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第四篇 电气二次回路第十三章 电流互感器的二次回路一、概述(1)w电流互感器的作用:电力系统的一次电压很高 ,电流很大,且运行的额定参数千差万别,用 以对一次系统进行测量、控制的仪器仪表及保 护装置无法直接接入一次系统,一次系统的大 电流需要使用电流互感器进行隔离,使二次的 继电保护、自动装置和测量仪表能够安全准确 地获取电气一次回路电流信息。一、概述(2)w电流互感器特点:是一个特殊型式变换器,它 的二次电流正比于一次电流。因其二次回路的 负载阻抗很小,一般仅几个欧姆,故二次工作 电压也很低,当二次回路阻抗大时二次工作电 压U=IZ也变大,当二次回路开路时,U将上升 到危险的幅值,它不但影响电流传变的准确度 ,而且可能损坏二次回路的绝缘,烧毁电流互 感器铁芯。所以电压互感器的二次回路不能开 路。一、概述(3)w正确使用电流互感器的意义:正确地选择和配 置电流互感器型号、参数,将继电保护、自动 装置和测量仪表等接入合适地次级,严格按技 术规程与保护原理连接电流互感器二次回路, 对继电保护等设备的正常运行,确保电网安全 意义重大。二、电流互感器的基本参数(1) w一次参数 w电流互感器的一次参数主要有一次额定电压与 一次额定电流。 w一次额定电压的选择主要是满足相应电网电压 的要求,其绝缘水平能够承受电网电压长期运 行,并承受可能出现的雷电过电压、操作过电 压及异常运行方式下的电压,如小接地电流方 式下的单相接地(电压上升 倍)。二、电流互感器的基本参数(2)w一次额定额定电流的考虑较为复杂,一般应满 足以下要求: 1)应大于所在回路可能出现的最大负荷电流,并 考虑适当的负荷增长,当最大负荷无法确定时 ,可以取与断路器、隔离开关等设备的额定电 流一致。 2)应能满足短时热稳定、动稳定电流的要求。一 般情况下,电流互感器的一次额定电流越大, 所能承受的短时热稳定和动稳定电流值也越大 。二、电流互感器的基本参数(3)3)由于电流互感器的二次额定电流一般为标准的 5A与1A,电流互感器的变比基本有一次电流额 定电流的大小决定,所以在选择一次电流额定 电流时要核算正常运行测量仪表要运行在误差 最小范围,继电保护用次级又要满足10误差 要求。 4)考虑到母差保护等使用电流互感器的需要,由 同一母线引出的各回路,电流互感器的变比尽 量一致。二、电流互感器的基本参数(4)5)选取的电流互感器一次额定电流值应与国家标 准GBl208-1997推荐的一次电流标准值相一致 。二、电流互感器的基本参数(5)w二次额定电流 w在GB12081997中,规定标准的电流互感器二 次电流为1A和5A。变电所电流互感器的二次额定电流采用5A还是1A,主要决定于 经济技术比较。在相同一次额定电流、相同额定输出容量的情况 下,电流互感器二次电流采用5A时,其体积小,价格便宜,但电 缆及接入同样阻抗的二次设备时,二次负载将是1A额定电流时的 25倍。所以一般在220kV及以下电压等级变电所中,220kV回路数 不多,而10110kV 回路数较多,电缆长度较短时,电流互感器 二次额定电流采用 5A的。在 330kV及以上电压等级变电所, 220kV 及以上回路数较多,电流回路电缆较长时,电流互感器二 次额定电流采用1A的。二、电流互感器的基本参数(6)w为了既满足测量、计量在正常使用的精度及读 数,又能满足故障大电流下继电保护装置的精 工电流及电流互感器10误差曲线要求,二个 回路常采用不同次级、不同变比。也可用中间 抽头来选择不同变比。 w电流互感器的变比也是一个重要参数。当一次 额定电流与二次额定电流确定后,其变比即确 定。电流互感器的额定变比等于一次额定电流 比二次额定电流。二、电流互感器的基本参数(7)w电流互感器额定输出容量:电流互感器的额定 输出容量是指在满足额定一次电流、额定变比 条件下,在保证所标称的准确度级时,二次回 路能够承受的最大负载值,其单位一般用伏安 表示。根据 GBl2081997规定,额定输出容 量的标准值有5、10、15、20、25、30、40、 50、60、80、100VA。二、电流互感器的基本参数(8)w电流互感器二次回路的负载SL可以下式计算: SL=Ie2(K1ZL+K2Z1+Zjc) 其中,Ie二次额定电流,AZL二次设备阻抗,Zl二次回路连接导线的阻抗,Zjc二次回路连接点接触电阻,取决于连接点 多少与接触是否良好,一般取O.05O.1K1 二次设备的接线系数K2 二次回路连接导线的接线系数二、电流互感器的基本参数(9)w电流互感器二次输出容量Se必须大于二次负载 SL,并留有适当裕度。 二、电流互感器的基本参数(10)w测量、计量用电流互感器各接线方式时 的接线系数(ZL0为零线中负荷阻抗) 接线 方式单相三相 星形两相星形两相差接三角形ZL0=ZLZL0=0K22123K11113二、电流互感器的基本参数 (11)w继电保护用电流互感器在各种接线方式 时不同短路类型下的接线系数 见附表二、电流互感器的基本参数(12)w电流互感器的电流互感器的准确度: w为了保证计量、测量的准确性,保证保 护装置动作可靠、正确,电流互感器必 须达到一定的准确度。在国家标准 GBl2081997中,规定测量用电流互感 器的准确度等级分为0.1、0.2、0.5、1 、3、5等六个标准,这是一个相对误差 标准。二、电流互感器的基本参数(13)w其中0.11的四个标准其二次负荷应在额定负 荷的25100间,35两个标准其二次负 荷应在额定负荷的50100间,否则准确 度不能满足要求。所以对负荷范围广,准确度 要求高的场合,可以采用经补偿的0.2s和O.5s 电流互感器,该互感器在1120负荷间均 能满足准确度要求。对测量用电流互感器除了 幅值准确度要求外,还有角度误差要求。二、电流互感器的基本参数(13)w继电保护用电流互感器的准确度级要求一般没 有测量的高,但由于要求其在故障大电流时有 较好的传变特性,所以在相对误差下有一个短 路电流倍数的要求。一般用PM表示,如5P10 ,其含义是在10倍互感器额定电流下的短路电 流时,其误差满足5的要求。式中是准确 度等级,M是保证准确度的允许最大短路电流 倍数。在标准GBl2081997中,规定5P、10P 两个准确度级。三、电流互感器的10误差(1)w校核保护用电流互感器10误差的意义:对保 护用电流互感器,必须按实际的二次负载大小 及系统可能出现的最大短路电流进行10校核 。电流互感器的10误差是继电保护装置对其 的最大允许值,也是各类保护装置整定的依据 。所以10误差曲线的计算非常重要,特别是 对母差保护、变压器及发电机的差动保护,由 于这类保护的定值较灵敏,它们的整定依据之 一就是躲过各侧电流互感器按10误差计算出 来的最大综合误差。 三、电流互感器的10误差(2)w电流互感器10误差的校核方法:主要是计算 出在最大短路电流时二次回路的最大允许阻抗 ,与该二次回路的实际阻抗进行比较,该实际 阻抗必须小于最大允许阻抗。三、电流互感器的10误差(3)w负载阻抗可以按式Z=(K1ZL+K2Z1+Zjc)计算得出 ,但现场多为实际测量后计算得出。在现场测 量时应选择负载最大的支路。如例图,在AN间 通入交流电流I,测得两端电压为U,可以按式Z=U/I 计算出(计算中可以只考虑负载阻抗的幅值) 例图131电流互感器测量二次负载接线图需要注意的是,测量二次负载阻抗必须包括连接电缆与所有 可能接入的负载,必须用50Hz的交流试验电源,在无法判定哪一 相或哪一种接线二次负载最大时,应测量所有方式下的二次负载 ,取其中的最大值。 三、电流互感器的10误差(4)w为校核电流互感器误差是否满足要求,还必须 绘制其10误差曲线。该曲线的绘制需要做试 验测量电流互感器的直流电阻R, 0.510A的 伏安特性,然后根据公式计算出一组数据。按 这组数据可以在Zm坐标图上绘出不同短 路电流倍数下满足10误差要求的允许最大阻 抗曲线,在根据可能出现的最大短路电流倍数 可以查找出该短路电流下允许的最大负载阻抗 ,当结果符合要求时,可以认为该电流互感器 是满足10误差的。 三、电流互感器的10误差(5)w计算举例 w例图132电流互感器10误差曲线图三、电流互感器的10误差(6)w电流互感器10误差无法满足时可用以下措施解决: 1)选择大容量的电流互感器; 2)加大连接二次回路电缆截面,减小连接电缆的阻抗; 3)在保护对电流互感器的二次接线方式没有特殊要求时, 可改变其接线方式以调整接线系数。例如,将不完全星 形接线改为完全星形接线;将三角形接线改成为星形接 线,这将使接线系数、调整为1; 4)加大电流互感器的一次额定电流,这样在同样的短路电 流情况下,短路电流的倍数m将减小; 5)将同一互感器相同变比的两个二次绕组串联使用,这将 使其串联后的伏安特性增加,容量增大。三、电流互感器的10误差(7)w两电流互感器二次回路的串联:二次串联的电 流互感器变比必须相同,一次回路必须工作在 同一电流下。串联后的变比不变,容量为两各 次级容量之和。 w两电流互感器二次回路的并联:两相同变比的 电流互感器次级并联后,变比为原来的1/2, 容量不变。四、保护用电流互感器的暂态特性(1)w系统发生短路故障时一定伴有电流的迅速的、 大幅值的变化,其中含有大的直流分量与丰富 的各次谐波分量,这种暂态过程在故障初期最 为严重。如果电流互感器没有较好的暂态特性 ,就无法准确进行信号的传变,严重时将发生 电流互感器饱和,造成保护装置拒动或误动。四、保护用电流互感器的暂态特性(2)w暂态过程的大小与持续时间与系统的时间常数 有关,一般220kV系统的时间常数不大于60ms ,500kV系统的时间常数在80200ms之间。系 统时间常数增大的结果,使短路电流非周期分 量的衰减时间加长,短路电流的暂态持续时间 加长。系统容量越大,短路电流的幅值也越大 ,暂态过程越严重。所以针对不同的系统要采 用具有不同暂态特性的电流互感器。四、保护用电流互感器的暂态特性(3)w暂态特性良好的电流互感器与普通电流互感器 相比,具有良好的抗饱和性能,这在制造中可 以通过增加铁芯的截面积、选用高导磁材料或 同时在铁芯中加入非磁性间隙等办法来改变磁 路特性。改变磁路特性的大小不同形成了等级 的暂态型电流互感器。四、保护用电流互感器的暂态特性(4)w目前暂态型电流互感器分为四个等级,分别用TPS、 TPX、TPY、TPZ表示。各等级暂态型电流互感器具有如 下特点。 1)TPS级为低漏磁电流互感器,铁芯中不设非磁性间隙, 暂态面积系数也不大,铁芯截面比稳态保护级大得不 多,无剩磁通限值,制造工艺比较简单。TPS级大多接 于高阻抗继电器做母线差动保护等用。 2)TPX级在铁芯中不设非磁性间隙,在同样的规定条件下 与TPY和TPZ级相比,铁芯暂态面积系数要大得多,无 剩磁通限值,只适用暂态单工作循环,不适合使用重 合闸的情况。四、保护用电流互感器的暂态特性(5)3)TPY级在铁芯中设置一定的非磁性间隙,其相对非磁性 间隙长度(实际非磁性间隙长度与铁芯磁路长度之比值 )大于O.1。剩磁通不超过饱和磁通的1O。由于限 制了剩磁,TPY级适用于双循环和重合闸情况。 4)TPZ级在铁芯中设置的非磁性间隙尺寸较大,一般相对 非磁性间隙长度要大于O.2以上,无直流分量误差限 值要求,剩磁实际上可以忽略。TPZ级准确级由于铁芯 非磁性间隙大,铁芯磁化曲线线性度好,二次回路时 间常数小,对交流分量的传变性能也好,但传变直流 分量的能力极差。 TPZ级铁芯截面积比TPY级要小,但 在制造上要满足指定的二次回路时间常数难度较大。四、保护用电流互感器的暂态特性(6)w普通保护级(P级)电流互感器是按稳态条件设 计的,暂态性能较弱,但一般能够满足220kV 以下系统的
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