发电厂电气部分-发电厂电气部分-电气设备的原理和选择.ppt

《发电厂电气部分-发电厂电气部分-电气设备的原理和选择.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发电厂电气部分-发电厂电气部分-电气设备的原理和选择.ppt（206页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、发电厂电气部分,东南大学电气工程学院,主要电气一次设备原理,3.1 电弧的基本理论 3.2 高压开关电器 3.3 互感器 3.4 限流电器 3.5 其它高压电器 3.6 电气设备选择,3.1 电弧的基本理论,电弧是电力系统及电能利用工程中常见的物理现象。 随处可见的电弧焊接机是利用电弧产生的高热能进行焊接的 电力设备，电弧炼钢炉也是利用电弧的大型用电设备。 但是，对于电力系统中的开关电器，当开断有电流通过的电 路时，在断开的触头间也会产生电弧。显然，开关电器中的 电弧是不希望产生的，要求尽快地熄灭。在高电压大电流 下，快速熄灭电弧有一定困难，因此电弧的产生对电力装置 的正常操作与安全运行带来不

2、利影响。 学习中，要着重理解其物理概念。电流从金属导体(触头)通 过空间气体、导电体,从而产生弧光放电现象，电弧的电特性与金属导体的电特性有很大差异。随着电弧的产生与熄 灭，触头间的空间气体将由绝缘体向导电的等离子体转化， 继而由等离子体向绝缘体转化、转化中电能热能的转换 起着重要的作用。,教 学 内容,掌握电弧的形成及熄灭条件 熟悉电弧形成的物理过程、特性 掌握交流电弧的特性及熄灭条件 掌握开关电器常用的熄弧方法,3.1.1 电弧的形成和维持,强电场发射 热电子发射,碰撞游离,温度,热游离,电弧,下节,触头刚分离时，由于间隙很小，其间形成很高的电场强度，当电场强度超过10万伏cm时，阴极触头

3、表面的自由电子在强电场力的作用下，被拉出金属表面，这种靠电场力的作用将自由电子拉出而进入空间的现象称为强电场发射。,返回,阴极表面温度较高时，热能可以使金属 表面的自由电子获得足够的动能，发射到四周 空间，这种现象称为热电子发射。在开关触头 开始分离时，触头间的接触压力和接触面积减 小，接触电阻增大，从而使接触表面剧烈发 热，局部温度很高，使此处自由电子获得动能 发射出来。由于阴极触头表面电子的上述两种 发射，使阴极附近出现了少量自由电子，这就 是开关触头刚分离时发生的现象。,返回,碰撞游离形成电孤 从阴极表面发射出来的自由电子，在触头间电场 的作用下获得加速度，从而积累起动能，当这些具 有一

4、定数量动能的电子撞击到间隙中的气体中性质 点时(原子或分子)，将其能量传递给中性质点，使 其外层电子受到激发跳出原子壳层，成为自由电 子，原中性质点成为正离子， 这种游离过程称为碰撞游离。,返回,电弧产生后，由于电源不断地输送能量，弧柱的温度 很高，此时，弧柱中的气体介质的原子和分子产生强 烈的分子热运动，具有较大的热分子动能，它们之间 不断地发生碰撞，互相传递能量，其结果使原子或分 子游离成为正离子和电子，此即所谓热游离。 电弧形成以后，弧隙电导很大，孤隙电压和电场强度 很低，碰撞游离大大减小或停止。但是，由于电弧温 度很高，此时的主要游离形式为热游离，气体介质已 成为离子浓度很高的等离子体

5、。,返回,3.1.2 电弧熄灭的物理过程 电弧为什么能稳定燃烧。这是由于弧隙中不但进行着游离过程，同时还进行着去游离过程。去游离过程是指自由电子和正离子相互吸引而中和的过程。在稳定燃烧的电弧中，一定的弧温之下，新增加的离子数与电子、正离子的中和数相等，使弧隙正负离子总数保持恒定， 电导不变，从而达到平衡。如果去游离的强度大于游离的强度，弧隙等离于体中的导电离子数减少，电导下降。电弧将愈来愈小，弧温下降，致使热游离下降或停止，最终导致熄灭。 去游离由于复合和扩散使带电质子减少的过程。 去游离方式有2种： 复合：正负离子相互吸引，彼此中和。 扩散：弧柱中的带电质点由于热运动逸出弧柱外 浓度扩散、温

6、度扩散。,介质的游离作用电弧产生 介质的去游离作用电弧熄灭 当 游离去游离电弧电流 当 游离=去游离电弧电流不变（稳定燃烧） 当 游离去游离电弧电流（熄灭）,3.1.2 直流电弧的熄灭方法,灭弧的途径： （1）增高弧隙的静态伏安特性 （2）增大回路电阻或减小电源电压 熄灭方法: 1.拉长电弧 2.开断电路时在电路中逐级串入电阻 3.在断口上装灭弧栅 4.冷却电弧 减小直流电弧熄灭时过电压的方法(a)并联电阻法;(b)并联RC支路法;(c)并联整流二极管法,3.1.3 交流电弧的特性及熄灭,1 交流电弧特性 交流电路中产生的电弧叫交流电弧。交流电弧的特点是。电弧电压和电弧电流的大小和相位都是随时

7、间作用期性变化的，一周期内有两次过零值。当电流过零时，电弧自动熄灭，而后随着电压的增大，电弧又重新点燃。,图3-1 交流电弧的伏安特性曲线,2 交流电弧的熄灭,（1）弧隙介质电强度的恢复过程ud: ud弧隙介质能够承受而不至使弧隙去穿的最小电压 。 过程：电流过零前，很高，弧隙为良导电通道 电流过零前后，具有一定抗电强度 电流过零后，恢复不是从零开始 近阴极效应：电流极性改善后的瞬间。 （2）弧隙电压的恢复过程ur: ur电压由熄弧电压恢复到电源电压的过程 过程：电流过零前，很小，电源电压大部分降落在线路或负载的阻抗上 电流过零时，电弧熄灭，最后变为绝缘介质，电源电压使全部加 在弧隙上。,3

8、交流电弧的熄灭条件：,4 交流电弧的灭弧方法,（1）提高触头的分闸进度 迅速拉长电弧，E，冷却与扩散 （2）采用多断口灭弧 拉长迅速，行程， 灭弧时间提高了灭弧能力。 多断口使电弧的总长度加长、从而导致弧隙电导下降，使每 个断口的行程缩短，可以加快触头的分离速度，促使弧隙电导迅 速下降，减少了能量的输入，所以介质强度恢复得快。另一方 面，加在每一断口上的电压减小数倍，孤隙恢复电压幅值和恢复 速度均降低了。这些都明显地加快了熄灭电弧的过程。 （3）吹弧加强冷却和扩散 横吹将电弧吹弯吹长 纵吹将电弧吹细,（4）利用固体介质的狭缝狭沟灭弧 冷却， 表面吸附电子，加强复合。 如：介质纵缝灭弧罩 介质填

9、料灭弧管 （5）利用短弧原理灭弧 交流电路：电流自然过零时，每一短弧有150250V电压。,（6）磁吹利用电磁力驱动和拉长电弧至固体介质灭弧罩或金属栅灭弧罩中 （7）高压气体介质灭弧 碰撞游离，复合 （8）真空灭弧 碰撞游离，热游离，扩散,小结,开断电路时，断路器触头间产生的电弧是触头分离瞬间产生的 空间放电现象，电弧形成以后，孤隙空间成为电导不断变化的 等离子体空间，如果弧隙等离子体完成了向绝缘体的转化，电 弧即熄灭。从触头开始分离到电弧形成有一个演变过程，其 后，由电弧等离子体向绝缘体转化，从而使电弧熄灭也有一转 化过程。 触头刚刚分离时，由于高电场和阴极炽热点的存 在，产生电子的强电扬发

10、射和热电子发射，使间隙有少量自由 电子，它们在电场作用下，向阳极作加速运动时撞击中性质 点使其游离为电子和正离子，快速连续发生的碰撞游离，随即 发展为雪崩式放电。电弧中心区温度可高达l0000K，因而导致 热游离的进行，向弧隙提供了更多的导电离子，电导加大，使 电弧得以持续燃烧。电弧能持续稳定燃烧说明弧隙游离与去游 离处于平衡状态，弧隙保持了一定的电导。,游离和去游离是弧隙中同时进行着的性质相反的物理过程。当 游离占优势时，电弧就发生、维持燃烧；当去游离占优势 时电弧就趋于熄灭。加强去游离即可加速电弧的熄灭。 电弧特性主要用伏安特性表示，其伏安特性有明显的非线性特 性，这是由于弧隙复杂的电、热

11、相互转换的物理过程所致。通 过伏安特性及波形变化(交流电弧的电流、电压波形)，可以方 便地研究电弧的熄灭原理和过程。 直流电弧的熄灭是基于将稳定工作点向电流减小的方向移 动的原理。为此，应迅速地拉长电弧，使弧隙电压加大，弧温 降低，热游离下降，去游离加强， 电弧伏安特性则不断上 移，最后进入不稳定区，促使电弧熄灭。,交流电弧电流每10 m s(半个周波)要通过一次零值，此刻电源停 止向弧隙输送能量，热游离减弱，去游离加强，所以交流电弧 比直流电弧容易熄灭。交流电弧能否熄灭，要看电流达到零值 及以后的短时间内，弧隙介质强度恢复得是否足够高，并且始 终超过弧隙电压的恢复水平。为作到达一点，必须对弧

12、柱加强 冷却，抑制热游离的进行，加强去游离过程，以便提高介质强 度的恢复速度和水平。另一方面，也应设法降低弧隙电压的恢 复速度和水平。 触头间接入并联电阻可以使电路不发生高频振荡、恢复电 压上升速度和水平均显著降低。断路器中开断电弧要经过 起弧数次重燃最后熄灭的过程才能完成。 六氟化硫气体介质的应用给提高断路器的开断能力提供了 新的途径并得到了迅速发展。高压断路器采取多断口和吹弧 灭弧室等措施，提高了灭弧能力。低压开关易采用近阴极效应 的原理、装没灭弧栅灭弧。,习题及思考题,1碰撞游离和热游离的产生条件是什么?为什么电弧能稳定地燃烧？ 2为什么金属蒸气的游离电位低? 3真空中产生电弧的特点是什

13、么? 4直流电流迅速降为零时，电弧伏安特性怎样变化？ 5交流电弧特性为何用电流及电压波形图描述? 6解释直流电弧的熄灭原理。 7交流电弧的特点是什么?为何会重燃? 8弧隙电压恢复的含义是什么：怎样降低弧隙电压恢复的上升速度 9弧隙介质强度的恢复合义是什么?怎样提高它的上升速率? 10熄灭交流电弧的条件是什么?,3.2 高压开关电器,开关电器的分类 高压开关 、低压开关 户内 、户外 既能开断正常工作电流又能开断故障电流断路器 只开断电压隔离开关类 能开断正常工作电流和过电流负荷开关类 只能开断故障电流熔断器,3.2.1 高压断路器,1 高压断路器 （1）高压断路器的功能 正常工作时开断与闭合电

14、路； 配合继电保护装置，自动开断电网中的短路故障； 在跳闸后能够自动重合闸。,工程图中符号,（2）高压断路器种类,多油断路器：利用绝缘油作为灭弧介质、相间及相对地绝缘介质。 少油断路器：绝缘油只作灭弧介质。载流部分是借空气和陶器绝缘材料或有机绝缘材料来绝缘，灭弧方式多为横向吹动电弧。 空气断路器：利用压缩空气的吹动来熄灭电弧的。和控制断路器的分合阐动作。 SF6断路器：用SF6气体作绝缘和灭弧介质。 磁吹式断路器：当电弧电流通过吹弧线圈以产生磁束来吹弧及消弧。 真空断路器：利用真空灭弧和绝缘，灭弧时间一般只有半个周波。,（3）断路器的分类,- / 型号特征 S少油断路器 额定断流容量，MVA

15、D多油断路器 额定电流，A K空气断路器 派生标志 Q气动断路器 C带有手车装置 Z真空断路器 G改进型 L六氟化硫断路器 D带有电磁操作结构 C磁吹断路器 、断流容量 安装条件 N户内 额定电压，kV W户外 设计序号,2 高压断路器的基本参数 (1)额定电压 高压断路器的额定电压反映了相间、相对地以及触头间隙的绝缘水平，在此电压下断路器可以长期正常工作，额定电压是指线电压。 (2)额定电流 高压断路器的额定电流是在规定条件下长期允许通过的电流，即高压断路器长期通过此电流时，断路器的各部分均不会超过长期允许发热温度。 额定电流的国家标准有200、400、600、1000、1500、2000、

16、3000、4000、5000、6000、8000、10000A等。 （3)额定开断电流 这是一个表明断路器熄灭电弧能力的技术参数。在额定电压下，高压断路器能可靠开断的最大电流，称为额定开断电流Iekd。在低于额定电压下运用时，其开断电流可以高于Iekd ，但有一极限值称其为极限开断电流。 (4)额定开断容量身Sekd 因为断路器的开断能力不但取决于被开断的电流值，还与工作电压有关，所以用三相额定开断容星表征开断能力最为全面，额定开断容量：,(5)热稳定电流 热稳定电流表明断路器耐受短路电流热效应能力的参数，当 这电流通过高压断路器时，在规定时间内，其载流部分不 会超过短时允许发热温度。显然其指

17、标应为 It为通过时间t的热稳定电流。通常，国家规定的标推时间为 4s，其相应的热稳定电流即等于断路器的额定开断电流，即 (6)动稳定电流 动稳定电流是表明高压断路器在冲击短路电流作用下，承 受电动力能力的参数，它由高压断路器裁流部分和绝缘等支承 部分的机械强度决定。它的指标为瞬时最大电流值，如果流过 的电流超过此值，产生的相应电动力将使断路器损坏。,(7)分闸时间 分闸时间是指从分闸命令发出，使断路器操动机 构的跳闸线圈通电、动作，直到高压断路器三相触头 电弧完全熄灭为止所经历的全部时间。它是断路器的 固有分闸时间与燃弧时间之和。固有分闸时间是指断 路器接到分闸命令到触头刚刚分离的一段时间，

18、燃弧 时间是指从触头分离到三相电弧均熄灭的一段时间。 这是高压断路器动作性能的一个重要指标。显 然，分闸时间愈短愈有利，所以提高电力系统稳定 性，减小短路电流对电气设备的损坏。分闸时间在 0.08s以下的断路器为高速断路器，分闸时间在 0.08一0.12s的断路器为中速断路器，分闸时间在 0.12s以上的断路器为低速断路器。220kV及以上断路 器均应是高速断路器。,(8)合闸时间 自合闸命令发出到断路器的主触头已可靠接触的一段 时间，称为合闸时间。 (9)自动重合闸性能 架空稳电线路发生的短路故障，大多数为雷击等 暂时性故障，短路被切除以后，发生故障的部位马上 复原，故障因素即已消除。为提高

19、供电可靠性和电力 系统稳定性，输电线路均装有自动重合闸装置。当线 路发生短路故障时，继电保护装置动作使断路器跳 闸，经很短时间(0.5s)后自动重合闸。如果系持久性 故障，继电保护将使断路器再度跳闸，这就是说，断 路器可能遇到在很短时间内连续两次开断较大的短路 电流。这是断路器最恶劣的工作情况，此时断路器应 足以能承受这一动作循环。,3 断路器按其所采用的灭弧介质，可分为下列几种类型： （1）油断路器：采用变压器油作灭弧介质的断路器，称 为油断路器，如断路器的油还兼作开断后的绝缘和带电部分与接地外壳之间的绝缘介质，称为多油断路器；油仅作为灭弧介质和触头开断后的绝缘介质，而带电部分对地之间的绝缘

20、介质采用瓷或其他介质的，称为少油断路器。主要用在不需频繁操作及不要求高速开断的各级电压电网中。,少油式断路器 具有用油量少、体积小、结构简单、节省钢材、防火防爆的特点，但检修周期短，在户外使用时，受大气条件影响大，而且配 套性差。 以SN10-10I型为例： 组成： 导电回路上出线座静触头座 瓣形触头 动触头导电杆 动触头下出线座 灭弧系统纵横吹灭弧室 （纵横油气吹+机械油吹） 逆止阀：电弧形成后分解油，逆止阀钢 球上推堵住回油孔，形成密闭燃弧， 使内腔压力升高 油气分离器： a.避免灭弧室完全封死，压力过高 b.避免直接将炽热的带有大量电子 和离子的油气混合物排出箱外， 1-油气分离器 2-

21、上出线座3-灭弧室 引起自燃和设备绝缘闪络。 4-绝缘筒 5-动触头杆6-紫铜滚轮 传动机构：主轴、分相轴、操动轴 7-下出线座8-塞杆 9-基座 10-主轴框架：依靠两个支持绝缘子将各相与 11-绝缘拉杆 12-分闸弹簧 地绝缘 13-瓣形静触头,SN10-10型少油断路器灭弧原理示意图 1静触头 2吸弧铁片 3横吹灭弧沟 4纵吹油囊 5电弧 6动触头,高压少油断路器,SF6断路器用SF6气体作为灭弧介质。SF6气体是理想的灭弧介质，它具有良好的热化学性与强负电性。 （a）热化学性，即SF6气体有良好的热传导特性 由于SF6气体有较高的导热率，电弧燃烧时，弧心表面具有很高的温度梯度，冷却效果

22、显著，所以电弧直径比较小，有利于灭弧。同时SF6在电弧中热游离作用强烈，热分解充分，弧心存在着大量单体的S、F及其离子等，电弧燃烧过程中，电网注入弧隙的能量比空气和油等作灭弧介质的断路器低得多。因此，触头材料烧损较少，电弧也就比较容易熄灭。,（2）SF6断路器,（b） SF6气体的强负电性 就是这种气体分子或原子生成负离子的倾向性强。由电弧电离所产生的电子，被SF6气体和由它分解产生的卤族分子和原子强烈的吸附，因而带电粒子的移动性显著降低，并由于负离子与正离子极易复合还原为中性分子和原子。因此，弧隙空间导电性的消失过程非常迅速。弧隙电导率很快降低，从而促使电弧熄灭。,SF6断路器的灭弧室结构

23、1静触头 2绝缘喷嘴 3动触头 4绝缘筒 5压气活塞 6电弧,（2）SF6断路器,SF6断路器,LW15-363GCBP,SF6断路器的优缺点 断口耐压高 允许开断次数多 开断性能好 占地面积小 加工精度高，密封性能好，对水分子与气体的检测要求严格,（3）真空断路器,真空断路器的灭弧原理 真空断路器应用真空作为绝缘和灭弧介质。断路器开断时，电弧在真空灭弧室触头材料所产生的金属蒸气中燃烧，简称为真空电弧。当开断真空电弧时，由于弧柱内外的压力与密度差别都很大，所以弧柱内的金属蒸气与带电质点会不断向外扩散。弧柱内部处在一面向外扩散，一面处于电极不断蒸发出新质点的动态平衡中。随着电流减小，金属蒸气密度

24、与带电质点的密度都下降，最后在电流接近零点时消失，电弧随之熄灭。此时，弧柱残余的质点继续向外扩散，断口间的介质绝缘强度迅速恢复，只要介质绝缘强度的恢复速度大于电压恢复上升速度，电弧最终熄灭。,引进技术并国产化的产品，如ZN12-12、 ZN18-12、 ZN21-12、 ZN67-12分别是引进西门子3AF、日本东芝公司VK、比利时EIB公司产品和日本三菱电机VPR型真空断路器等。 在借鉴国外同类产品的基础上开发的产品，如ZN63-12和ZN65-12分别效仿ABB的VD4和西门子的3AH。 自行设计的产品，如ZN15-12、ZN28-12、ZN30-12等。,国内生产的真空断路器归纳起来大致

25、可分为三类：,（3）真空断路器,ZN28A-12型户内式和ZW32-12型户外式真空断路器,国产ZN28系列断路器,ZN2812手车式户内交流高压真空断路器是三相交流50Hz,额定电压为12kV的户内高压电器设备，主要用于中置式开关设备中使用。可供工矿企业、发电厂、变电站中作电器设备的保护和控制之用。适用于频繁操作的使用场所,真空断路器,真空断路器,3.2.2 隔离开关（QS） 1、QS的作用 隔电保安 倒闸操作：等电位操作 切投小电流电路：保证电弧能可靠自行熄灭 2、QS的特点 触头暴露在空气中；有明显、清晰可见的断开点 没有专门的灭弧装置不能切断Ig及Id QS应与QF配合使用满足“隔离开

26、关先通后断”原则 （ 即：合闸时，QS先QF后；分闸时，QF先QS后） QS分闸时，应有明显可见的断口 QS合闸时，应能可靠地通过Igmax及Idmax通过时满足动热稳定,工程图中符号,3 主要技术参数 （1）额定电压。额定电压是指隔离开关能承受的正常工作线电压。目前，我国电力系统中隔离开关采用的额定电压等级为（10KV、35KV、66KV、110KV、220KV、330KV、500KV)。 （2）额定电流。额定电流是指隔离开关可以长期通过的工作电流。隔离开关长期通过额定电流时，其各部分的发热温度不超过允许值。我国规定额定电流为：200、400、630、（1000）、1250、1600、（15

27、00）、2000、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A,高压隔离开关用于以下两种场合： (1)用来进行倒闸操作。例如，发电厂与变电所的电气主接线为双母线时相连接的隔离开关(母线隔离开关)将被用来进行倒换母线的操作。 (2)开、合无电流或微小电流的电路。如开、合电压互感器、避雷器电路，或切、合母线和直接与母线相连设备的电容电流。此外，还可以用来切、合励磁电流小于2A的空载变压器(35kV级小于1000kVA，110kV级小于3200kVA)，以及电容电流不超过5A的空载线路(10kV架空线路长度小于5km，35kv架空线路长度小于10

28、km)。 隔离开关在正常情况下应保证工作可靠接触良好，触头不过热，绝缘良好，通过短路电流时，在短时发热与电动力作用下不致被损坏。隔离开关的基本参数有额定电压、额定电流、热稳定电流和动稳定电流。 再次强调指出，隔离开关在任何情况下均不允许切、合负荷电流和短路电流，并应设法避免可能发生的误操作。,隔离开关,隔离开关,隔离开关,500kV隔离开关,3.2.3 高压负荷开关,用于开合负载电流及过载电流的开关电器， 具有 一定的灭弧能力，常与熔断器配合使用。 负荷开关特点： 1）具有可见断点 2）有简易灭弧装置，可以切断负荷电流 3）具有保护功能，如过负荷保护，但不能切断短路电流 4）与高压熔断器配合使

29、用，可起到切断短路电流的作用 负荷开关的作用： 在10kV回路中，可以作为小容量变压器的进线开关、电力电容器的主开关、电压互感器的主开关。,工程图中符号,3.3 互感器,互感器的作用,将一次侧的高电压大电流变换成二次侧的标准的低电压、小电流，使二次侧装置标准化、系列化。 将二次侧与高电压隔离，保证设备和人身安全。 使二次侧可以使用低压小截面控制电缆传送电压、电流信号。,3.3.1 电流互感器,工程图中符号,电流互感器原理图,1 电流互感器的结构特点,电磁式电流互感器工作原理与变压器相同 。 合成磁动势 电流互感器结构特点： 一次侧匝数很少，二次侧匝数多。 正常工作时，二次侧负荷阻抗很小，接近短

30、路状态。 一次侧与被测回路串联，二次侧绕组与仪表电流线圈串联。,2 电流互感器的误差,电流误差 ：电流误差为二次电流测量值和额定互感 比的乘积kI2与实际的一次电流I1之差,如上图所示：CT的误差主要来自于互感器本身的励磁电流，一次电流中有一 部分流入励磁支路而不变换至二次侧。CT误差包括比差和角差。,角误差 ： 转角180的二次电流相量İ2与一次电流相量İ1的夹角，称为角误差并规定 İ2超前于İ1时，角误差为正值，反之为负值。为İ1与İ2 之间的夹角。 电流互感器的误差与互感器铁心材料、结构、一次 侧电流、二次侧负载等因素有关（详细见6-13）。,3 电流互感器的准确度级和额定容量,准确度级

31、 ：电流互感器有0.2、0.5、1、3、5、D、B、P等准确度级，可供不同的测量和保护场合使用。 不同准确度级的电流互感器有不同的额定二次负荷。 电流互感器的额定容量 电流互感器的额定容量系指电流互感器在额定二次电流和额定二次阻抗下运行时，二次线圈输出的容量。 一般I2N=5A（或1A），因此S2N=25Z2N。在电流互感器的使用中，二次连接及仪表电流线圈的总阻抗不超过铭牌上规定的额定容量（伏安数或欧姆数）时，才能保证它的准确性。,4 电流互感器的运行注意事项,电流互感器在运行中、如果二次侧开路，则二次侧的去磁磁势I2N2为零而一次侧磁势仍为I1N1不变它将全部用来激磁，激磁磁势较正常I0N1

32、增大了许多倍，引起铁芯中磁通急剧增加而达到饱和状态，致使磁通的变化波形呈平顶波。如图曲线为电流互感器二次侧开路时磁通的变化波形。由于二次绕组感应电势与磁通变化率d/dt等于成正比，所以在磁通值过零瞬间，二次绕组产 生很高的尖顶波电势其值可达 数千伏甚至更高，从而危及人身 及设备的安全。因此运行中的 电流互感器不许开路。同理，电 流互感器的二次侧也不允许装设 熔断器。 在运行中，如果需要将仪表或 继电器从电流互感器回路断开(例 如作试验) 通过试验端子先将电 流互感器二次绕组短接、再断开 仪表或继电器；,（1）电流互感器二次侧有一端应可靠接地。 （2）二次侧必须有一端接地。防止一、二次侧绝缘损坏

33、，高压窜入二次侧，危及人身和设备安全； （3）接线时要注意极性。电流互感器一、二次侧的极性端子，都用字母表明极性。 （4）一次侧串接在主电路中，二次侧绕组与继电器或测量仪表的电流线圈串接。,5 电流互感器二次接线方式,110电流互感器,35电流互感器,低压电流互感器,3.3.2 电压互感器,电磁式电压互感器工作原理与电力变压器相同。 1 结构类型： 电磁式（包括普通的电磁式电 压互感器，及串级式电压互感器）； 电容分压式； 2 运行注意事项： 电压互感器工作时，二次侧 有一端必须可靠接地，运行中二 次侧不允许短路。,工程图中符号,误差的定义： 在额定频率、80%-100%额定电压间，二次负荷为

34、25100额定负荷，功率因数为0.8的情况下，误差限值应在下表范围,3 电压互感器误差和准确级,测量误差： 电压误差 角误差：旋转180的二次电压相量 与一次电压相量 之间的夹角 ，并规定 超前于 时相位差 为正， 反之为负。 电压互感器测量误差与空载电流、二次负载等因素有关。 准确级： 电压互感器的准确级用最大允许误差表示。有0.1、0.2、0.5、3、3P、6P等准确级，分别用在不同的测量与保护场合。,三相三柱式电压互感器,三相三柱式电压互感器，为了避免电网单 相接地时，因零序磁通磁阻过大，致使过大 的零序电流烧坏互感器。所以，三相三柱式 电压互感器的一次侧中性点不引出，不接地 这种电压互

35、感器只用作测量线电压。,三相五柱式电压互感器示意图,中性点不接地的电网发生单相接地时，可以继续运行但需要监测各相对地的绝缘情况，随时测量各相对地电压，为此电压互感器一次侧中性点必须接地；避免发生上面问题的办法是将电压互感器作成五铁芯拄式，零序磁通可通过磁阻很小的两个边柱形成回路，一次侧电 流减小到正常值，因 此在610kv电网中多 采用于相五柱式电压 互感器。,单相串级式电压互感器,110kV及以上各电比级的电压互感器多采用单相串级式结 构。其特点是将绕组和铁芯分成几个部分，并采用分级绝缘， 每一级均处于一部分电压作用之下，以节省绝缘材料。 图421所示为110kV串级式电压互感器原理图。一次

36、绕组分成 匝数相等的两部分分别装在上下两个铁芯柱上并相互串联， 中间连接点与铁芯相连。 正常运行时，一次绕组的 两端与铁芯间的作用电压 均为相电压Ux的一半，所 以绕组与铁芯间的绝缘只 需按Ux2设汁。铁芯对地 的绝缘也要按Ux2考虑， 铁芯由绝缘支撑体与底座 绝缘。,1 铁芯、2一次绕组，3平衡绕组，4二次绕组,当二次绕组与测量仪表接通后，二次绕组电流在下 面铁芯柱中产生去磁作用的磁通，由于二次绕组只 装在下面铁芯柱上，因漏磁不同，使上下铁芯柱内 的总磁通不一样，从而使上下两绕组的感应电势也 不相等，电压分布不均匀，准确度降低。改善的 办法是在上下铁芯柱上加装匝数相等而极性相反的 平衡绕组，

37、并接成环路。当上下铁芯补柱内的磁通 不相等时，平衡绕组中的电势差产生环流，使磁通 较多的上铁芯什去磁，磁通较少的下铁芯柱加磁， 于是绕组的电压分布趋于均匀，提高了测量的准确 度。,4 电容式电压互感器的工作原理,随着电力系统输电电压的增高，电磁式电压互感器的体积越来越大，成本随之增高，普遍采用电容式电压互感器。 电容式电压互感器实 质上是一个电容分压器， 在被测装置的相和地之间 接有电容 和 ，按反 比分压， 上的电压为,电容式电压互感器原理接线图,电容式电压互感器误差,电容式电压互感器的误差是由空载电流、负载电流以及阻尼器的电流流经互感器绕组产生压降而引起的，其误差由空载误差 、 ，负载误差

38、 、 和阻尼器负载电流产生的误差 、 等几部分组成，即 电容式电压互感器的误差除受一次电压、二次负荷和功率因数的影响外，还与电源频率有关。 电容式电压互感器用于110500kV中性点直接接地系统。,5 电压互感器二次接线方式,110电压互感器,110电容式电压互感器,低压电压互感器,六、光电互感器,光电互感器指输出为小电压模拟信号或数字信号的电流电压互感器。由于模拟输出的光电互感器仍存在传统互感器的一些固有缺点，现在发展的高电压等级用光电互感器一般都用光纤输出数字信号。光电互感器与传统互感器外形相似，但体积小，重量轻，主要由传感头、绝缘支柱和光缆三部分组成。传感头部件有罗科夫斯基线圈、采集器、

39、A/D转换器和光发生器LED。工作原理是由罗科夫斯基线圈从一次传变信号，采集器采样后，AD转换器转换为数字信号，由LED转换为光信号，通过光缆送回主控室。,光电互感器可分为两种型式。一种是用磁光效应和电光效应直接将电流电压转变为光信号，一般称无源式；另一种是用电磁感应或分压原理将电流电压信号转变为小电压信号，再将小电压信号转换为光信号传输给二次设备，一般称有源式。无源式由于存在稳定性和可生产性较差、电子回路复杂等问题，现在主要处在实验室阶段，推广运用还有待时日。有源式的难点是提供高压端需要的工作电源，但随着激光供能和高压取能技术的突破，已得到根本上的解决。光电互感器传感头部件的能量来源有两种途

40、径。一是从一次取能，由能量线圈感应出电流来提供能量；当一次电流太小，不足以提供能量时，使用能量光缆，由户内激光发生器通过光缆上送能量。两种方式可互为备用，自动切换。,光电互感器有明显的优点：（）在高电压、大电流的测量环境中，光纤或光介质是良好的绝缘体，它可以满足高压工作环境下的绝缘要求； （）没有传统电流互感器二次开路产生高压的危险，以及传统充油电压、电流互感器漏油、爆炸等危险； （）不会产生磁饱和及铁磁共振现象，它尤其适用于高电压、大电流环境下的故障诊断； （）频带宽，可以从直流到几百千赫，适用于继电保护和谐波检测； （）动态范围大，能在大的动态范围内产生高线性度的响应； （）适应了现在电力

41、系统的数字化信号处理要求，它还可用于以保护、监控和测量为目的高速遥感、遥测系统；（）整套测量装置结构紧凑、重量轻、体积小； （）各个功能模块相对独立，便于安装和维护，适于网络化测量。,电流互感器,1、大电流转变为小电流 2、一次绕组匝数很少，导线粗 3、一次绕组串接在主回路中，二次绕组与仪表电流线圈串联 4、二次不允许开路 5、回路中不允许有熔断器 6、二次负荷阻抗很小，相当于短路状态,电压互感器,1、高电压转变为低电压 2、一次绕组匝数多，导 线 细 3、一次绕组并接在主回路 中，二次绕组与仪表电压线 圈并联 4、二次不允许短路 5、回路中要有熔断器 6、二次负荷阻抗很大，相当于开路状态,3

42、.3.3 互感器在主接线中的配置原则 1 电压互感器配置 （1）母线。除旁路母线之外，一般工作以及备用母线都装有 一组电压互感器、用于同步、测量仪表和保护装置。 （2）线路。35KV及以上输电线路，当对端有电源时，进行 为了监视线路有无电压，同步和设置重合闸，装有一台单相电 压互感器。 （3）发电机。装有2-3组电压互感器。供自动调节励磁装置、 测量仪表和保护装置用。 （4）变压器。变压器低压侧有时为了满足同期或继电保护要 求，设有一组电压互感器。 2 电流互感器配置,（1） 为了满足测量和保护装置的需要，在发电机、变压器、出线、母线分段及母联短路器、旁路短路器等回路中均设有电流互感器,3.4

43、 限流电器,限流电器的作用 增加电路的短路阻抗，从而达到限制短路电流的目的。 常用的设备有：限流电抗器和分裂变压器 一、限流电抗器： 作用： 限制电力设备的短路电流、能维持母线电压、将短路容量加以限制，以选择轻型断路器和小截面的电缆。 设置位置 分段电抗器、出线电抗器、在变压器负荷侧串联电抗器,高压电力电容器用串联电抗器 串联电抗器用于50HZ交流电力系统中电压为6.335千伏、容量为50010000千乏并联移相电容器组配套串联使用，以限制高次谐波（主要是5次谐波）引起的电容器组过电流以及电容器组合闸涌流和操作过电压，保护电容器组运行安全可靠。并可改善电网电压波形畸变，保证供电质量。,工程图中

44、符号,限流电抗器,限流电抗器串联连接在系统上，在系统发生故障时，用以限制短路电流，使短路电流降低至其后接设备的容许值。,电抗器,起动电抗器 起动电抗器与交流电动机串联连接，用来限制电动机的起动电流。起动后电抗器即被切除。,并联电抗器,并联电抗器应用于电力系统，通常安装在高压长距离输电线的始端升压站、中间联络站以及高压直流输电的换流站中，并联连接于变电站66KV及以下的低压回路。具有补偿电网无功功率、降低电网损耗、提高输电能力已经抑制电网谐振过电压、防止发电机自励磁、消除空载长线电容效应和高压电缆电容效应、抑制工频过电压等众多功能，可节约 能源、提高电力系统的 运行稳定性和可靠性。并 联电抗器与

45、并联电容器、 大功率晶闸管和微机控制 系统组成静止无功补偿装 置，可对电力系统的无功 功率进行适时动态调节。,3.5 其它高压电器,电容器 避雷器 消弧线圈 母线 绝缘子,下节,电力电容器,1 电容器的特性及用途 储存电能脉冲储能电容器，充磁机、激光、模拟核试验。 通交流、隔直流信号耦合。 移相无功补偿、马达启动。 2 无功功率及功率因数 i=Imsint u=Umsin（t+） p=ui,有功功率平均功率，也是电路中实际消耗的功率。单位：W 无功功率（Q）用电设备所占用的功率，用于维持磁场。单位：var 视在功率电路中总电压与电流有效值的乘积。单位：VA 功率因数cos=P/S,3 功率因数

46、低的影响： 1）发电/供电设备容量不能充分利用，需多建发电厂、变压器容量大。 2）线路损耗的电能大。与功率因数的平方成反比。 4 提高功率因数的方法 在感性负载上并联电容器。并联电容器的容量： P系统有功功率 Q需要补偿的无功功率 cos1补偿前的功率因数 cos2补偿后的功率因数,5 无源滤波 5.1谐波源 电力电子装置：半导体器件中的PN结在工作过程中产生谐波。 如：变频器、整流器、逆变器、晶闸管开关。 电弧装置：电弧炉、荧光灯、水银灯。 饱和设备：变压器、电动机、发电机。 5.2谐波的影响 1）电容器、变压器、电机的发热和故障。 2）发电机铜损、铁损增加。 3）保护、控制系统误动作。 4

47、）测量仪表不准确工作。如电表。 5）损坏电子设备。,5.3谐波治理 有源滤波（略） 无源滤波使用电容器与电抗器组成串联谐振回路，使高次谐波从谐振回路流过，而不经过用电/供电设备。,谐振条件：XC=XL XC=1/2fc XL=2fL h=XC/XL 电抗率：a=QL/QC=XL/XC 说明：串联电抗器后，使电容器上电压升高：U=U0/（1-a） 串联电抗器后，对基波仍然起到补偿作用，但是补偿容量 会减小。,6 并联补偿电容器,并联电容器时电力系统中的无功电源，其出力与端子的运行电压平方成正比。 无功补偿器由电容器和电抗器组合而成的补偿设备，电容器部分分成数组，三相联结成三角形或星形。,工程图中

48、符号,并联电容器的结线，通常分为形和丫形两种方式，而大多数 采用形结线。对于低压并联电容器多数是三相的，内部已接 成形。相同电容量C的三个单相电容器，采用形结线的容量 Qc为丫形结线容量Qcy的3倍。为 ，而形 结线时加在C上的电压U为丫形结线时加在C上的电压Qy的 倍，所以Qc3Qcy 。同时，电容器采用形结线时，任 一电容器断线，三相线路仍得到无功补偿，而采用丫形结线 时，一相电容器断线，将使该相失去补偿，造成三相负荷不平 衡。此外，电容器采用形结线时，电容器的额定电压与电网 的额定电压相同，这时电容器结线简单，电容器外壳和支架均 可接地，安全性也得到提高。由此可见，当电容器的额定电压 与电网额定电压相等时，电容器宜采用形结线。,电容器采用形结线也存在一定缺点，在一相电容器发生短路 故障时，就形成两相直接短路，短路电流很大，有可能引起电 容器爆炸，使事故扩大。如果电容器采用丫形接线，在一相电 容器发生击穿短路时，其短路电流仅为正常工作电流的3倍， 因此运行就安全多了。 所以新订国标GBJ53修订本规定；在高压电容器组的容量较大(超过400kva