风电场电气工程风电场主要一次设备导体电抗器和电容器互感器.pptx

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1、第第3 3章章 风电场主要一次设备风电场主要一次设备3 3关注的问题关注的问题各种载流导体的作用是什么？其特征又是什么？各种载流导体的作用是什么？其特征又是什么？电抗器和电容器电抗器和电容器电压互感器和电流互感器的基本知识电压互感器和电流互感器的基本知识教学目标教学目标基本掌握风电场中母线和输电线路、电抗器和电容器、电基本掌握风电场中母线和输电线路、电抗器和电容器、电压互感器和电流互感器的结构和工作原理压互感器和电流互感器的结构和工作原理对风电场上述电气设备的功能、结构、外观等有具体认知对风电场上述电气设备的功能、结构、外观等有具体认知第1页/共55页3.4 载流导体载流导体 电力系统中的各个

2、电气设备都电力系统中的各个电气设备都电力系统中的各个电气设备都电力系统中的各个电气设备都由载流导体相互连由载流导体相互连由载流导体相互连由载流导体相互连接接接接，组建成电路。，组建成电路。，组建成电路。，组建成电路。其中，位于发电厂和变电站内的其中，位于发电厂和变电站内的其中，位于发电厂和变电站内的其中，位于发电厂和变电站内的母线母线母线母线用于汇集用于汇集用于汇集用于汇集和分配电能，和分配电能，和分配电能，和分配电能，连接导体和跳线连接导体和跳线连接导体和跳线连接导体和跳线用于连接电气设备，用于连接电气设备，用于连接电气设备，用于连接电气设备，而而而而输电线路输电线路输电线路输电线路则将发电

3、厂、变电站和用户连接成完则将发电厂、变电站和用户连接成完则将发电厂、变电站和用户连接成完则将发电厂、变电站和用户连接成完整的电力系统。整的电力系统。整的电力系统。整的电力系统。第2页/共55页 导体的材料导体的材料 导体通常由导体通常由铜、铝、铝合金或钢材料铜、铝、铝合金或钢材料制成。多数制成。多数载流导载流导体一般使用铝或铝合金材料体一般使用铝或铝合金材料 纯铝纯铝的成型导体一般为的成型导体一般为矩形、槽形和管形矩形、槽形和管形。强度稍低，。强度稍低，当当110kV及以上配电装置敝露布置时不宜采用。及以上配电装置敝露布置时不宜采用。铝合金铝合金导体有导体有铝锰合金和铝镁合金铝锰合金和铝镁合金

4、两种，均为两种，均为管形管形。铝。铝锰合金导体载流量大，但强度较差。铝镁合金导体机械强锰合金导体载流量大，但强度较差。铝镁合金导体机械强度大，但载流量小，主要缺点是焊接困难，因此使用受到度大，但载流量小，主要缺点是焊接困难，因此使用受到限制。限制。铜导体铜导体一般在下列情况下才使用：一般在下列情况下才使用：位于化工厂附近的屋外配电装置，化工厂排出的大量位于化工厂附近的屋外配电装置，化工厂排出的大量腐蚀性气体对铝制材料有不良影响；腐蚀性气体对铝制材料有不良影响；发电机出线端子处位置特别狭窄，铝排截面太大穿过发电机出线端子处位置特别狭窄，铝排截面太大穿过套管有困难时；套管有困难时；持续工作电流在持

5、续工作电流在4000A以上的矩形导体，由于安装有以上的矩形导体，由于安装有要求且采用其他型式的导体有困难时。要求且采用其他型式的导体有困难时。第3页/共55页 导体的材料导体的材料 导体除满足导体除满足导体除满足导体除满足工作电流、机械强度和电晕要求工作电流、机械强度和电晕要求工作电流、机械强度和电晕要求工作电流、机械强度和电晕要求外，外，外，外，导体形状导体形状导体形状导体形状还应满足下列要求：还应满足下列要求：还应满足下列要求：还应满足下列要求：电流分布均匀（即集肤效应系数尽可能低）；电流分布均匀（即集肤效应系数尽可能低）；电流分布均匀（即集肤效应系数尽可能低）；电流分布均匀（即集肤效应系

6、数尽可能低）；机械强度高；机械强度高；机械强度高；机械强度高；散热良好（与导体放置方式和形状有关）；散热良好（与导体放置方式和形状有关）；散热良好（与导体放置方式和形状有关）；散热良好（与导体放置方式和形状有关）；有利于提高电晕起始电压；有利于提高电晕起始电压；有利于提高电晕起始电压；有利于提高电晕起始电压；安装、检修简单，连接方便。安装、检修简单，连接方便。安装、检修简单，连接方便。安装、检修简单，连接方便。第4页/共55页导体的形状导体的形状导体可以分为两大类：导体可以分为两大类：导体可以分为两大类：导体可以分为两大类：硬导体和软导体硬导体和软导体硬导体和软导体硬导体和软导体。（1 1）硬

7、导体：）硬导体：）硬导体：）硬导体：在在在在电流较大的场合电流较大的场合电流较大的场合电流较大的场合，软导体载流量不足时软导体载流量不足时软导体载流量不足时软导体载流量不足时可以采可以采可以采可以采用硬导体。用硬导体。用硬导体。用硬导体。硬导体根据其硬导体根据其硬导体根据其硬导体根据其截面形状截面形状截面形状截面形状可分为：可分为：可分为：可分为：管型、槽型、矩管型、槽型、矩管型、槽型、矩管型、槽型、矩形形形形。第5页/共55页 导体的形状导体的形状 矩形导体矩形导体 单片矩形导体具有单片矩形导体具有集肤效应系数小、散热条件好、安装集肤效应系数小、散热条件好、安装简单、连接方便简单、连接方便等

8、优点。一般适用于等优点。一般适用于工作电流工作电流I2000A的的回路中。回路中。载流量不是随导体片数增加而成倍增加的载流量不是随导体片数增加而成倍增加的，尤其是每相，尤其是每相超过三片以上时，导体的集肤效应系数显著增大。超过三片以上时，导体的集肤效应系数显著增大。第6页/共55页 导体的形状导体的形状 槽形导体槽形导体 槽形导体的槽形导体的电流分布比较均匀电流分布比较均匀，与同截面的矩形导体相，与同截面的矩形导体相比，其优点是比，其优点是散热条件好、机械强度高、安装也比较方便散热条件好、机械强度高、安装也比较方便。在回路持续工作电流为在回路持续工作电流为40008000A时，一般可选用双时，

9、一般可选用双槽形导体槽形导体 管形导体管形导体 管形导体是管形导体是空心导体空心导体，集肤效应系数集肤效应系数小，且有利于提高小，且有利于提高电晕的起始电压。户外配电装置使用管形导体，具有电晕的起始电压。户外配电装置使用管形导体，具有占地占地面积小、构架简单、布置清晰面积小、构架简单、布置清晰等优点。但导体与设备端子等优点。但导体与设备端子连接比较复杂，用于户外时易产生微风振动。连接比较复杂，用于户外时易产生微风振动。第7页/共55页 导体的形状导体的形状 （2）软导体）软导体 常见的软导体为常见的软导体为钢芯铝绞线钢芯铝绞线，由，由钢芯承受主要机械负荷钢芯承受主要机械负荷，铝作为主要载流部分

10、铝作为主要载流部分。软导线应根据软导线应根据环境条件环境条件（环境温度、日照、风速、污秽、（环境温度、日照、风速、污秽、海拔高度）和海拔高度）和回路负荷电流、电晕、无线电干扰回路负荷电流、电晕、无线电干扰等条件，等条件，确定确定导线的截面和导线的结构型式导线的截面和导线的结构型式。当负荷电流较大时，应根据负荷电流选择较大截面的导当负荷电流较大时，应根据负荷电流选择较大截面的导线。当电压较高时，为保持导线表面的电场强度，导线最线。当电压较高时，为保持导线表面的电场强度，导线最小截面必须满足电晕的要求，可增加导线外径或增加每相小截面必须满足电晕的要求，可增加导线外径或增加每相导线的根数。导线的根数

11、。第8页/共55页 导体的功能导体的功能 风电场和变电站中的常见导体有风电场和变电站中的常见导体有母线、连接导体、跳线母线、连接导体、跳线和输电线路和输电线路，输电线路又可分为，输电线路又可分为架空线和电缆线路架空线和电缆线路。（1）母线）母线 母线是将电气装置中各截流分支回路连接接在一起的导母线是将电气装置中各截流分支回路连接接在一起的导体。它是体。它是汇集和分配电能的载体汇集和分配电能的载体，又称，又称汇流母线汇流母线。风电场中35kV母线（软导线）风电场中220kV母线（硬导线）第9页/共55页 导体的功能导体的功能 （2）连接导体）连接导体 连接导体连接导体是将发电厂和变电站内部电气设

12、备进行连接的是将发电厂和变电站内部电气设备进行连接的导体。跳线其实也是连接导体，不过为了跨越某一设备或导体。跳线其实也是连接导体，不过为了跨越某一设备或建筑物，需要提升高度，所以称为建筑物，需要提升高度，所以称为跳线跳线。（3）架空线）架空线 架空线是通过铁塔、水泥杆塔架设在空气中的导线，一架空线是通过铁塔、水泥杆塔架设在空气中的导线，一般为般为裸导线裸导线。由。由导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等组等组成成风电场升压站内的出线架构及站外220kV架空线路第10页/共55页 导体的功能导体的功能 （4）电缆）电缆 电缆通常是由电缆通常是由几根或几组导线（每组至少

13、两根）绞合而几根或几组导线（每组至少两根）绞合而成成的类似绳索的电缆。的类似绳索的电缆。电缆有电力电缆、控制电缆、补偿电缆、屏蔽电缆、高电缆有电力电缆、控制电缆、补偿电缆、屏蔽电缆、高温电缆、计算机电缆、信号电缆、同轴电缆、耐火电缆等温电缆、计算机电缆、信号电缆、同轴电缆、耐火电缆等等。等。都是由多股导线组成，用来都是由多股导线组成，用来连接电路、电器连接电路、电器等。等。第11页/共55页3.5 电抗器和电容器电抗器和电容器 电抗器电抗器 电抗器的作用电抗器的作用 电抗器在电路中是电抗器在电路中是用于限流、稳流、无功补偿及移相用于限流、稳流、无功补偿及移相等等功能的一种功能的一种电感元件电感

14、元件。电力系统中，电抗器的作用主要是两个：电力系统中，电抗器的作用主要是两个：1、限流（或串联）电抗器限流（或串联）电抗器，用于限制系统的短路电流，用于限制系统的短路电流，并能使母线电压维持在一定水平；并能使母线电压维持在一定水平；2、补偿（或并联）电抗器补偿（或并联）电抗器，用于补偿系统的电容电流，用于补偿系统的电容电流，防止线路端电压的升高。从而使线路的传输能力和输电线防止线路端电压的升高。从而使线路的传输能力和输电线的效率都能提高，并使系统的内部过电压有所降低。的效率都能提高，并使系统的内部过电压有所降低。第12页/共55页 电抗器的分类电抗器的分类 电抗器电抗器按结构按结构可分为三大类

15、：可分为三大类：空芯电抗器、带气隙的铁空芯电抗器、带气隙的铁芯电抗器和铁芯电抗器芯电抗器和铁芯电抗器。（1）空芯电抗器）空芯电抗器 只有绕组而无铁芯，实际上是一个只有绕组而无铁芯，实际上是一个空芯的电感线圈空芯的电感线圈。磁。磁路磁导小，电感值也小，且不存在磁饱和现象路磁导小，电感值也小，且不存在磁饱和现象 （2）带气隙的铁芯电抗器）带气隙的铁芯电抗器 其磁路是一个其磁路是一个带气隙的铁芯带气隙的铁芯。导磁性能较好，所以电抗。导磁性能较好，所以电抗值比空芯电抗器大，但电流达到一定数值后，铁芯饱和，值比空芯电抗器大，但电流达到一定数值后，铁芯饱和，电抗值逐渐减小电抗值逐渐减小 （3）铁芯电抗器）

16、铁芯电抗器 其磁路为一其磁路为一闭合铁芯闭合铁芯。由于铁芯具有高的磁导率，电抗。由于铁芯具有高的磁导率，电抗器的电抗值很大，在容量相同时，其体积最小器的电抗值很大，在容量相同时，其体积最小第13页/共55页 电抗器的分类电抗器的分类 电抗器按电抗器按绝缘方式绝缘方式可分为可分为油浸式电抗器和干式电抗器油浸式电抗器和干式电抗器。（1）油浸式电抗器）油浸式电抗器 油浸式电抗器是一个油浸式电抗器是一个带间隙铁芯带间隙铁芯的线性电感线圈。它的的线性电感线圈。它的铁芯和线圈浸泡在盛有变压器油的油箱中，采用铁芯和线圈浸泡在盛有变压器油的油箱中，采用油浸自冷油浸自冷的冷却方式的冷却方式 （2）干式电抗器）干

17、式电抗器 干式电抗器多采用干式电抗器多采用空芯结构空芯结构，是一个不带铁芯的线性电，是一个不带铁芯的线性电感线圈，采用感线圈，采用空气自冷式空气自冷式的冷却方式的冷却方式第14页/共55页 电抗器的分类电抗器的分类 限流电抗器限流电抗器有有普通电抗器和分裂电抗器普通电抗器和分裂电抗器两种。两种。带有中间带有中间抽头的混凝土电抗器称为抽头的混凝土电抗器称为分裂电抗器分裂电抗器。并联电抗器按并联电抗器按铁芯结构铁芯结构可分为两种，即可分为两种，即壳式电抗器和芯壳式电抗器和芯式电抗器式电抗器。壳式电抗器壳式电抗器线圈中的主磁通是空芯的，不放置导磁介线圈中的主磁通是空芯的，不放置导磁介质，也就是线圈内

18、无铁芯，在线圈外部装有用硅钢片叠成质，也就是线圈内无铁芯，在线圈外部装有用硅钢片叠成的框架以引导主磁通。的框架以引导主磁通。芯式电抗器芯式电抗器具有带多个气隙的铁芯，外套线圈。主要具有带多个气隙的铁芯，外套线圈。主要缺点是加工复杂，技术要求高，振动和噪声较大。缺点是加工复杂，技术要求高，振动和噪声较大。第15页/共55页 电容器电容器 并联电容器并联电容器 并联电容器是一种并联电容器是一种无功补偿设备无功补偿设备，也称，也称移相电容器移相电容器。变电所通常采取变电所通常采取高压集中的方式高压集中的方式，将补偿电容器接在，将补偿电容器接在变变电所的低压母线上电所的低压母线上，补偿变电所低压母线电

19、源侧所有线路，补偿变电所低压母线电源侧所有线路及变电所变压器上的及变电所变压器上的无功功率无功功率，使用中往往与有载调压变，使用中往往与有载调压变压器配合，以压器配合，以提高电力系统的电能质量提高电力系统的电能质量。第16页/共55页 并联电容器并联电容器 并联电容器的结构可分为并联电容器的结构可分为箱式和集合式箱式和集合式两种。两种。箱式电容器箱式电容器，主要由油箱、膨胀器、器身、芯子（电容，主要由油箱、膨胀器、器身、芯子（电容元件）组成元件）组成 集合式并联电容器集合式并联电容器，也称为密集型并联电容器，有单相，也称为密集型并联电容器，有单相和三相两种。集合式电容器的结构可分为器身、油枕、

20、油和三相两种。集合式电容器的结构可分为器身、油枕、油箱、出线套管等部分。箱、出线套管等部分。第17页/共55页 并联电容器并联电容器 10kV高压并联电容器装置高压并联电容器装置由断路器、隔离开关、电流互由断路器、隔离开关、电流互感器、继电保护装置、测量和指示仪表、串联电抗器、放感器、继电保护装置、测量和指示仪表、串联电抗器、放电线圈、氧化锌避雷器、接地隔离开关、单台电容器保护电线圈、氧化锌避雷器、接地隔离开关、单台电容器保护用熔断器、并联电容器及连接母线和钢构架等组成。用熔断器、并联电容器及连接母线和钢构架等组成。其其布置方式布置方式有围栏式、柜式和集合式（按安放地点可分有围栏式、柜式和集合

21、式（按安放地点可分为户内式、半户内式、户外式）为户内式、半户内式、户外式）第18页/共55页 电容器放电装置电容器放电装置 为防止带电荷合闸及防止人身触电伤亡事故，电容器组为防止带电荷合闸及防止人身触电伤亡事故，电容器组必须加装必须加装放电装置放电装置。放电装置的放电装置的放电特性应满足下列要求放电特性应满足下列要求：手动投切手动投切的电容器组的放电装置，应能的电容器组的放电装置，应能使电容器组三相使电容器组三相及中性点的剩余电压在及中性点的剩余电压在5min内自额定电压（峰值）降至内自额定电压（峰值）降至50V以下以下；自动投切自动投切的电容器组的放电装置，应能的电容器组的放电装置，应能使电

22、容器组三相使电容器组三相及中性点的剩余电压在及中性点的剩余电压在5s内自电容器组额定电压（峰值）内自电容器组额定电压（峰值）降至降至0.1倍电容器组额定电压及以下倍电容器组额定电压及以下。第19页/共55页 耦合电容器耦合电容器 耦合电容器耦合电容器对对50Hz的工频的工频所呈现的阻抗，要比对高频所所呈现的阻抗，要比对高频所呈现的阻抗值大呈现的阻抗值大6001000倍，基本上倍，基本上相当于开路相当于开路，而，而对对于高频信号来说，则相当于短路于高频信号来说，则相当于短路。所以耦合电容器可作为。所以耦合电容器可作为载波高频信号的通路，并可隔开工频高压电流。载波高频信号的通路，并可隔开工频高压电

23、流。第20页/共55页3.6 互感器互感器 互感器简介互感器简介 在风电场和电力系统运行过程中，需要监视其运行状态。在风电场和电力系统运行过程中，需要监视其运行状态。对电气一次系统运行状态的最直接反映就是对电气一次系统运行状态的最直接反映就是电流和电压电流和电压。互感器正是起互感器正是起电压和电流变换作用电压和电流变换作用的传感器。它的传感器。它将一次将一次系统的高电压、大电流按照比例变成标准的低电压和小电系统的高电压、大电流按照比例变成标准的低电压和小电流提供给二次系统中的测量设备和继电保护装置流提供给二次系统中的测量设备和继电保护装置使用。这使用。这样二次系统可以采用功耗小、精度高的标准化

24、、小型化的样二次系统可以采用功耗小、精度高的标准化、小型化的元件和设备。元件和设备。互感器分为互感器分为电流互感器（电流互感器（CT）和电压互感器（）和电压互感器（PT）。电流互感器串接于一次系统的电路中，将电流互感器串接于一次系统的电路中，将大电流变为小大电流变为小电流电流；而电压互感器并接于一次系统的电路中，将；而电压互感器并接于一次系统的电路中，将高电压高电压变换为低电压变换为低电压。第21页/共55页电流互感器（电流互感器（CT）的结构的结构（1）CT的原理性结构的原理性结构 电流互感器的基本组成，包括电流互感器的基本组成，包括铁心、一次绕组、二次绕铁心、一次绕组、二次绕组组由于是大电

25、流变小电流，一次绕组的匝数很少由于是大电流变小电流，一次绕组的匝数很少导体的截面形状可以制成导体的截面形状可以制成圆形、管形、槽型圆形、管形、槽型。电流互感器二次侧采用圆截面的铜漆包线，缠绕于铁心之电流互感器二次侧采用圆截面的铜漆包线，缠绕于铁心之上。上。1231 一次绕组2 铁心3 二次绕组第22页/共55页 的结构的结构 电流互感器的铁心电流互感器的铁心一般要装设多个以适应测量和继电保护一般要装设多个以适应测量和继电保护的不同需求。的不同需求。铁心可由铁心可由条状热轧电工钢片叠积为矩形条状热轧电工钢片叠积为矩形（叠积式铁心）、（叠积式铁心）、或或采用带状电工钢片卷制成圆形、矩形或扁圆形采用

26、带状电工钢片卷制成圆形、矩形或扁圆形（卷铁心）（卷铁心），或，或在卷铁心的基础上按要求切成两瓣或多瓣形成开口铁在卷铁心的基础上按要求切成两瓣或多瓣形成开口铁心心。叠积式铁心卷铁心（圆形）卷铁心（矩形）卷铁心（扁圆形）第23页/共55页 的结构的结构 对于对于110kV及以上及以上的电流互感器，其的电流互感器，其一次绕组分为两段或一次绕组分为两段或四段四段，以实现电流互感器变比的调整。，以实现电流互感器变比的调整。图中电流互感器的一次绕组分为两段，第一组的起、末图中电流互感器的一次绕组分为两段，第一组的起、末端标为端标为P1、C2，第二组的起、末端标为，第二组的起、末端标为C1、P2。当当C1端

27、和端和C2端相连时，一次绕组的两组串联连接；端相连时，一次绕组的两组串联连接；当当C1端与端与P1端相连，端相连，C2端与端与P2端相连时一次绕组的两端相连时一次绕组的两组并联连接。组并联连接。第24页/共55页的结构的结构电流互感器二次绕组的标记方法：电流互感器二次绕组的标记方法：P2S1S2P1当二次绕组抽头较多时，二次端子依次标记为：S1、S2、S3、P2S1S3P1S2当有多个二次绕组时，各绕组的出头相应标记为：1S1、1S2、2S1、2S2、3S1、3S2、P21S12S2P11S22S1端子标志一经标定，就决定了电流互感器的极性。GB 12082006规定：所有标有P1、S1和C1

28、的端子，在同一瞬间具有同一极性（称为同名端）。第25页/共55页的结构的结构 所谓的所谓的减极性原则减极性原则是指，当互感器的一次绕组和二次绕是指，当互感器的一次绕组和二次绕组同时由同名端（极性侧）注入电流时候，所产生的磁通组同时由同名端（极性侧）注入电流时候，所产生的磁通在铁心中相互叠加在铁心中相互叠加 当一次绕组的极性侧输入电流时，二次绕组的同名端会当一次绕组的极性侧输入电流时，二次绕组的同名端会输出电流输出电流第26页/共55页的结构的结构（2）CT产品实例产品实例ABB某型某型110kV油浸式电流互感器油浸式电流互感器1-气垫2-充油装置3-绝缘填充物4-纸绝缘的一次导体5-铁芯和二次

29、绕组6-二次接线盒7-二次接线端8-膨胀容器9-油位监视玻璃10-一次接线端子11-接地端子一次绕组4为U型结构，和外部接线端子10相连接，一次绕组由单股或多股铝或铜材料构成，其外部包裹有绝缘纸。一次绕组装设于磁套管和油箱内，油箱中还装设有铁心5和二次绕组。二次绕组采用铜导体，缠绕于铁心之上，其接线端子7装设于接线盒6中。在油箱的外部装设有用于接地的端子11，一次绕组采用电容绝缘结构。第27页/共55页的结构的结构屋内浇铸绝缘支柱式电流互感器屋内浇铸绝缘支柱式电流互感器12123456771-一次接线端子2-二次接线端子3-一次绕组4-铁心5-二次绕组6-树脂混合料7-铭牌当电流较小时，一次绕

30、组用玻璃丝包线绕制；大电流时，用铜带或铜母线绕制。二次绕组用玻璃丝包线绕制；层间绝缘用聚脂薄膜或膜纸复合绝缘纸。如果是卷铁心，二次绕组直接绕在铁心上。如果是叠积式铁心，则二次绕组绕制在酚醛纸筒或玻璃纸筒上，然后再装配铁心。第28页/共55页的工作原理的工作原理 电流互感器的工作原理类似于变压器，电流互感器的额电流互感器的工作原理类似于变压器，电流互感器的额定电流比定电流比Ki为其基本参数。为其基本参数。式中式中I1N、I2N分别为分别为一、二次绕组的额定电流一、二次绕组的额定电流；N1、N2分别为分别为一、二次绕组的匝数一、二次绕组的匝数。电流互感器的电流互感器的额定一次电流标准值额定一次电流

31、标准值为：为：10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、75A，以及它们的十进位，以及它们的十进位倍数或小数，有下标线的是优先值。倍数或小数，有下标线的是优先值。额定二次电流额定二次电流一般为一般为1A或或5A。第29页/共55页的工作原理的工作原理第30页/共55页的误差的误差 由于互感器存在励磁损耗，使由于互感器存在励磁损耗，使I1、I2在数值和相位上均有在数值和相位上均有差异，即测量结果有差异，即测量结果有误差误差。这种误差通常用电。这种误差通常用电流误差流误差fi和和相位误差相位误差i来表示。来表示。电流误差电流误差fi定义为定义为:相位误差相位误差i通常很小，计入通常

32、很小，计入 等，经分析可等，经分析可知：知：第31页/共55页的误差的误差 根据电磁感应定律、磁动势方程根据电磁感应定律、磁动势方程 和二和二次侧回路方程次侧回路方程 等电磁关系，整理可得：等电磁关系，整理可得：式中式中S,Lav分别为铁心截面（分别为铁心截面（m2）和磁路平均长度）和磁路平均长度（m）；）；铁心磁导率（铁心磁导率（H/m）。）。电流误差和相角误差常用于表示仪表用电流互感器的性能。电流误差和相角误差常用于表示仪表用电流互感器的性能。第32页/共55页的误差的误差 对于对于保护用电流互感器保护用电流互感器，则常用，则常用复合误差复合误差来表示其误差来表示其误差限值。限值。所谓的所

33、谓的复合误差复合误差是指，当一次电流与二次电流的正符号是指，当一次电流与二次电流的正符号与端子标志的相一致时，稳态情况下，下列二者之差的方与端子标志的相一致时，稳态情况下，下列二者之差的方均根值：均根值：一次电流的瞬时值，一次电流的瞬时值，二次电流的瞬时值乘以二次电流的瞬时值乘以额定电流比。即：额定电流比。即：其中其中 Kn为额定电流比，为额定电流比，I1为一次电流的方均根值，为一次电流的方均根值，i1,i2分别为一次电流和二次电流的瞬时值，分别为一次电流和二次电流的瞬时值，T 为一个工频周期的时间。为一个工频周期的时间。第33页/共55页的误差的误差 当一次绕组过电流（如外部短路）时，由于铁

34、磁材料的当一次绕组过电流（如外部短路）时，由于铁磁材料的非非线性特性线性特性，励磁电流中，励磁电流中高次谐波分量很大高次谐波分量很大，波形呈尖顶形波形呈尖顶形，与正弦波相去甚远，即使一次电流是理想的正弦波，二次与正弦波相去甚远，即使一次电流是理想的正弦波，二次电流也不是正弦形电流也不是正弦形 非正弦波不能用相量图进行分析，所以要采用复合误差非正弦波不能用相量图进行分析，所以要采用复合误差的概念来分析。的概念来分析。第34页/共55页的准确级和误差限值的准确级和误差限值 对于对于电流互感器的误差电流互感器的误差常用常用误差限值误差限值来描述，来描述，电流互感电流互感器测量的准确程度（即准确级）器

35、测量的准确程度（即准确级）也以误差限值来确定。测也以误差限值来确定。测量仪表用的电流互感器的准确级有量仪表用的电流互感器的准确级有0.1,0.2,0.5,1和和3，共共5级级第35页/共55页的准确级和误差限值的准确级和误差限值对于对于稳态保护用的电流互感器稳态保护用的电流互感器，其准确级由，其准确级由复合误差复合误差来来确定确定第36页/共55页的额定容量的额定容量 电流互感器的电流互感器的额定容量额定容量 S2N，指的是电流互感器在额定二，指的是电流互感器在额定二次电流次电流I2N和额定二次阻抗和额定二次阻抗Z2N下运行时，二次绕组输出的容下运行时，二次绕组输出的容量，即量，即 因因电流互

36、感器的误差和二次负荷有关电流互感器的误差和二次负荷有关，故同一台电流互，故同一台电流互感器使用在不同准确级时，会有不同的额定容量。感器使用在不同准确级时，会有不同的额定容量。第37页/共55页的保安系数的保安系数 电力系统中使用的电流互感器往往会有电力系统中使用的电流互感器往往会有很大的过电流流很大的过电流流过其一次绕组过其一次绕组。为避免互感器二次回路的仪器、仪表不致。为避免互感器二次回路的仪器、仪表不致受到大电流的冲击，希望测量用电流互感器在过电流情况受到大电流的冲击，希望测量用电流互感器在过电流情况下下二次电流不再严格按比例增长二次电流不再严格按比例增长.仪表保安系数仪表保安系数(FS)

37、是指仪表保安电流与额定一次电流的是指仪表保安电流与额定一次电流的比值比值 而所谓的而所谓的仪表保安电流仪表保安电流则是指测量用电流互感器在额定则是指测量用电流互感器在额定二次负荷下，其复合误差不小于二次负荷下，其复合误差不小于10%的最小一次电流。的最小一次电流。对对测量用电流互感器测量用电流互感器的仪表保安系数，是要求的仪表保安系数，是要求复合误差复合误差超过超过10%；对；对保护用电流互感器保护用电流互感器则是要求在规定的则是要求在规定的准确限准确限值系数下复合误差不超过规定值值系数下复合误差不超过规定值。第38页/共55页的开路电压的开路电压 电流互感器的电流互感器的二次回路必须接有负荷

38、或直接短路二次回路必须接有负荷或直接短路 如果如果二次开路二次开路，当一次绕组流过电流时则二次磁动势，当一次绕组流过电流时则二次磁动势不存在，不存在，一次磁动势全部用来励磁一次磁动势全部用来励磁，励磁磁势为，励磁磁势为 铁心中的磁密急剧增加达到饱和状态，铁心中的磁密急剧增加达到饱和状态，磁通波形成为平磁通波形成为平顶波顶波。根据电磁感应定律。根据电磁感应定律在一个周波内，当磁通由正变到负或由负变到正时，二次感应电势急剧上升；而在磁通饱和变化平缓期间，二次感应电势很小。第39页/共55页的开路电压的开路电压二次开路会产生不良后果二次开路会产生不良后果：出现的高电压将危及人身及设备安全；出现的高电

39、压将危及人身及设备安全；铁心高度饱和将在铁心中产生较大的剩磁；铁心高度饱和将在铁心中产生较大的剩磁；长时间作用可能造成铁心过热。长时间作用可能造成铁心过热。因此，因此，电流互感器在使用中必须与二次负荷可靠连接电流互感器在使用中必须与二次负荷可靠连接。第40页/共55页的分类的分类 根据根据安装地点安装地点，电流互感器可分为，电流互感器可分为屋内式和屋外式屋内式和屋外式。按照按照安装方式安装方式，电流互感器可分为，电流互感器可分为支持式、装入式和穿支持式、装入式和穿墙式等墙式等。按照按照绝缘方式绝缘方式，电流互感器可分为，电流互感器可分为干式、浇注式、油浸干式、浇注式、油浸式，气体绝缘式式，气体

40、绝缘式等。等。按按一次绕组的匝数一次绕组的匝数，电流互感器可分为，电流互感器可分为单匝式和多匝式单匝式和多匝式。按按工作原理工作原理，电流互感器可分为，电流互感器可分为电磁式、电容式、光电电磁式、电容式、光电式和无线电式式和无线电式。第41页/共55页的分类的分类 110kV及以上电压等级及以上电压等级的电流互感器常采用的电流互感器常采用屋外支持式屋外支持式电流互感器电流互感器顶部的油箱表明其绝缘方式为油浸式。其左侧为隔离开关、右侧为断路器，这也表明电流互感器串接入电路，将其布设于断路器旁边是为了测量和控制对象的统一。第42页/共55页电压互感器（电压互感器（PT）的分类的分类 按照按照安装地

41、点安装地点，电压互感器可分为，电压互感器可分为户内式和户外式户内式和户外式。按照按照相数相数，电压互感器可分为，电压互感器可分为单相式和三相式单相式和三相式。按按每相绕组数目每相绕组数目，电压互感器可分为，电压互感器可分为双绕组和三绕组式双绕组和三绕组式。按按绝缘方式绝缘方式，电压互感器可分为，电压互感器可分为干式、浇注式、油浸式、干式、浇注式、油浸式、串级油浸式和电容式串级油浸式和电容式等。等。按按结构和工作原理结构和工作原理，电压互感器可分为，电压互感器可分为电磁式和电容式电磁式和电容式两种。两种。第43页/共55页的分类的分类电磁式电压互感器和电容式电压互感器电磁式电压互感器和电容式电压

42、互感器的剖面图。的剖面图。1 一次接线端子2 油面监视玻璃3 油4 石英填充物5 绝缘套管6 起重用吊耳7 二次接线盒1 膨胀系统2 电容器元件3 中间电压套管4 油位玻璃 5 补偿电抗器6 铁磁谐振的阻尼电路7 一次和二次绕组8 一次接线端子9 气垫10 铁芯低压接线端11 接线盒12 铁芯第44页/共55页电磁式电磁式PT及误差及误差 电磁式电压互感器和电磁式电流互感器一样，电磁式电压互感器和电磁式电流互感器一样，由于励磁由于励磁回路的存在回路的存在，电磁式电压互感器也必然有误差。，电磁式电压互感器也必然有误差。其其电压误差电压误差 定义为：定义为：其中，其中，额定电压比额定电压比第45页

43、/共55页电磁式电磁式PT及误差及误差 电压互感器也有相位误差电压互感器也有相位误差u，当，当U2超前于超前于U1时时u为正，为正，常以分常以分()为单位。为单位。当当u很小时，很小时，fu和和u可用可用空载电压降在所选坐标轴上的空载电压降在所选坐标轴上的投影投影表示，即表示，即 fu 和 u 都由两部分组成：前为空载误差，后为负载误差。第46页/共55页电磁式电磁式PT及误差及误差 电磁式电压互感器的准确级电磁式电压互感器的准确级，是指在规定的一次电压和，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，电压误二次负荷变化范围内，负荷功率因数为额定值时，电压误差的最大值。差的

44、最大值。测量用电压互感器测量用电压互感器的准确级有的准确级有0.1、0.2、0.5、1、3级级第47页/共55页电磁式电磁式PT及误差及误差保护用电压互感器保护用电压互感器的准确级为的准确级为3P和和6P第48页/共55页接地接地PT的剩余电压绕组的额定电压的剩余电压绕组的额定电压 在分析系统在分析系统单相接地情况下单相接地情况下接地电压互感器的工作特性接地电压互感器的工作特性时，一般都是对时，一般都是对中性点绝缘和中性点直接接地中性点绝缘和中性点直接接地两种典型情两种典型情况加以讨论。况加以讨论。当中性点绝缘系统发生单相接地故障时，当中性点绝缘系统发生单相接地故障时，两完好相的对两完好相的对

45、地电压升高地电压升高3倍倍，而且它们之间的，而且它们之间的相位差由相位差由2 2/3/3变为变为/3/3，接于，接于故障相的电压互感器的一次电压为零故障相的电压互感器的一次电压为零，剩余剩余电压绕组电压也为零电压绕组电压也为零。完好相的电压互感器的。完好相的电压互感器的剩余电压绕剩余电压绕组升高组升高3倍倍，相位也相应变化。开口角电压是这两个完好，相位也相应变化。开口角电压是这两个完好相电压的相量和。相电压的相量和。当中性点直接接地系统发生单相接地故障时，当中性点直接接地系统发生单相接地故障时，完好相的完好相的对地电压不变，电压互感器剩余电压绕组电压也不变对地电压不变，电压互感器剩余电压绕组电

46、压也不变第49页/共55页电磁式电磁式PT的铁磁谐振的铁磁谐振 由非线性电感（铁心线圈）和线性电容组成的回路，当由非线性电感（铁心线圈）和线性电容组成的回路，当外施电压发生变化时，可能因电感的变化而产生谐振，这外施电压发生变化时，可能因电感的变化而产生谐振，这种现象称为种现象称为铁磁谐振铁磁谐振。产生产生铁磁谐振的基本条件铁磁谐振的基本条件是：是：电路中有非线性电感元电路中有非线性电感元件。电压互感器就是典型的非线性电感元件。件。电压互感器就是典型的非线性电感元件。电路参数电路参数发生突变，也就是有一个激发过程。发生突变，也就是有一个激发过程。铁磁谐振将铁磁谐振将使电压互感器承受过电压，铁心磁

47、通成倍增使电压互感器承受过电压，铁心磁通成倍增高，励磁电流加大高，励磁电流加大。第50页/共55页电磁式电磁式PT的铁磁谐振的铁磁谐振 为了为了防止铁磁谐振防止铁磁谐振，电磁式电压互感器常采用以下措施：，电磁式电压互感器常采用以下措施：1、改善互感器伏安特性，、改善互感器伏安特性，采用饱和磁密较高的导磁材料采用饱和磁密较高的导磁材料；2、调整线路电容调整线路电容，使其难以和互感器产生谐振；，使其难以和互感器产生谐振；3、采用阻尼采用阻尼，常在电压互感器的剩余电压绕组接入适合，常在电压互感器的剩余电压绕组接入适合的阻尼电阻；的阻尼电阻；4、选用、选用伏安特性呈容性伏安特性呈容性的电压互感器；的电

48、压互感器；5、在低压系统采用、在低压系统采用中性点附有电阻的三相电压互感器中性点附有电阻的三相电压互感器，等等。等等。第51页/共55页电磁式电磁式PT的铁磁谐振的铁磁谐振ABCdadndbdndndcANNBNCncnbna60ohm,200W 在二次侧辅助绕组上接有电阻，并接入继电器报警10kV电压互感器的消谐回路第52页/共55页电容式电容式PT左图为电容式电压互感器的结构原理图右图为电容式电压互感器的等效电路第53页/共55页电容式电容式PT 电容式电压互感器实质上是一个电容式电压互感器实质上是一个电容分压器电容分压器，在被测装，在被测装置的相和地之间接有电容器置的相和地之间接有电容器

49、C1和和C2，按反比分压按反比分压：式中式中 K为分压比为分压比 由于由于UC2与一次电压与一次电压U1成比例变化成比例变化，故可根据，故可根据UC2测出相测出相对地电压。对地电压。为获得理想电压源，常在网络中为获得理想电压源，常在网络中串入非线性补偿电感线串入非线性补偿电感线圈圈L。为抗干扰，减少互感器开口三角形绕组的不平衡电压，。为抗干扰，减少互感器开口三角形绕组的不平衡电压，提高零序保护装置的灵敏度，可增设一个提高零序保护装置的灵敏度，可增设一个高频阻断线圈高频阻断线圈L，则工频内阻抗为则工频内阻抗为 电容式电压互感器广泛应用于电容式电压互感器广泛应用于110500kV中性点直接中性点直接接地系统接地系统。第54页/共55页感谢您的观看！第55页/共55页