称分量滤过器 第五节 综合变流器,电流互感器,电压互感器,第二章互感器及变换器,本章基本要求 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

3、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。,第二章互感器及变换器,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

4、. 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,第一节 电流互感器,一、电磁式电流互感器的工作原理 二、电流互感器的误差 三、电流互感器的准确级与二次额定容量 四、电流互感器的极性和常用接线,一电流互感器的工作原理,1.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=IN1/IN2 WN2/WN1,W1,W2,2.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

5、磁势WlIm ，数值不大。,一电流互感器的工作原理,2.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。,一电流互感器的工作原理,运行中二次回路开路可能造成的后果,1.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。 2.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。

6、3.在铁心中产生剩磁，影响互感器的特性。,一、电流互感器的工作原理,电流互感器二次开路时 的变化曲线,一电流互感器的工作原理,二.电流互感器的测量误差,二、电流互感器的误差,误差 1变比误差 2相角误差,三.准确级与二次额定容量（负荷）,1.测量用电流互感器的准确级 在额定电流下所规定的最大允许电流误差的百分数来标称。标准的准确级为0.1、0.2、0.5、l、3和5级。供特殊用途的为0.2S及0.5S级。 （1）二次负荷在欧姆值为额定负荷值的25-100之间的任一值时，其额定频率下的电流误差和相位误差不超过限值。,三.准确级与二次额定容量（负荷）,（2）对于0.2和0.5级测量用电流互感器，在

7、二次负荷欧姆值为额定负荷值的25-100之间任一值时，其额定频率下的电流误差和相位误差不应超过限值。 （3）对于3 级和5 级，在二次负荷欧姆值为额定负荷值的50-100之间任一值时，其额定频率下的电流误差和相位误差不应超过限值。,2. 保护用电流互感器的准确级,按用途分为：稳态保护用和暂态保护用 （1）稳态保护：P、PR、PX 其中P类为准确限值规定为稳态对称一次电流下的复合误差的电流互感器；PR类是剩磁系数有规定限值的电流互感器；而PX类是一种低漏磁的电流互感器。,（1）稳态保护：P、PR、PX,P类及PR类电流互感器的准确级以在额定准确限值一次电流下的最大允许复合误差的百分数标称，标准准

8、确级为：5P、10P、5PR和10PR。 P类及PR类电流互感器在额定频率及额定负荷下，电流误差、相位误差和复合误差应不超过限值。,（2）暂态保护用：TP类,能满足短路电流具有非周期分量的暂态过程性能要求的保护用电流互感器称为暂态保护用电流互感器（TP类）。分为TPS级、TPX级、TPY级和TPZ级。,3.额定容量和额定二次负荷,额定容量S2N指电流互感器在额定二次电流I2N和额定二次阻抗Z2N下运行时，二次绕组输出的容量。 由于电磁式电流互感器的额定二次电流为标准值（5A或1A），为了便于计算，有些厂家常提供电磁式电流互感器额定二次阻抗Z2N。,TA的10误差曲线,保证电流误差不超过-10的

9、条件下，一次电流的倍数m(m=I1/IN1)与允许最大二次负荷阻抗Z2的关系曲线。,举例,额定容量 ，一般取 或1A，则 ，TA误差与 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,。,四、电流互感器的极性和常用接线方式,接线系数：,1、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。,（2-19）,电流互感器的减极性标示,当一次绕组加直流电压，电流从L1流入绕组时，二次绕组的感应电流从K1端流出。称为反极性标志,、电流互感器的接线方式,图 2-5 电流互感器的接线图

10、 (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，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

11、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,对完全星形接线及不完全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： 不完全星形接线的优点： 在小接地电流电网中，允许单相接地时继续短时运行，希望只切除一个故障点。,小接地电流电网，在图中并行线路的不同地点，不同相别发生两点接地短路时：,设并行线路WL2、WL3上保护具有相同时限，若采用完全星形接线，则百分之百切除两条线路，若采用不完全星形接线，则保护只有机会切

12、除一条线路，这正是不完全星形接线的优点。,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L2的K1点故障，而不切除线路L1，这样可以继续保证对线路L3供电。,如线路保护全部采用完全星形接线，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L2；若采用不完全星形接线，当L2上一点是B相接地时，则线路L2保护不能动作，只能由线路L1保护动作切除L1,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Yd接线变压器后两相短路时采用两种

13、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,Yd接线变压器后两相电路,图2-16 Y侧电流向量图,Yd接线变压器后两相电路,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。,10KV电流互感器结构实例,35KV电流互感器结构实例,35K

14、V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。,第二节 电压互感器一、电磁式电压互感器二、电容式电压互感器,第二节 电压互感器,一、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,一、电磁式电压互

15、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，并取决于一次电压值。,一、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,2、电磁式电压互感器的测量误差,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,一、电磁式电压互感器,图2-9电压互感器的等值电路和相量图,一、电磁式电压互感器,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； (

16、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。,一、电磁式电压互感器,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

17、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,220kV串级式电压互感器的原理接线图,当二次绕组开路时，线圈电位均匀分布，线圈边缘线匝对铁心的电位差为Uph/4（Uph=Uxg 为相对地电压）。 串级式结构可以大量节约绝缘材料和降低造价。,220kV串级式电压互感器中连耦线圈的作用,当二次接通负荷后，由于二次负荷电流的去磁作用，使未级

18、铁心内的磁通小于其它铁芯内磁通，从而使各单元感抗不等，电压分布不均，准确度会降低。,220kV串级式电压互感器中连耦线圈的作用,为了避免这一现象，在两铁心相邻的铁柱上绕有匝数相等的连耦线圈(绕向相同，反向对接)。这样，当某一单元的磁通变动时，连耦线圈内出现电流，该电流使磁通较大的铁心去磁，而使磁通较小的铁心增磁，达到各级铁心内磁通大致相等，各元件线圈电压均匀分布的目的。,220kV串级式电压互感器中平衡线圈的作用,在同一铁心的上、下铁柱上，还设有平衡线圈(绕向相同，反相对接)，其作用与连耦线圈相似，借助平衡线圈内电流，使两柱上的磁势得到平衡。,二、电容分压式电压互感器,电容分压式电压互感器（C

19、TV）用于110500kV中性点直接接地系统，它是利用分压原理实现电压变换的，用超高压电容和一个电磁式电压互感器将电容分压输出的较高电压进一步变换成二次额定电压，并实现一次电路与二次电路隔离。 1.工作原理 2.电磁式和电容分压式电压互感器的接线 3.对电压互感器接线的要求,1.电容分压式电压互感器工作原理,UC2= KU1 = 其中：K分压比， K= U1装置的相对地电压,改变C1和C2的比值，可得到不同的分压比。,电容分压式电压互感器的原理接图,图2-11 电容分压式电压互感器的原理接线图,原理接线图中各元件的作用,L补偿电抗，可补偿电容分压器的内阻抗 。 TV 中间变压器，将测量仪表经中

20、间变压器TV后与分压器连接，减小分压器的输出电流以减少误差。 rd阻尼电阻，在TV付边单独设置一只线圈，接入阻尼电阻rd，用以抑制铁磁谐振过电压。,原理接线图中各元件的作用,CK 补偿电容器，用来补偿电磁式电压互感器TV的磁化电流和付边负荷电流的无功分量，亦能减小测量装置的误差。 P1放电间隙，用以保护TV的原绕组和补偿电抗器L，防止因受二次侧短路所产生的过电压而造成的损坏。,利用补偿电抗减小测量误差的原理,电容分压器简化成的有源一端口网络如图所示。内阻抗Z1为电源短路后，自a和b两点所测得的入端阻抗。其大小为： Z1 = 当接通负荷后，负荷电流将在Z1上产生压降，使Uc2降低。,利用补偿电抗

21、减小测量误差的原理,在a和b回路中加入一电感L,则内阻抗变为： 当 输出电压Uc2与负荷无关。,电容式电压互感器的暂态误差及改进措施,2-14 采用运算放大器的电容式电压互感器,电容式电压互感器的暂态误差及改进措 施,电容式电压互感器在暂态过程中，存在衰减时间较长的电压自由震荡分量和直流分量，衰减时间长达数十毫秒，使快速保护延迟，甚至造成误动作。为适应快速保护和其它控制设备要求，可以在电容式电压互感器中增设一个快速响应回路。如图2-14所示。,电容式电压互感器的特点,供110kV级及以上中性点直接接地系统测量电压之用 优 点： （1）除作为电压互感器用外，还可将其分压电容兼做高频载波通讯的耦合电容； （2）电容分压式电压互感器的冲击绝缘强度比电磁式电压互感器高；,电容式电压互感器的特点,（3）体积小，重量轻，成本低； （4）在高压配电装置中占地面积很小。 缺 点： 误差特性和暂态特性比电磁式电压互感器差，输出容量较小。,2.电磁式和电容式电压互感器的接线,（1）单相电压互感器：测量任意两相之间的线电压,（2）两只单相电压互感器