电压互感器结构特点与选型要求.ppt

2020 4 12 1 电压互感器基本知识与选型要求 一 电压互感器基本原理电压互感器是一种专门用作变换电压的特种变压器 代号pt pressuretransformer 或vt voltagetransformer 电压互感器的一次绕组并联接在电力系统的线路中 二次绕组接有测量仪器 仪表 继电器等设备 这些设备就是电压互感器的二次负荷 根据电力线路的电压等级 电压互感器的一 二次绕组之间设置有足够的绝缘 以保证所有低压设备与高压隔离 图1 1pt工作原理图1 一次绕组 2 二次绕组3 铁心 4 二次负荷 2020 4 12 2 电压互感器基本知识与选型要求 总的来说 电压互感器的主要作用是将继电保护 测量仪表和计量装置的电压回路与高压一次回路安全隔离 并取得固定的100v或100 3v二次标准电压 这样可以减小仪表和继电器的尺寸 简化其规格 有利于这些设备小型化 标准化 1 基本工作原理在一次电压作用下 一次绕组流过励磁电流 也称空载电流 i0 并建立磁动势i0n1 在磁动势作用下产生的磁通 大部分通过铁心闭合且与一 二次绕组的全部匝数n1和n2相链 即为主磁通 m 另外还有极小的一部分经过绕组周围的非磁性介质闭合 而且并不是与绕组的全部匝数相链的磁通称为空载漏磁通 s0 主磁通在一 二次绕组中感应出电动势e1和e2 根据电磁感应定律得 2020 4 12 3 电压互感器基本知识与选型要求 一次感应电势的方均根值为 二次感应电势的方均根值为 所以 电压比 变比 为 2020 4 12 4 电压互感器基本知识与选型要求 2 分类 1 按用途分为 测量用与保护用电压互感器 2 按相数分为 单相与三相电压互感器 3 按变换原理分为 电磁式 vt 与电容式 ctv 4 按绕组个数分为 双绕组 三绕组和四绕组电压互感器 5 按一次绕组对地状态分为 接地互感器与不接地互感器 6 按装置类型分为 户内型与户外型 7 按绝缘介质分为 液体介质 油浸式 互感器 气体介质 sf6 互感器 固体介质 干式和浇注式 互感器 8 按绝缘水平分为 全绝缘 互感器高压绕组的两个出线端对地具有相同的绝缘水平 与半绝缘 互感器高压绕组的两个出线端具有不同的绝缘水平 其中一个的绝缘水平是降低了的 2020 4 12 5 电压互感器基本知识与选型要求 9 按铁心状态分为 全封闭 也称全浇注 即所有绕组与铁心完全被树脂浇注 与半封闭 也称半浇注 即先用树脂把一 二次绕组浇注固化 然后再安装铁心 铁心是外露的 3 电压互感器的构成电压互感器同电流互感器一样 也是由绕组 铁心和绝缘构成 常用的铁心有叠积式和卷芯式两类 绕组导线一般采用qq型 qz型等圆铜漆包线 绕组结构常采用筒形层式结构 宝塔形结构等 电压互感器的绝缘分为内绝缘和外绝缘 在油箱内或瓷套内的绝缘为内绝缘 在空气中的绝缘为外绝缘 内绝缘又分为主绝缘和纵绝缘 主绝缘为一次绕组及高压引线对铁心或接地部分或对其他绕组的绝缘 纵绝缘为绕组的线匝间 层间 线段间的绝缘 2020 4 12 6 电压互感器基本知识与选型要求 4 电压互感器型号代码说明 1 jdz10 10c1 j 电压互感器 d 单相 z 浇注式 10 设计序号 10 电压等级 c1 结构代号 2 jszvr2 10c1 j 电压互感器 s 三相 z 浇注式 v v 型接线方式 r 带有熔断器保护 2 设计序号 10 电压等级 c1 结构代号 3 jdzx10 10c1g j 电压互感器 d 单相 z 浇注式 x 带有剩余电压绕组 10 设计序号 10 电压等级 c1 结构代号 g 全绝缘 4 jdzx10 10n j 电压互感器 d 单相 z 浇注式 x 带有剩余电压绕组 10 设计序号 10 电压等级 n n中性点pt 5 jdzx11 10s j 电压互感器 d 单相 z 浇注式 x 带有剩余电压绕组 11 设计序号 10 电压等级 s 三绕组 2020 4 12 7 电压互感器基本知识与选型要求 二 电压互感器的主要技术参数1 额定电压和额定电压比电压互感器的误差 发热以及绝缘性能要求都是以额定电压为基数做出相应规定的 因此额定电压是作为互感器性能基准的电压值 对一次绕组而言 就是一次额定电压 对二次绕组而言 就是二次额定电压 额定一次电压与额定二次电压之比称为额定电压比 实际一次电压与实际二次电压之比称为实际电压比 由于电压互感器存在误差 额定电压比与实际电压比是不等的 互感器的额定一次电压依电力系统的额定电压而定 因为电力系统的额定电压是以相间电压 线电压 标称的 所以单相不接地电压互感器一次绕组额定电压是系统的额定电压 二次额定电压为100v 2020 4 12 8 电压互感器基本知识与选型要求 单相接地电压互感器一次绕组额定电压是电力系统额定电压的1 3 即额定相电压 二次绕组额定电压为100 3v 三相电压互感器一次绕组额定电压是电力系统额定线电压的1 3 二次绕组额定电压为100 3v 标准gb1207 1997与iec60044 2对绝缘水平的要求 kv 2020 4 12 9 电压互感器基本知识与选型要求 2 电压互感器的误差由于电压互感器存在阻抗压降 使得一 二次电压之比不等于一 二次匝数比 同时一 二次电压在相位上也有差异 这就是说电压互感器出现了误差 在数值上的差别称为电压误差 比值差 在相位上的差异称为相位差 国家标准1207 1997对电压误差的定义是 以百分数表示的电压误差用下式表示 式中kn 额定电压比 u1 实际一次电压 v u2 在测量条件下 施加u1时的实际二次电压 v 用文字来表述就是 电压误差等于实际二次电压乘以额定电压比后与一次电压之差 并以后者的百分数表示 2020 4 12 10 电压互感器基本知识与选型要求 例如某变比为10 0 1kv的pt二次实际电压为100 5v 则电压误差为 100x100 5 10000 10000 x100 0 5 gb1207对相位差的定义是 互感器一次电压相量与二次电压相量的相位之差 相量方向是以理想互感器中的相位差为零来决定的 若二次电压相量超前一次电压相量 则相位差为正值 它通常用分 或者厘弧度 crad 表示 电压误差和相位差的限值在额定频率和80 120 测量用 或者5 150 或190 保护用 额定电压之间的任一电压和功率因数为0 8 滞后 的二次负荷在25 100 间的任意值下 电压互感器的电压和相位差不应超过下表所列限值 2020 4 12 11 电压互感器基本知识与选型要求 gb1207 1997与iec60044 2对电压误差和相位差限值如下 2020 4 12 12 电压互感器基本知识与选型要求 as1243 1998标准对电压误差与相位差的限值如下 l 试验用互感器 m 测量用互感器 p 保护用互感器 r 剩余电压用互感器 其中1 crad 34 4 l p对应的一次电压范围是0 05 1 5 m r对应的一次电压范围是0 9 1 1 2020 4 12 13 电压互感器基本知识与选型要求 3 额定输出在额定二次电压及接有额定负荷的条件下 互感器供给二次回路的视在功率值 以伏安表示 国家标准gb1207 1997 电压互感器 规定的标准值为 10 15 25 30 50 75 100 150 200 250 300 400 500va 对于给定的一台互感器 如果它的一个额定输出是标准值并符合一个标准准确级 则在规定其他额定输出时 可允许其是非标准值 但要求其符合另一个标准准确级 例如可以取45va0 2级 但不能取50va0 3级 因为0 3级不是标准准确级 2020 4 12 14 电压互感器基本知识与选型要求 4 额定电压因数接地电压互感器的额定电压因数与系统中性点接地方式密切相关 三相系统的中性点有以下几种不同接地方式 中性点绝缘系统除经保护 测量用的高阻抗接地外 中性点不接地的系统 在这种系统发生单相接地故障时 接地短路电流也就是对地电容电流很小 系统线电压的对称不被破坏 可以维持较长时间的运行 以便运行人员寻找故障点并设法消除故障 中性点经阻抗 例如消弧线圈或适当的阻抗 接地系统随着线路的增长和电压的提高 中性点绝缘系统发生单相接地故障时 接地短路电流增加 接地电弧往往发生重燃 出现过电压 为此 在系统中性点和地之间接入一消弧线圈以补偿电容电流 减少流经故障点的电流 中性点经消弧线圈接地的系统又称谐振接地系统 2020 4 12 15 电压互感器基本知识与选型要求 上述两种系统又称中性点非有效接地系统 或小接地电流系统 在我国 额定电压66kv及以下电力系统都是中性点非有效接地系统 中性点直接接地系统又称大接地电流系统 因为中性点直接接地 当发生单相接地故障时 短路电流很大 为了限制短路电流 往往只将部分变压器的中点接地 或经低阻抗接地 这种系统又称中性点有效接地系统 在我国 额定电压220kv及以上系统都是中性点有效接地系统 110kv系统大多是中性点有效接地系统 只在少数雷击较频繁地区的110kv系统才采用中性点非有效接地系统为了满足不同系统的使用要求 gb1207规定了电压互感器的额定电压因数的要求 额定电压因数是一个与额定一次电压相乘的系数 用以确定互感器必须满足规定时间内的有关热性能要求并满足有关准确级要求的最高电压 额定电压因数的标准值列于下表 2020 4 12 16 电压互感器基本知识与选型要求 gb1207 1997额定电压因数标准值 2020 4 12 17 电压互感器基本知识与选型要求 1 按系统接地方式 电压互感器分为接地电压互感器和不接地电压互感器 注意 这里所指的 接地 是一次绕组接地 二次绕组无论哪种互感器都是要求接地的 不接地电压互感器的一次绕组对地是绝缘的 为了检测接地故障 一般都采用接地电压互感器 接地电压互感器均设有剩余电压绕组 利用剩余电压绕组的输出电压 检测系统的接地与否或对地绝缘状况 2 电压互感器有额定电压的规定 这个参数实际是针对接地电压互感器的 对不接地电压互感器 额定电压因数均取1 2 接地电压互感器的额定电压因数与系统接地方式有关 除了在额定电压因数1 2情况下 长期连续运行外 不同接地方式下的接地电压互感器对额定电压因数另有规定 1 额定电压因数是在可能的最高工作电压下 发生单相接地故障时 系统完好相对地电压对额定电压的比值 根据这一定义 额定电压因数取决单相接地情况下的系统完好相对地电压 显然 该电压取决于系统接地方式 2020 4 12 18 电压互感器基本知识与选型要求 额定电压因数为fv 1 1 3ke ke为接地系数 2 对中性点有效接地系统 ke 80 中性点非有效接地系统 ke 100 则相应的额定电压因数分别为 1 1 0 8 3 1 5和1 1 3 1 9 注意 在接地故障情况下 中性点有效接地系统应通过保护装置在30s内切除 而中性点非有效接地系统 则应通过检测装置 探测其位置 并在8h内予以切除 3 电压互感器二次回路应可靠接地 并且每个绕组只能一点接地 2020 4 12 19 电压互感器基本知识与选型要求 5 出线端子标志线电压 相对相 互感器的一次端子标志为a b 二次端子标志为a b 相电压 相对地 互感器的一次端子标志为a n 二次端子标志为a n da dn da dn为剩余电压绕组出线端子标志 如有剩余电压绕组 当有两个或更多二次绕组时 分别在字母后加序号予以区别 例如 1a 1b 1n 2a 2b 2n 等 端子标志一经标定 就决定了电压互感器的极性 一般为减极性 2020 4 12 20 电压互感器基本知识与选型要求 四 影响互感器的主要参数 b 磁场密度 u2 二次电压 f 频率 ac 铁心截面积 n2 二次匝数 对于电压互感器 对磁密的选择是至关重要的 因为磁密的大小关系到铁心的饱和程度 磁密过大 铁心饱和点降低 磁密过小 二次匝数增多 同时一次匝数也增多 这样会降低互感器的准确级 这都对电压互感器的运行带来影响 甚至会烧毁互感器 当互感器运行时 铁心截面与二次匝数是定的 所以运行过程中的电压与频率都会影响磁密 2020 4 12 21 电压互感器基本知识与选型要求 伏安特性曲线jdzx10 10c110 3 0 1 3 0 1 30 5 3p50 50vaf 50hz 横坐标 0 2 1倍额定电压 纵坐标 0 2 5a励磁电流 饱和点 1 95倍额定电压左右 2020 4 12 22 电压互感器基本知识与选型要求 根据以上公式与曲线来分析电压互感器的特性1 电压特性由于负载电流is与一次电压up基本上成比例 故由负载引起的比差和角差基本上不随一次电压变化 空载比差和角差则随一次电压变化而改变 这是因为互感器的铁心磁化特性是非线性的 其励磁电流ie取决于一次电压up 在磁化特性的起始阶段 随着一次电压的上升 铁心磁密b增大 导磁率增大 ie up减小 互感器误差减小 当导磁率达最大时 空载误差最小 若继续增大一次电压 由于导磁率降低 空载误差将增大 2 负荷特性保持准确度的负载是有范围限制的 当正常负荷超过额定负荷的限制范围时 准确度将大大降低 所以在确定互感器二次负载时一定要实事求是 不要过大的提高二次负载 使误差增大 2020 4 12 23 电压互感器基本知识与选型要求 3 频率特性由于当一次电压不变时 磁密与频率成反比 即频率降低 磁密b增大 而励磁电流ie随着b增大而增大 又因为电压互感器的误差是由励磁电流和负荷电流流经电压互感器绕组的阻抗产生电压降而引起的 所以ie的增大会使互感器超差 另外由于磁密b的增大 会导致铁心饱和点降低 容易产生谐振 4 过电压及其限制很多关于电压互感器的故障都是因为过电压引起的 所以了解过电压与限制过电压是不可避免的 电磁式电压互感器当其伏安特性不良 并在系统中性点电位偏移 瞬间电弧接地或进行倒闸操作的激发下都可能产生铁磁谐振过电压 对于中性点非有效接地系统 即中性点不接地或经消弧线圈接地的电力系统 伏安特性的起始饱和由中性点不稳定过电压确定 其最低值一般不低于1 2 1 4un 对中性点有效接地的电力系统 伏安特性的起始饱和电压应不低于1 2 1 4un 3 2020 4 12 24 电压互感器基本知识与选型要求 当电压互感器伏安特性的起始饱和电压较低 易于产生铁磁谐振过电压时 应采取必要的消谐措施 在中性点非有效接地系统中 传统的消谐方法是在电压互感器零序电压线圈 开口三角绕组 的端口接入300w左右的白炽灯或专用的电子消谐装置 在中性点有效接地系统中 一般都接入专用的电子消谐装置或采用电容式电压互感器 如果在比较容易产生谐振的线路系统 最好使用4pt组合式防谐振电压互感器 此pt的三个主pt必须是全绝缘的 零序pt可以是半绝缘的 使用时要根据厂家提供的防谐振接线图来接线 2020 4 12 25 电压互感器基本知识与选型要求 2020 4 12 26 电压互感器基本知识与选型要求 五 电压互感器的选型要求1 依电力系统的额定电压确定互感器的额定一次电压 额定二次电压一般为100v或100 3v 为满足接地保护的需要 应增加剩余电压绕组 该绕组的额定电压为 中性点有效接地系统为100v 中性点非有效接地系统为100 3v 2 依开关柜要求参考产品样本选择满足尺寸要求的互感器 从而确定互感器的型号 3 准确级与二次负荷的选择 选择二次负荷应满足继电保护 测量仪表和计量装置的要求 二次负荷并不是越大越好 因为相应的容量只保证在25 100 负荷下满足相应准确级的要求 再者负荷越大复合误差也越大 也就是说 如果想提高二次负荷必须降