电压互感器的二次回路.ppt

第四篇电气二次回路 第十四章电压互感器的二次回路 一 概述 1 电压互感器的作用 与电流互感器相同 电压互感器是隔离高电压 供继电保护 自动装置和测量仪表获取一次电压信息的传感器 一 概述 2 电压互感器的特点 是一种特殊型式的变换器 与不同电流互感器的是 它二次电压正比与一次电压 电压互感器的二次负载阻抗一般较大 其二次电流I U Z 在二次电压一定的情况下 阻抗越小则电流越大 当电压互感器二次回路短路时 二次回路的阻抗接近为0 二次电流I将变得非常大 如果没有保护措施 将会烧坏电压互感器 所以电压互感器的二次回路不能短路 一 概述 3 正确使用电压互感器的意义 正确地选择和配置电压互感器型号 参数 严格按技术规程与保护原理连接电压互感器二次回路 对降低计量误差 确保继电保护等设备的正常运行 确保电网的安全运行具有重要意义 二 电压互感器的基本参数 1 一次参数电压互感器的一次参数主要额定电压 其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 对于三相电压互感器和用于单相系统或三相系统间的单相互感器 其额定一次电压应符合GBl56 80 额定电压 所规定的某一标称电压 即 6 10 l5 20 35 60 ll0 220 330 500kV 对于接在三相系统相与地之间或中性点与地之间的单相电压互感器 其额定一次电压为上述额定电压的1 二 电压互感器的基本参数 2 二次额定电压电压互感器的二次电压标准值 对接于三相系统相间电压的单相电压互感器 二次额定电压为100V 对接在三相系统相与地间的单相电压互感器 当其额定一次电压为某一数值除以时 其额定二次电压必须为100 V 以保持额定电压比的不变 二 电压互感器的基本参数 3 接成开口三角的剩余电压绕组额定电压与系统中性点接地方式有关 大接地电流系统的接地电压互感器额定二次电压为l00V 小接地电流的接地电压互感器额定二次电压为100 3V 电压互感器的变比也是一个重要参数 当一次额定电压与二次额定电压确定后 其变比即确定 电压互感器的额定变比等于一次额定电压比二次额定电压 二 电压互感器的基本参数 4 二次额定输出容量电压互感器额定的二次绕组及剩余电压绕组容量输出标准值是1O 15 25 30 50 75 100 150 200 250 300 400 500VA 对于三相式电压互感器 其额定输出容量是指每相的额定输出 当电压互感器二次承受负载功率因素为0 8 滞后 负载容量不大于额定容量时 互感器能保证幅值与相位的精度 二 电压互感器的基本参数 5 除额定输出外 电压互感器还有一个极限输出值 其含义是在l 2倍额定一次电压下 互感器各部位温升不超过规定值 二次绕组能连续输出的视在功率值 此时互感器的误差通常超过限值 在选择电压互感器的二次输出时 首先要进行电压互感器所接的二次负荷统计 计算出各台电压互感器的实际负荷 然后再选出与之相近并大于实际负荷的标准的输出容量 并留有一定的裕度 二 电压互感器的基本参数 6 电压互感器的误差电磁式电压互感器由于励磁电流 绕组的电阻及电抗的存在 当电流流过一次及二次绕组时要产生电压降和相位偏移 使电压互感器产生电压比值误差 以下简称比误差 和相位误差 以下简称相位差 电容式电压互感器 由于电容分压器的分压误差以及电流流过中间变压器 补偿电抗器产生电压降等也会使电压互感器产生比误差和相位差 二 电压互感器的基本参数 7 电压互感器的比误差用下式计算 KnU2 U1 U1 100 其中 Kn 额定电压比 U1 一次的实际电压 V U2 一次施加U1电压时二次实测的电压 V 电压互感器的相位差 是指一次电压与二次电压相量的相位之差 相量方向以理想电压互感器的相位差为零来确定 当二次电压相量超前一次电压相量时 相位差为正值 相位差以 或crad表示 二 电压互感器的基本参数 8 电压互感器电压的变比误差和相位误差的限值大小取决于电压互感器的准确度级 GBl207 1997规定如下 1 对于测量用电压互感器的标准准确度级有 0 1 0 2 0 5 1 0 3 0五个等级 2 满足测量用电压互感器电压误差和相位误差有一定的条件 即在额定频率下 其一次电压在80 120 额定电压间的任一电压值 二次负载的功率因数为0 8 滞后 二次负载的容量在25 100 之间 测量用电压互感器的误差限值如表所示 二 电压互感器的基本参数 9 4 继电保护用电压互感器的标准准确度级有3P和6P两个等级 5 由于使用条件与目的不同 满足继电保护用电压互感器电压误差和相位误差的条件与测量的有所不同 其要求除额定频率下 二次负载的功率因数为0 8 滞后 二次负载的容量在25 100 之间外 其保证精度的一次电压范围为5 额定电压及额定电压因数相对应的电压下 3P与6P的误差限值相同 在2 额定电压下的误差限值为5 额定电压下的2倍 继电保护用电压互感器在3 额定电压下的误差限值如表 二 电压互感器的基本参数 10 五 电压互感器的型式电压互感器的型式多种多样 按工作原理分有电磁式电压互感器 电容式电压互感器 新型的光电式互感器 其中电磁式电压互感器在结构上又有三相式和单相式两种 在三相式电压互感器中又有三相二柱式和二相五柱式两种 从使用绝缘介质上又可分为干式 油浸式及六氟化硫等多种 二 电压互感器的基本参数 11 电磁式电压互感器的优点是结构简单 有长时间的制造和运行经验 产品成熟 暂态响应特性较好 其缺点是因铁芯的非线性特性 容易产生铁磁谐振 引起测量不准确和造成电压互感器的损坏 电容式电压互感器的优点是没有谐振问题 装在线路上时可以兼作高频通道的结合电容器 其主要缺点是暂态响应特性较电磁式差 三 电压互感器的二次回路接线 1 为了满足不同测量 继电保护及安全自动装置的使用 电压互感器有多种配置与接线方式 三 电压互感器的二次回路接线 2 电压互感器的设置所有使用系统电压的地点 都根据需要应该安装单相或三相电压互感器 图13 3是一个220kV变电所的典型电流 电压互感器配置图 该图中在220kV 110kV正副母线 35kV母线各设置了一组三相电压互感器 在220kV线路上设置了一组单相电压互感器 三 电压互感器的二次回路接线 3 电压互感器一般按以下原则配置 1 对于主接线为单母线 单母线分段 双母线等 在母线上安装三相式电压互感器 当其出线上有电源 需要重合闸鉴同期或无压 需要同期并列时 应在线路侧安装单相或两相电压互感器 2 对于3 2主接线 常常在线路或变压器侧安装三相电压互感器 而在母线上安装单相互感器以供同期并联和重合闸鉴无压 鉴同期使用 3 内桥接线的电压互感器可以安装在线路侧 也可以安装在母线上 一般不同时安装 安装地点的不同对保护功能有所影响 三 电压互感器的二次回路接线 4 4 对220kV及以下的电压等级 电压互感器一般有两个次级 一组接为星形 一组接为开口三角形 在500kV系统中 为了继电保护的完全双重化 一般选用三个次级的电压互感器 其中两组接为星形 一组接为开口三角形 5 当计量回路有特殊需要时 可增加专供计量的电压互感器次级或安装计量专用的电压互感器组 三 电压互感器的二次回路接线 5 6 在小接地电流系统 需要检查线路电压或同期时 应在线路侧装设两相式电压互感器或装一台电压互感器接线间电压 在大接地电流系统中 线路有检查线路电压或同期要求时 应首先选用电压抽取装置 通过电流互感器或结合电容器抽取电压 尽量不装设单独的电压互感器 500kV线路一般都装设三只电容式线路电压互感器 作为保护 测量和载波通信公用 三 电压互感器的二次回路接线 6 继电保护和测量用电压二次回路接线图14 1为典型的双母线或单母线分段主接线时的电压互感器二次回路接线原理图 图中可以看出 这里使用的是两组次级的电压互感器 一组次级三相接为星形 一组接为开口的三角形 星形的一组次级经小空气开关1 2 ZKK 电压互感器隔离开关辅助接点的重动继电器1 2 GWJ接点送至二次电压小母线1 2 YMa 1 2 YMb 1 2 YMc及YMN 这组小母线供保护装置与测量设备使用 图14 1典型电压互感器二次回路接线图 三 电压互感器的二次回路接线 7 由于计量装置对精度要求较高 所以从电压互感器星形接线出口处另有一组电压经熔断器3 5 6 8 RD 继电器1 2 GWJ接点送专用的计量小母线1 2 YMaj 1 2 YMbj 1 2 YMcj 为了减小回路压降 这组电压一般由电压互感器的二次端子箱经6mm2或更粗的电缆直接连接到计量柜上 三 电压互感器的二次回路接线 8 电压互感器另一组次级接为开口三角形 其一端直接连到小母线YMN上 另一端经继电器1 2 GWJ接点连接到小母线1 2 YML上 供需要零序电压的保护装置等使用 因为开口三角的零序电压输出正常运行时等于0 平时无法监视其回路是否有断线等情况 所有在该回路不安装空气开关或熔断器 电压互感器的二次接线要特别注意其线圈的极性 特别开口三角回路 由于平时没有电压 在新投运时要认真检查其极性是否符合保护装置方向保护要求 否则在系统发生故障时 可能造成具有方向性的保护该动的不动 二次不该动的误动 图14 1中的1SYMa就是为检查开口三角电压的极性及做零序方向保护的相量试验而设 通过测量该母线电压的极性 可以推断出3U0的极性 三 电压互感器的二次回路接线 9 图14 1中1QJ与2QJ为正副母电压互感器二次回路联络的联络继电器 当正副母电压互感器二次回路需要联络并符合联络条件是 该继电器动作 电压互感器二次回路的联络既可以手动 也可以自动 具体的联络条件在第五节中介绍 电压互感器的二次接线主要有 单相接线 单线电压接线 V V接线 星形接线 三角形接线 中性点接有消谐电压互感器的星形接线 各接线的连接方式如图14 2所示 图14 2常见电压互感器接线方式 三 电压互感器的二次回路接线 10 1 单相接线常用于大接地电流系统判线路无压或同期 可以接任何一相 但另一判据要用母线电压的对应相 如图14 2 a 其变比一般为U 100 需要时也可以选U 100 U 为一次相电压 2 接于两相电压间的一只电压互感器 主要用于小接地电流系统判线路无压或同期 因为小接地电流系统允许单相接地 如果只用一只单相对地的电压互感器 如果电压互感器正好在接地相时 该相测得的对地电压为零 则无法鉴定线路是否确已无压 如果错判则可能造成非同期合闸 具体接线如14 2 b 该接线也可用两只分别接于两相的单相电压互感器来代替 用两相间的线电压来判断无压或同期 其变比一般为U 100 三 电压互感器的二次回路接线 11 3 V V接线主要用于小接地电流系统的母线电压测量 它只要两只接于线电压的电压互感器就能完成三相电压的测量 节约了投资 但是该接线在二次回路无法测量系统的零序电压 当需要测量零序电压时 不能使用该接线 具体接线见图14 2 c 其变比一般为U 100 4 星形接线与三角形接线应用最多 常用于母线测量三相电压及零序电压 接线见14 2 d e 星形接线的变比一般为U 100 对三角形接线 在大接地电流系统中一般为U 100 在小接地电流系统中为U 100 3 三 电压互感器的二次回路接线 12 5 图14 2 f 为中性点安装有消弧电压互感器的星形接线 在小接地电流系统 当单相接地时允许继续运行2小时 由于非接地相的电压上升到线电压 是正常运行时的倍 特别间隙性接地还要暂态过电压 这将可能造成电压互感器铁芯饱和 引起铁磁谐振 使系统产生谐振过电压 所以使用在小接地电流系统的电压互感器均要考虑消谐问题 消谐措施有多种 在开口三角线圈输出端子上接电阻性负载或电子型 微机型消谐器是其中之一 图14 2 f 中在星形接线的中性点接一只电压互感器也能 使发生接地故障时各电压互感器上承受的电压不超过其正常运行值 也能起到消谐的作用 所以该电压互感器也称为消谐电压互感器 三 电压互感器的二次回路接线 13 5 图14 3为该接线的电压相量图 在10kV系统电压互感器的变比为10 0 1 中性点的消谐电压互感器变比为10 0 1 就是中性点电压互感器能工作在线电压下 当系统正常时 其相量图如图14 3 a 可以看出三相Ua Ub Uc对称 幅值等于相电压 中性点电压等于0 三相电压互感器均承受相电压 消谐电压互感器上的电压等于0 L上无电压输出 当系统发生单相接地时 如A相 其相量图如图14 3 b Ua变为0 Ub Uc上升到倍相电压 由于消谐互感器的存在 上承受电压的相量如图14 3 图14 3消谐电压互感器接线的电压相量图 三 电压互感器的二次回路接线 14 5 可以从图中看出 三个相电压线圈上承受的仍为相电压 零序电压3U0 UL的输出幅值也为相电压57 7V 这一点与三角形接线的输出为100V不同 三 电压互感器的二次回路接线 15 6 用以鉴定同期或线路无压的线路电压互感器常采用电容型或电压抽取装置 电压收取常见的有利用高频通道中的结合电容器来抽取电压 也有通过电流互感器的末屏来抽取的 利用电压抽取装置可做到不需要增加一次设备就可获得所需的二次电压 有较好的技术经济效益 三 电压互感器的二次回路接线 16 图14 4为利用高频结合滤波器的电压抽取装置原理图 等值电路图及相量图如图 该装置可接入OY 110 型或OY一220 型线路结合电容器回路中 结合电容器C1的电容量分别为0 066 F和0 0033 F 抽取装置内电容器C2约1 1 22 F C1与C2构成串联电容分压器 C2两端抽取电压约为500V 加在调相电阻R及中间变压器T的一次侧 抽取装置的输出电压C2的大小由T的匝数比确定 图14 4电压抽取装置原理及相量图 三 电压互感器的二次回路接线 17 由等值电路可见 通过C1的电流IC1相位超前U 相电压90 其值主要由C1的容抗来决定 可看作是一个不变的恒流源 IC1分成三个支路 即C2 R和T TC1 IR IT IC2 IC2 IC1 IR IT 变压器T一次电压UT落后IC2电流90 IR与UT同相 IT的相位取决于负载阻抗角 要调整输出电压U2的相位 就得改变UT的相位 也就是要改变IC2的相位 而改变IC2的相位 可通过调节负载的阻抗角和改变C2的大小而获得 在中间变压器T的二次侧设可调电阻 用来调节输出电压U2的相位 电压抽取装置的输出电压一般为100V或57V 输出电压的相位 可通过负载电阻来调节 输出容量最大为5VA或l0VA 电压误差不大于 7 角误差不大于 4 在抽取装置内还设有过电压保护器 火花间隙或低压阀式避雷器SP 防止一次系统的高压进入二次回路 三 电压互感器的二次回路接线 18 电压互感器二次回路的保护电压互感器相当与一个电压源 当二次回路发生短路时将会出现很大的短路电流 如果没有合适的保护装置将故障切除 将会使电压互感器及其二次线烧坏 电压互感器二次回路的保护设备应满足 在电压回路最大负荷时 保护设备不应动作 而电压回路发生单相接地或相间短路时 保护设备应能可靠地切除短路 在保护设备切除电压回路的短路过程中和切除短路之后 反应电压下降的继电保护装置不应误动作 即保护装置的动作速度要足够快 电压回路短路保护动作后出现电压回路断线应有预告信号 三 电压互感器的二次回路接线 19 电压互感器二次回路保护设备 一般采用快速熔断器或自动空气开关 采用熔断器作为保护设备 简单 能满足上述选择性及快速性要求 报警信号需要在继电保护回路中实现 采用自动空气开关作为保护设备时 除能切除短路故障外 还能保证三相同时切除 防止缺相运行 并可利用自动开关的辅助触点 在断开电压回路的同时也切断有关继电保护的正电源 防止保护装置误动作 或由辅助接点发出断线信号 三 电压互感器的二次回路接线 20 电压回路采用哪种保护方式 主要取决于电压回路所接的继电保护和自动装置的特性 当电压回路故障不能引起继电保护和自动装置误动作的情况下 应首先采用简单方便的熔断器作为电压回路的保护 在电压回路故障有可能造成继电保护和自动装置不正确动作的场合 应采用自动开关 作为电压回路的保护 以便在切除电压回路故障的同时 也闭锁有关的继电保护和自动装置 在实际工程中 通常在60kV及以下没有接距离保护的电压互感器二次回路和测量仪表专用的电压回路 都采用快速熔断器保护 对于接有距离保护的电压回路 通常采用自动开关作为保护设备 三 电压互感器的二次回路接线 21 近年来生产的距离保护装置一般都具有性能良好的电压回路断线闭锁装置 电压回路故障不会引起保护误动 有些运行现场在接有距离保护的电压回路也采用了熔断器作为电压回路的故障保护 运行情况良好 因此 电压回路的保护方式 要根据工程的具体情况确定 电压互感器二次侧应在各相回路和开口三角绕组的试验芯上配置保护用的熔断器或自动开关 开口三角形绕组回路正常情况下无电压 故可不装设保护设备 熔断器或自动开关应尽可能靠近二次绕组的出口处装设 以减小保护死区 保护设备通常安装在电压互感器端子箱内 端子箱应尽可能靠近电压互感器布置 四 电压二次回路的接地 1 电压互感器二次回路的接地 主要是防止一次高压串至二次侧时 可能对人身及二次设备造成威胁 其接地点与二次侧中性点接地方式 测量和保护电压回路供电方式 以及电压互感器二次绕组的个数有关 四 电压二次回路的接地 2 主要的电压互感器二次绕组接地方式 有B相接地和中性点接地两种 在DL T5136 2001 火力发电厂 变电所二次接线设计技术规定 中规定 大接地电流系统 电压互感器主二次绕组宜采用中性点直接接地方式 小接地电流系统 电压互感器主二次绕组 宜采用B相接地方式 B相接地 在小接地电流系统中 用两个单相电压互感器接成V V接线就可获得三个对称的线电压 可节省投资 在采用线电压同步的情况下 B相接地能简化同步回路接线 不会因相别搞错而造成非同期并列 但B相接地 不能测量相电压 也不能接绝缘监视仪表 为了安全 在采用B相接地的星形接线电压互感器中性点应通过击穿保险器接地 击穿保险器动作或A C相任一相接地 将造成二次绕组单相或两相短路 四 电压二次回路的接地 3 电压互感器二次绕组中性点直接接地方式 虽然要求用三台单相电压互感器接成星形接线 与B相接地相比要求增加一台电压互感器 但无论是对于大接地电流系统 还是对小接地电流系统 这种接地方式 接线比较简单 能获得相电压和线电压 接线的功能齐全 四 电压二次回路的接地 4 110 500kV系统为大接地电流系统 而10 35kV系统一般为小接地电流系统 在同一个变电所中电压互感器采用两种不同的接地方式 容易造成错误接线 影响测量仪表和继电保护的安全 也不利于运行维护 鉴于这种情况 在110 500kV变电所中各电压等级的电压互感器应统一采用一种接地方式 推荐采用零相接地 并且 全所各电压互感器二次回路共用一个零相电压小母线 YMN 在主控制室一点接地 在接地线上不应安装有可能断开的设备 当电压互感器离主控制室较远时 在变电所一次系统发生单相接地短路时 主控制室与电压互感器安装处的地电位差较大 为电压互感器的安全 应在配电装置处电压互感器二次绕组中性点加放电间隙或氧化锌避雷器 见图14 1 四 电压二次回路的接地 5 电压二次回路只能有一点接地 如果有两点接地或多点接地 当系统发生故障 地电网各点间有电压差时 将会有电流从两个接地点间流过 在电压互感器二次回路产生压降 该压降将使电压互感器二次电压的准确性受到影响 严重时将影响保护装置动作的准确性 四 电压二次回路的接地 6 线路电压互感器可以在配电装置处一点直接接地 也可以通过小母线 YMN 接地 当在配电装置处一点接地时 线路互感器的二次回路与母线电压互感器的二次回路不能有电的联系 否则会使电压二次回路出现两点接地或多点接地 如果通过小母线 YMN 接地 则应在配电装置处加装放电间隙或氧化锌避雷器 并且注意 在线路保护停用校验时 线路可能仍有旁路代路运行 不能因拆开至小母线的N600连线而使线路电压互感器二次侧失去接地点 五 电压二次回路的切换与联络 1 当电气主接线为双母线接线时 为了保证保护装置及测量 计量等设备采集的二次电压与一次对应 必须设置二次电压的切换回路 当双母线接线或单母线分段接线 一台电压互感器检修或因故停运时 一次可以通过改单母线运行来保证电压互感器停运母线的设备继续运行 这时需要将二次回路进行联络 以确保相应的保护 计量设备继续运行 五 电压二次回路的切换与联络 2 电压回路的联络双母线及单母线分段的电压联络回路见图14 1 其二次联络的条件 一是要在一次母联或分段断路器在合闸位置 并且两侧的隔离开关也在合闸位置时 联络继电器1QJ 2QJ才能动作 见图14 5 图14 5电压互感器二次回路联络接线图 五 电压二次回路的切换与联络 3 当一台电压互感器停运时 只有当停运电压互感器的一次隔离开关分开 并且二次电压总开关1ZKK或2ZKK断开 计量回路有单独熔断器时也应断开 时 二次回路才允许联络 在电压互感器停运或二次联络后要停用一台互感器时 要首先断开二次空气开关 否则二次回路的电压将到送到一次则 由于电压互感器的变比很大 一次的电容电流将使二次回路过载 造成正常运行的电压互感器次级总空气开关跳闸 影响计量及保护装置的正常运行 五 电压二次回路的切换与联络 4 如图14 6为一220kV电压互感器一相的联络回路图 其变比为 当副母电压互感器的隔离开关2G打开而二次空气开关2ZKK在合上位置时 倒送至一次的电压将产生一个电容电流I1 通过变比折算到二次的电流I2 Ni1 I2 2200I1 如果一次有电容电流5mA 二次将产生11A的电流 通过1ZKK的电流等于该电流加上全部二次负载电流 这将使1ZKK空气开关过载而跳闸 所以在电压互感器的二次侧各相线回路应串入电压互感器一次侧隔离开关的辅助触点 确保当一次侧断开时二次回路也断开 防止二次侧反充电 图14 6电压二次回路联络引起空气开关跳闸示意图 五 电压二次回路的切换与联络 5 二 正 副母间电压回路切换在一次主接线为双母线的变电所中 为使二次回路计量 保护等设备输入的二次电压能与一次运行的母线对应 二次电压必须作相应的切换 二次电压切换可以手动进行 如图14 7所示 由切换开关QK来选择计量 保护等设备是选用正母电压还是副母电压 图14 7手动电压切换回路图 五 电压二次回路的切换与联络 6 也可以进行自动切换 如图14 8所示 主要利用该单元隔离开关的辅助接点起动切换继电器1YQJ 2YQJ 由切换继电器的接点对电压回路进行切换 手动切换的好处是回路简单 连接可靠 但需要人为操作 而且一 二次操作不可能完全同步 自动切换能做到一 二次操作基本同步 但回路较手动切换复杂 对直流电源和隔离开关的辅助接点有依赖性 当直流电源消失或辅助接点接触不良时 1YQJ 2YQJ将返回 交流电压也将消失 图14 8自动电压切换回路图 五 电压二