熊小伏教授毕业设计讲座01.docx
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熊小伏教授毕业设计讲座01
电力系统继电保护专题讲座
互感器与保护二次回路
1互感器
图1互感器
图235kV电压互感器
图3断路器，其中两个支臂装有电流互感器
图4电容式电压互感器（CVT）
1.1电压互感器
1.1.1定义
电压互感器（TV，VoltageTransformer；PT，PotentialTransformer）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。
1.1.2符号
左图多见于国标、欧标，右图是美标。
1.1.3电压互感器使用注意事项
电压互感器的二次回路不能短路。
电压互感器也是一种特殊形式的变换器，其二次电压正比于一次电压，近似为一个电压源，正常使用时电压互感器的二次负载阻抗一般较大。
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于零，二次电流将变得非常大，如果没有保护措施，将会烧坏电压互感器。
1.1.4电压互感器类型
电压互感器的类型多种多样。
按工作原理分有：
1）电磁式电压互感器
图5电磁式电压互感器等值电路图
2）电容式电压互感器（CVT）
图6电容式电压互感器连接图
3）光电、电子式电压互感器（OVT/EVT）
图7OET工作原理图
电磁式电压互感器按结构：
从使用绝缘介质上可分为：
干式、油浸式及六氟化硫等多种。
1.1.5电压互感器的基本参数
1.1.5.1一次参数
电压互感器的一次参数主要是额定电压。
电压互感器的额定一次电压应根据所接系统的标称电压确定。
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。
对于二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GB所规定的某一标称电压，即6kV、10kV、15kV、20kV、35kV、60kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV、1000kV。
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
。
1.1.5.2二次额定电压
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。
即系统正常运行时电压互感器二次线电压为100V，相电压为57.7V。
接成开口三角形的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100V，小接地电流系统的接地互感器额定二次电压为100/3V。
1.1.5.3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（简称变比误差）和相位误差（简称相位差）。
变比误差
相位差
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。
表1测量用电压互感器误差限值
准确度等级
变比误差±（%）
相位差±（′）
0.1
0.1
5
0.2
0.2
10
0.5
0.5
20
1.0
1.0
40
3.0
3.0
不规定
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。
此处P表示protection，保护用。
表2保护用电压互感器误差限值
准确度等级
变比误差±（%）
相位差±（′）
3P
3.0
120
6P
6.0
240
1.1.6电压互感器的二次回路接线
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、星形联结、开口三角形联结、中性点接有消弧电压互感器的星形联结。
图8单相接线
图9单线电压接线
图10V/V接线
图11星型联接
图12开口三角形联接
图13中性点接有消弧电压互感器的星形联结
1.1.7电压互感器二次回路保护
电压互感器相当于一个电压源，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绕组烧坏。
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。
电压互感器二次侧应在各相回路和开口三角形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。
1.1.8电压互感器的二次回路接地
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。
电压互感器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问流过，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选择性。
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。
1.2电流互感器
1.2.1电流互感器工作原理
电流互感器（TA，CT，CurrentTransformer）就是把大电流按比例降到可以用仪表直接测量的数值，以便用仪表直接测量，并作为各种继电保护的信号源。
电流互感器的一次绕组串联在电力线路中，线路电流就是互感器的一次电流，二次绕组外部接有测量仪表和保护装置作为二次绕组的负荷。
1.2.2符号
左图用在画二次电路图，右图用在画一次电网图。
1.2.3电流互感器使用注意事项
运行中的电流互感器，二次回路必须接有负荷或直接短路，如果在一次绕组有电流的情况下，二次开路，则二次反磁势不再存在，一次电流全部用来励磁，铁心中的磁感应急剧增加，二次感应电势急剧上升。
此时因铁心饱和，磁通波形将变成平顶波，二次电压很高，当出现很高的开路电压时，会对二次绕组的绝缘和测量及继电保护装置构成威胁，所以电流互感器运行时，应特别注意防止二次绕组开路。
1.2.4电流互感器极性
电流互感器极性：
电流互感器一次侧“”端与二次侧“”端为同极性端。
如电流互感器一、二次侧的始端L1，和K1、末端L2和K2分别为同极性端。
参考方向采用“减极性”。
“一次同名端流入，二次同名端流出”。
图14电流互感器参考方向示意图
1.2.5电流互感器接线方式
①两相不完全星形联结用于35kV及以下电压等级小电流接地系统，可以获得A、C相电流。
②三相完全星形联结用于110kV及以上电压等级大电流接地系统，可以获得三相相电流。
③三相完全星形联结的中线上可以获得三相电流之和，即3倍的零序电流，反应于接地故障时产生的零序电流。
图15两相不完全星型
图16三相完全星型
图17零序电流获得
1.2.6电流互感器参数
1.2.6.1一次电流选取
电流互感器应根据其所属一次设备的额定电流或最大工作电流选择适当的额定一次电流。
额定一次电流（Ipn）的标准值为:
10，12.5，15，20，25，30，40，50，60，75A以及它们的十进位倍数或小数。
电流互感器的额定连续热电流（Icth）、额定短时热电流（Ith）和额定动稳定电流（Idyn）应能满足所在一次回路的最大负荷电流和短路电流的要求，并应适当考虑系统的发展情况。
1.2.6.2二次电流选取
电流互感器额定二次电流有1A和5A两类。
a）对于新建发电厂和变电所，有条件时电流互感器额定二次电流宜选用IA。
b）如有利于互感器安装或扩建工程原有电流互感器采用5A时，以及某些情况下为降低电流互感器二次开路电压，额定二次电流可选用5A。
c）一个厂站内的互感器额定二次电流允许同时采用1A和5A。
1.2.6.3电流互感器误差
图18电流互感器等值电路图
不难看出，TA产生误差的根本原因来自于励磁电流，由于一次电流中有一部分流入励磁支路而不变换至二次侧。
影响TA误差的主要因素是二次负载及一次电流大小。
二次负载越大，分流到励磁回路的励磁电流也越大，造成TA误差增大。
一次电流增大时，TA铁心趋向饱和，励磁阻抗下降也会导致励磁电流增大，TA误差增大。
继电保护使用的TA误差极限多为10%，在误差为10%情况下二次阻抗与一次电流的关系曲线称为10%误差曲线，如图所示，图中m为一次电流倍数，ZLmax为允许的最大二次负荷阻抗。
图19电流互感器10%误差曲线
电流互感器的准确度分为测量用电流互感器的准确度级和保护用电流互感器的准确度级。
测量用电流互感器的准确度级分为0.1、0.2、0.5、1、3、5六个标准。
特殊用途（S类）两类，0.2S和0.5S。
一般的测量用电流互感器的准确度采用0.5级，计量回路可采用0.2级的电流互感器。
保护用电流互感器分为两大类:
a）P类（P意为保护）电流互感器。
包括PR和PX类。
该类电流互感器的准确限值是由一次电流为稳态对称电流时的复合误差或励磁特性拐点来确定的。
b）TP类（TP意为暂态保护）电流互感器。
该类电流互感器的准确限值是考虑一次电流中同时具有周期分量和非周期分量，并按某种规定的暂态工作循环时的峰值误差来确定的。
该类电流互感器适用于考虑短路电流中非周期分量暂态影响的情况。
P类电流互感器有5P和10P两个准确度级。
在表示保护用电流互感器准确度级时，通常也将准确限值系数一并写出，例如，某保护用电流互感器的准确度级为5P20，其中20即为准确限值系数。
整个含义是：
P表示该互感器是供保护用的，20表示在一次侧流过的最大电流为其一次额定电流20倍时，5表示该互感器的综合误差不大于5%。
表3保护用电流互感器误差限值
准确度等级
比值误差±（%）（额定一次电流下）
复合误差±（%）（额定准确度限值的一次电流下）
相位差±（′）
5P
1
5
60
10P
3
10
—
1.2.7电流互感器变比选取示例
某几个保护使用5P20电流互感器，已知二次电流采用5A，其各自的流过的额定电流和短路电流分别如表所示，请选取电流互感器变比。
额定一次电流的标准值为:
10，12.5，15，20，25，30，40，50，60，75A以及它们的+进位倍数或小数。
表4互感器变比选取示例
TA序号
额定电流IE,A
最大短路电流ISC,A
ISC/20,A
TA变比
1
131
4640
232
250/5
2
394
14715
736
750/5
3
1093
14715
736
1250/5
1.3思考题
（1）为什么TV二次回路严禁短路?
（2）为什么TA二次回路严禁开路?
（3）TA电流参考方向是如何规定的?
规定参考方向下一次电流与二次电流相位关系如何?
（4）如何获得零序电压?
（5）如何获得零序电流?
2保护图纸
2.1原理图
保护原理图分为归总式原理图和展开式原理图。
归总式原理图绘出了设备之间连接方式，继电器等元件绘制为一个整体，该图便于说明保护装置的基本工作原理。
展开式原理图中各元件不画在一个整体内，以回路为单元说明信号流向，便于施工接线及检修。
以三段式电流保护原理图为例。
2.1.1归总式原理图
①I段保护测量元件由1KA、2KA组成，电流继电器动作后起动1KS发I段保护动作信号并由出口继电器1KM接通QF跳闸回路。
②Ⅱ段保护测量元件由3KA、4KA组成，电流继电器动作后起动时间继电器1KT，1KT经延时起动2KS发Ⅱ段保护动作信号并由出口继电器1KM接通QF跳闸回路，1KT延时整定值为电流Ⅱ段动作时限。
I、II段保护共同构成主保护，可共用一个出口继电器。
③Ⅲ段保护测量元件由5KA、6KA组成，电流继电器动作后起动时间继电器2KT，2KT经延时起动3KS发Ⅲ段保护动作信号并由出口继电器2KM接通QF跳闸回路2KT延时整定值为电流班段动作时限。
Ⅲ段保护为后备保护，为提高保护动作可靠性可以独立使用一个出口继电器。
归总式原理图表示保护装置的构成很直观，但是二次接线难于编号，交、直流各种回路集中在一张图上，安装施工，检修困难。
图20归总式原理图
2.1.2展开式原理图
按交流电流（电压）、直流逻辑、信号、出口（控制）回路分别绘制。
①交流回路:
由于没有使用交流电压，这里只有电流回路。
由图可以清楚地看到，1KA、3KA、5KA测量A相电流，而2KA、4KA、6KA测量C相电流。
②直流逻辑回路:
由1KA、2KA以或逻辑构成I段保护，无延时起动信号继电器1KS、中间继电器（出口继电器）1KM。
3KA、4KA构成Ⅱ段保护，起动时间元件1KT，1KT延时起动2KS、1KM。
5KA、6KA构成Ⅲ段保护，起动时间元件2KT，2KT延时起动3KS、2KM。
③信号回路:
1KS、2KS、3KS触点闭合发出相应的保护动作信号，根据中央信号回路不同，具体的接线也不同（例如信号继电器触点可以启动灯光信号、音响信号等），图中未画出具体回路。
④出口回路:
出口中间继电器触点接通断路器跳闸回路，完整的出口回路应与实际的断路器控制电路相适应，图中仅为出口回路示意图。
图21展开式原理图
图2235kV电流、电压回路
a）一次接线b）交流电路展开图c）交流电压回路展开图
2.2微机保护逻辑图
2.2.1主要逻辑符号
2.2.1.1与（and）
2.2.1.2或（or）
2.2.1.3非（not）
2.2.1.4延时（delay）
左图为固定延时，中间为从0开始可调延时，右图为从t1开始倒计时
2.2.2保护逻辑框图示例
微机型保护将母线电压、线路电流经模数转换变为数字量，在程序中进行判别；许多个电流、时间元件在保护内部由程序实现，并设有相应的触点、线圈；微机保护的直流逻辑部分常以逻辑框图表示。
微机保护同样有交流回路、信号、出口回路。
图23三段式电流保护逻辑框图
图24变压器差动保护逻辑框图
2.2.3微机保护接线示例
图25微机保护接线示例
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