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电力用互感器和电能计量装置设计选型pdfpdf

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  本书所阐述的互感器和计量装置都是电力系统中普通的设备,也是人们了 解和检测电力的必要手段。 世纪 年代以前,受计划经济模式的制约,互感 器产品基本维持品种单一的局面, 年代至今,由于市场经济的促进,互感器 产品呈现出种类齐全、技术先进、与国际同步的良好局面,可以全面地满足用 户的需要。 近年来,由于电力电子器件和计算机技术的广泛应用,我国电力系统正经 历着一场新的改革,两网改造和电力体制改革促进了这一进程,电力设备正朝 着现代化、集约化、智能化、小型化的目标努力。由于互感器的服务对象诸如 控制、保护、测量等设备的电子化以及布置方式的变化,从而其电气特性相应 变化,常规的感应型互感器产品正面临着小、轻型光电互感器或其他类传感器 的挑战,传统机电式电能表正逐步被功能强大、维护方便的电子式电能表及其 计费网络取代,可以预料,电力网络二次系统的革命必将引起与之相关设备的 更新换代。 本书着眼于电力工程的设计、选型、安装、维护应用,从基本原理到最新 标准以及应用要求作了较为详尽的阐述,有些观点是作者长期实践经验的总结, 错误之外,敬请批评。 本书编写过程中,中山市泰峰电气有限公司何见光厂长、徐世超总工、何 泽坚副厂长,提供了丰富的技术资料,参与了相关工作,提供了很大支持。沈 变互感器制造有限公司尹世安总工,沈阳互感器厂林贵文总工提供了相关的技 术资料。侯炳蕴先生校审了全书,提出了很多宝贵意见。在此,深表致谢! 作 者 年 月 这样,为了降低对电流互感器的过高要求,就必须选择合理接线,必要时,还要采取一 定的限制短路电流的措施。 随着市场经济的发展,注重生产效率、降低生产成本和电能消耗,因此,对电能计量准 确度的要求也相应提高。 根 据 《 电能 计 量装 置 技术 管 理规 程 》的 规 定 ,用 电 负荷 按 电能 计 量所 计 电量的多少和计量对象的重要程度分为五类,各类计量装置所要求的电流互感器和电压互感 器的准确等级,如表 所 示 。 类电能计量装置 月 平 均 电 量 万 及 以 上 或 变 压 器 容 量 为 及 以 上 的 高 压 计 费 用 户 、 及以上发电机、发电企业上网电量、电网经营企业之间的电量交换点、省级电网经 营企业与其供电企业的供电关口计量点的电能计量装置。 类电能计量装置 月 平 均 用 电 量 万 及 以 上 或 变 压 器 容 量 为 及 以上 的高 压 计费 用户 、 及以上发电机、供电企业之间的电量交换点的电能计量装置。 类电能计量装置 月平均用电量 万 及 以 上 或 变 压 器 容 量 为 及以上 的高压计费 用户 、 以 下 发 电机 、发 电 企 业厂 (站 ) 用 电量 、供 电 企 业内 部 用 于 承 包考 核 的 计 量点、考核有功电量平衡的 及以上的送电线路电能计量装置。 类电能计量装置 负荷容量为 以下的计费用户、发供电企业内部经济技术指标分析、考核用的电 能计量装置。 类电能计量装置 单相供电的电力用户计费用电能计量装置。 根据互感器的选择原则,电流互感器的额定一次电流应满足电力负荷的要求,同时在规 定的负荷范围内还应满足准确等级的要求。但上述要求并不是在任何情况下都能协调一致 的。下列情况下,两者是矛盾的。 系统间联络线,负荷不固定,互感器额定电流往往按最大负荷电流或输电线路、 断路器的额定电流选择,电流互感器不可能在全范围内满足准确级要求。 )电力馈线的远景负荷和近期负荷相差悬殊,而互感器按远景最大负荷选择,电流 互感器的准确级不能满足近期负荷的要求。 特殊负荷,如电气化铁路、轧钢等电力馈线电流互感器额定一次电流按短时最大 负荷选择,而在正常工况下通过互感器的负荷电流很小,无法满足准确度要求。 继电保护装置和测量、计量装置对互感器额定一次电流和准确度要求不同。继电保护用 电流互感器,要求其在额定电流和准确限值电流情况下,满足误差限值的要求,而且更为注 重在准确限值一次电流条件下输出符合要求的二次电流,保证保护装置正确可靠动作(或 不动作)。由于一般情况下,准确限值电流越大,额定电流下越易满足规定误差要求。所以 继电保护用电流互感器希望选择足够大的额定一次电流。额定一次电流越大,准确限值系数 可以相应降低。 与保护用电流互感器不同,测量或计量用电流互感器要求在正常工作范围内保证其准确 度,所以测量或计量用电流互感器的额定一次电流应尽量接近正常负荷电流,且互感器应满 足仪表保安系数( 的 要求。 所以,要求电流互感器额定一次电流同时满足负荷的要求,继电保护的要求和测量、计 量仪表的要求,并在额定一次电流的规定变化范围内,满足准确度的要求往往存在着较大的 矛盾。 表 为继电保护 用电流互感器的误 差限值 ,表 为测量用和 级测量用电流互感器 的误差限值。 对于负荷较稳定的回路,为满足保护装置和测量、计量仪表准确度的要求,电流互感器 的额定一次电流宜取回路负荷电流的 倍,对于负荷波动范围较大、保护准确限位系 数较大或系统短路容量较大的情况,为满足负荷和测量、计量仪表的要求,电流互感器宜采 用 测量级,额定一次电流 宜取回路负荷电流的 倍 。 例如 ,某 配电系统 ,配电负荷波动范围为 ,其正常负荷电流为 ,系统短路电流为 ,如果选 用变比为 的 电 流 互 感 器 , 其 动 、 热 稳 定 电 流 无 法满足要求,准确限值系数也受到限制,且低负荷时,互感器的准确等级也难以满足要求。 如果采用变比为 ,测量级为 的 多次 级 互感 器 ,不仅 动 、热 稳 定电 流 可 满足 要 求 ,准 确限值一次电流可提高到 倍多,且在低负荷时,准确等级也可基本满足要求。 对多次级电流互感器,不同功能的次级,可以采用不同的变化,保护用次级额定一次电 流可为正常负荷电流的 倍 , 测 量 、计 量 用 次 级 额 定 一 次 电 流 宜 取 正 常 负 荷 电 流 的 倍左右。如上例中,保护次级可取 ;计量次级可取 或 表 列出了普通测量用电流互感器和 级测量用电流互感器的技术指标比较,由于在 选择时 ,普通型互 感器的一次 电流选得接近 实际负荷 ,相应变比较 小 ,而 级互感器一次电 流选得较大 ,相应变比较大 ,从而 ,前者热稳 定电流 、动稳定电流 、准确限值系数均较大 , 而 后 者 较 小 。 通 常 取 取负荷电流的 倍,由此可以得出,在负荷电流和 系统短路电流一定的情况下,采用加大额定一次电流的 级 电流 互感 器 ,其 动热 稳定 电流 倍 数为普通互感器的 ,准 确 限 值系 数 也 相 应 减 小 。显然 ,这 样 组 合 的 电流 互 感 器 , 误差限值在允许范围之内 ,保证了测量 、计量 准确度 ,满足了测量 、计量仪表的要求 ;降低 了动热稳定性和准确限值的要求 ,易于满足继 电保护装置的要求 。反过来 ,在相同性能参数 的条件下, 级互感器承受系统的短路强度大大增加。这样组合,测量、计量用铁芯较普通 测量铁芯性能提高,造价增加,但对整个互感器而言,由于动热稳定性的要求降低,尺寸减 小,总的成本降低,综合造价减小了。 电流互感器作为测量仪表、计量装置和继电保护的电流源,由于各自的功能不同,准确 等级不同,对额定电流范围要求也不相同,从而要求电流互感器具有不同功能的二次绕组, 通常,每个二次绕组,都有独立的铁芯。 通常电流互感器应具备测量用、计量用和继电保护用二次绕组,由于继电保护功能的不 同,尚需设置多个保护用二次绕组,当计量装置的准确等级较低时,也可将测量和计量仪表 合用一个二次绕组。当某一类功能的二次负荷过大或有特殊要求时,也可设置专用的互感 器,如计量专用互感器等。 不同的保护功能,要求不同的电流互感器二次绕组。母线、线路以及发电机、变压器、 电抗器、电容器等主设备的继电保护,有主保护、后备保护和辅助保护,一些 及 以 上的母线、线路以及大型发电机、变压器,还要装设双重快速保护。这样,继电保护用电流 互感器二次绕组的数目,要视被保护对象的种类、所要装设的保护类型、以及对可靠性的要 求等方面的情况而定。例如, 线路,只要装 个 ;而 线路,要装 个 。 测量用电流互感器二次 绕组,一般每个元件设 个 。 按 照 《电 能计 量装 置技 术管 理规 定》 的规 定, 贸易结算用电 能计量应按计量点配置计量专用电压,电流互感器或者专用的二次绕组。这样,计量装置至 少要求 个独立的二次绕组。 总上所述 ,不同电压等级 所配置的电流 互感器绕组数量 应满足表 的规 定 。对于 特殊 要求的线路或变压器,根据需要可增加或减少二次绕组数量,必要时还可设置专用的电流互 感器。 电能计量仪表是电力用户进行电量计度、经济核算的主要手段和依据,要求准确可靠。 单独设置二次绕组虽然增加了绕组数量,但便于管理维护,能保证计量绕组的准确等级。 误差限值条件 由表 和 表 可 知, 保 证 电流 互 感 器误 差 限值 的 条 件是 : 二次负荷在额定负载的 范围内; )频率为额定频率; )二次负荷的功率因数为 (滞后)或 显然,对互感器误差限值影响最大的条件是二次负荷。 由于现代电子器件的广泛应用,作为互感器二次负载的保护装置和测量仪表发生了显著 的变化。这些装置或仪表由于采用电子元器件,从而其负载由以前的数十伏安减少到 左右。如仍要求互感器二次负荷按数十伏安来设计,则由于实际负载不到额定负载的 将极大地影响到互感器的误差限值。 测量、计量仪表对互感器二次输出容量的要求 反映电流或电流量有关的电测量仪表主要有电流表、有功功率表、无功功率表。 测量 仪表 功耗 :测 量仪 表通 常有 两种 类型 :① 常规 仪表 ,即 直接 接入 式仪 表; ②经变送器接入的间接式仪表。对于自动化水平较高的发电工程,通常采用经变送器接入的 仪表。对于采用计算机监控的电力工程,一般不再装设常规测量仪表。 常规指示仪表和变送器的电流回路功耗一般如表 所 示 。 由表 可 知 , 无 论 常 规 指 示 仪 表 或 变 送 器 , 其 电 流 回 路 功 耗 很 小 。 所 以 , 对 户 外 绕 线 式电流互感器,互感器连线负载将起决定作用。而对户内或安装于开关柜内的环氧树脂浇注 式电流互感器,由于连线很短,电流回路功耗很小,要求互感器测量绕组的额定容量也很 小,一般取 或更小一些即可满足要求。 计量仪表功耗:用作计量电能的 能表包括有功电能表、无功电能表以及各种特 种电能表。 按照电能表的结构、用途、准确等级、接线方式等分类,电能表有数十种类型,通常采 用的是 级及以下的感应式单相、三相普通电能表。目前,由于电子技术的提高,抗干扰 能力、环境温度适应性的增强、高稳定性、长寿命和高准确级的电子式电能表被广泛应用。 用于用户计费的电能表,通常采用单相、三相三线或三相四线电能表,根据用户负荷大 小, 可选用 级 、 级或 级准确等级,根据计费自动化的要求,电能表还应具有数 据 远传 或脉 冲输 出功 能 和分 时计 度功 能 。计 费电 能表 通常 要 求采 用准 确度 不低 于 级 的、 具有数据远传功能和复费率计量的多功能电能表。 用于系统内部或电厂、变电所内部电能考核的电能表,通常采用 级电能表。 常用电 能表电流回 路的功率消 耗如表 所 示 。 由表 可知 ,当 采用 机电 一体 式电 能表 时 ,考虑 有功 和无 功计 量 ,每套 计量 装置 (含 有功 、无功电能表各 只 )电 流回 路功 耗 最大 不超 过 ,实测量通常为 。若 采 用双套计量装置,则功耗可能达到 左右,再考虑连线负载,其功耗将明显增大。所以 在计量绕组回路中,为了保证计量准确度,一般不应串联非计量仪表,特别是不允许装设功 能重复的多套计量装置。 为了保证计量装置的准确度,除了要求计量绕组具有足够的额定容量外,还要求尽量减 少二次连线长度。为此,在条件许可的情况下,可采用计量仪表设在配电装置处的就地计量 方式。 如果采用电子式电能表,则回路负载主要由连线电阻决定。 继电保护、自动装置对互感器二次输出容 的要求 电流互感器二次绕组的技术性能对继电保护、自动装置的正确工作至关重要,其特性参 数在任何情况下,都应满足系统短路容量和继电保护、自动装置动作特性的要求。 按照保护和自动装置的发展过程,目前广泛采用的种类有电磁型、晶体管分立型、整流 型、集成电路型和微机型。在中小型电厂和变电站中,大多采用电磁型或整流型;在高压、 超高压变电站中,大容量发电厂以及采用综合自动化的中小型变电站中,大多采用集成电路 或微机型保护装置。 各类保护和自动装置的电流回路功耗如表 所 示 。 各类设备的保护和自动装置电流回路最大功耗如表 综上所述,当继电保护、自动装置和测量计量仪表均采用电子式时,互感器的二次负载 主要取决于二次连线阻抗。由此考虑到实际的导线截面和长度,各电压等级电流互感器二次 额定容量宜按表 确 定 。 表 列出了高、中压电流互感器的参数推荐值。 超高 压电网的 特点 系统容量 大 ,一次电路时间 常数大 ( 或更大),短路电流的非周期分量 将使 铁芯易于饱和。 ) 传 输 功 率 大 ,输 电 线 路 采 用 分 裂 导 线 , 相 间 距 离 大 ,导 线 截 面 增 加 ;采 用 大 容 量 发电 机 (单台 机为 万 及 以 上 ) 和变 压 器 ( 每 组 万 ,使一次系统时间常 数可增大到 以上 ,短路电流的非周期分量衰减 缓慢 ,在铁芯饱和后 ,二次侧电流 及励磁电流的波形严重畸变,导致暂态误差增大。 超 高 压 系 统 已 逐 步 成 为 我 国 电 力 主 网 ,对 继 电 保 护 的 可 靠 性 、选 择 性 、速 动 性 和 灵敏度要求更高 ,要求 在短路后的暂态过程中正确传变短路电流。 为 此 ,超 高 压 系 统 中 ,保 护 用 电 流 互 感 器 要 有 良 好 的 暂 态 特 性 ,以 保 证 自 短 路 瞬 间 开 始 ,到保 护动作的一段时间 内 ,以及重合后遇 永久性故障 ,保护 装置再次动作的一 段时间内 的暂态过程中,保证保护装置可靠工作。 超高压电网一次系统时间常数 在 及 以 下 的 电 力 系 统 中 , 其 暂 态 过 程 的 影 响 较 小 , 一 般 在 保 护 装 置 内 部 或 在 二 次回路中采取措施。例如:提高定值、动作回路中加电阻,计算二次连接导线时考虑短路电 流非周期 分量的系数 等等。 一次系统时间常数,等于发生短路故障系统的等值电感与等值电阻的比值。此比值与短 路故障的种类、地点、网络结构、运行方式、弧光电阻、接地电阻以及网络中的设备参数等 因素有关。所以,欲准确地计算各种情况下的一次时间常数往往是很困难的,而且也无此必 要。一般根据电网规划和运行方式,按较严重短路故障估算可能最大的一次系统时间常数, 且只计电网元件的参数和相间短路的情况,不计入弧光电阻及接地电阻的影响。表 列 出了部分大容量发电机、变压器及超高压输电线路的时间常数。 一般情况下,一次系统时间常数 受输电线路故障点距电源的距离、电源单机容量以 及装机台数的影响。距离越长,单机容量越大,台数越少, 越大。 通过电网计算,各类电压系统一次时间常数通常采用的推荐值如表 所 示 。 继电保护主要有线路保护、母线保护、主变压器保护、并联电抗器保护和断路器失灵保 护等。继电保护装置所采用的组件种类主要有五大类型:机电型、整流型、晶体管型、集成 电路型和微机型。目前广泛采用微机型继电保护装置,其特点是:体积小、质量轻、功耗 小、互换性强、测量精度高、动作速度快、可靠性较高。 保护装置所反应的电气量通常为短路电流和短路电压的幅值、平均值、比值、相位或增 量等。而这些量经过电流互感器、电压互感器变换后,若互感器暂态特性不良,则将使变换 量程度不同地发生畸变导致误差过大,不能正确反映一次短路电流、短路电压的数值和特 性,严重时将使保护装置拒动或误动。下面简述各类继电器受互感器暂态过程的影响情况。 电流元件:这类元件受互感器二次电流幅值影响,当互感器的铁芯饱和时,由于 二次电流波形缺损,幅值减小,可能使电流元件延缓动作或拒动。 电流增量或电流突变量元件:这类元件一般动作速度快,且具备有记忆回路,所 以受暂态过程影响较小。在故障开始时,互感器铁芯不会立即饱和,电流增量或电流突变量 元件能够及时反应而动作。如动作慢,则可能拒动。 电流比相元件:这类元件反应被保护线路两侧电流的相位,所以与两侧电流互感 器的特性有关,无论在区内或区外故障时,都可能出现下述情况之一:两侧互感器铁芯相同 饱和度,均不严重饱和或均严重饱和;两侧互感器铁芯不同饱和度,均不严重饱和或一侧严 重饱和另一侧不饱和。显然,当互感器铁芯具有相同饱和度且均不严重饱和时,保护装置能 正确动作,当严重饱和时,由于两侧二次电流波形严重畸变,可能使保护装置无法形成正负 半波的对称方波,进而使动作角减小,当动作角小于闭锁角时,保护装置拒动或动作后复 归。而当一侧严重饱和,另一侧未饱和或未严重饱和时,有可能使正负半波的积分角都大大 减小,进而导致整套保护拒动或动作后复归。上述情况说明,用于反应线路两侧电流相位的 保护装置,其电流互感器铁芯在短路暂态过程中不应饱和或开始饱和的时间大于保护动作时 间,同时两侧互感器铁芯的暂态特性不宜相差悬殊。 阻抗元件:这类元件中包括绝对值比较方式、方波比相方式和交流幅值相位比较 方式。其基本量都是反应短路电压和短路电流的比值,因此这类元件均受电压互感器二次暂 态电压和电流互感器二次暂态电流的影响。电容式电压互感器的暂态过程的特点是,在短路 瞬间,电压不能突变,之后随时间衰减。这一暂态电压中含有大量的高次谐波。而电流互感 器的暂态过程的特点是短路瞬间铁芯未饱和,短路电流能被如实传变,当铁芯达到饱和时间 时,短路电流严重畸变、波形缺损、幅值大大减小,待系统直流分量衰减到一定程度时,互 感器的传变能力可能又恢复正常。由此可知,考虑了电流、电压互感器的暂态过程对阻抗元 件的综合影响,是短路开始阶段,主要受电压互感器的影响,而在短路 周波之后主要 是受电流互感器的影响。显然,如果两者的暂态过程都很严重,可能使阻抗元件不能起动, 如果电压互感器暂态过程不严重,电流互感器饱和后就可能使保护装置动作后又复归;反之 可能使保护装置延缓动作。上述影响对区内末端短路时影响最大(因为动作值处于整定值 的边缘)。在接近整定值的区外短路时,由于暂态电压的影响,将存在暂态超越现象,所以 电容式电压互感器的暂态过程也应引起足够重视。一般情况下,在系统阻抗比不是很大的情 况下,电容式电压互感器暂态特性应满足如下要求: 在其一次端短路后,二次电压在 个周期时间( )内应降低到短路前峰值的 以下,额定电压下, 个周期后( )也不应再出现高于该数值的情况,如果系统阻 抗比较大,则更应注意电容式电压互感器的暂态特性。 总之,互感器暂态过程对阻抗元件的影响主要有以下几点:①保护范围内的延缓动作或 动作后复归;②超范围动作。前者主要是电流互感器暂态过程引起,后者主要是电容式电压 互感器暂态过程引起。 线路保护及综合重合闸对电流互感器暂态特性的要求 超高压线路均须配置两套主保护,两套后备保护和一套综合重合闸装置。两套主保护或 为两套类型不同而工作原理相同的保护装置,或为类型相同而工作原理不同的保护装置,它 们均能反应接地故障和相间故障,全线速动,它们在接线上互相独立,以便互为补充,发挥 各自特点,提高保护装置动作的可靠性。 线路保护均有故障检测记忆回路,起动元件和测量元件的动作时间一般为几个毫秒,整 套保护装置的动作时间约为 左 右 。 综合重合闸装置对于线路上发生的各类瞬时性故障均能有效地重合成功,从而提高了供 电的可靠性和系统运行的稳定性。当综合重合闸重合至永久故障线路时,电流互感器处于重 复励磁状态,线路保护也须在 内可靠动作,切除永久故障且不再重合。 在最严重的情况,当线路出口发生永久性故障时,要求电流互感器满足饱和倍数 和暂态误差的要求。 若 选 用 型 或 型 时 , 当 ( 或 ) 时 , 满 足 要 求 , 可 保证在两次主保护动作时, 铁芯不饱和且准确传变一次电流。 若选用 型,可按单次励磁 计算暂态倍数 ,可不考虑静态剩磁( 的影 响 。当 。 时满足要求。 )对于一个半开关接线,相邻元件出口短路或串内保护范围外短路时,为了防止线 路主保护动作,要求用于线路保护的电流互感器满足饱和倍数和暂态误差的要求。 线路后备保护对电 流互感器的要求 线路 后备保 护通常 是采用 阶段式 相间距 离保护和 接地距 离保护 或阶段 式零序 电流保 护组 成 ,动作时间一般为 。 后 备保 护 与 综合 重 合 闸配 合 实 现永 久 故 障后 加 速 切除 。 当 在保护范围内故障时,两套主保护因故拒动时,后备保护 段能快速动作切除故障;在后备 段 发 生 故障 时 , 由 于 故障 是 远 离 保 护安 装 处 , 短 路电 流 倍 数 大 大 减 小 , 也 大 大 减 小, 因此饱和倍数要求值大大降低。当在保护范围外故障时,由于动作时间长,且短路电流减 小 , 故 对 不 考 虑 暂 态 要 求 。 如 果 主 保 护 与 后 备 保 护 共 接 在 一 组 上 , 则 要 满 足 主 保 护的暂态要求。 母线保护对电流互感器的要求 母线上发生短路故障的概率较小,但母线短路若不能快速切除,对整个电力系统可能产 生非常严重的后果,所以超高压系统中母线均须配置性能良好、动作快速的母线差动保护。 目前应用较多的为高阻抗差动保护、中阻抗差动保护或数字式差动保护。高阻抗差动继 电器反应内部故障灵敏度高,在外部发生最大穿越性短路故障而电流互感器完全饱和的情况 下也不会发生误动作,但是为了可靠起见,高阻抗差动继电器构成的母线保护一般选用具有 一定暂态特性的低漏磁电流互感器。 高阻抗母线保护基本工作原理:高阻抗差动继电器母线保护通常采用图 接 线 。 差动继电器的电阻 根据继 电器不同 而各异 ,阻值在数百 欧至数千 欧之间 ,远大于 二次电阻及二次连线电阻( 。继电器的起动电压为 ,当 继电器 的输入 电压 超 过 起 动 电 压 时 便 开 始 动 作 , 继 电 器 附 设 有 非 线 性 电 阻 回 路 ( 图 中 未表 示 ) ,以限 制 输入电压值。 正 常 运 行 时 , 各 电 流 互 感 器 的 二 次 电 流 之 和 近 于 零 , 即 ,电 压 很 小 , 差 动 继电器不动作。 外部 点故障时 ,故障元件 可能深度饱和,非故障元件 可能不饱和或轻度饱 和。外部 点故障母差保护二次回路等值电路如图 所 示 。 图 高 阻 抗 差 动 继 电 器 接 线 图 点 外 部 短 路 时 二 次 回 路 等 值 电 路 图中 为 故 障 元 件 至差动继电器的连线电阻; 为 的二次绕组电阻; 为 二次绕组漏抗, 因深度饱和近似为短路, 分别为 ,…, 的励磁 阻 抗; 为差动继电电器的电阻, 为 外 部 故障 电 流; 为电流互感器的变比。 此时差动继电器的输入电压为 ( ) 当采用低漏磁 ,式( 可 写 成 ( ) ( ) 由于继电器的动作电压为 式中 为可靠系数,大于 为外部故障最大输入电压(按最大外部故障电流 和 最 大 连 线 电 阻 整定)。 所以 ,差动继电器不动作。 母线故障时,设 的电流比相同且为 , 流 入 继 电器 的 电 流 为 > ( ) 其继电器整定值按最小内部短路电流整定 此电流在 上产生的电压 ,差动继电器动作。 由此 ,继电器最小整定值为 ,最大整定值为 ,在正常和外部故障时,继电器电 压小 于最小 整定值 ,而在内 部故障 时 ,大 于最大整 定值 ,从而保 证继电 器正确动 作 。由 于要 求继电 器内阻 较大,故称为高阻母线保护。 )中阻差动保护:这类差动保护是带有制特性的比例式差动保护。由于制动特性的 作用 ,差 动回路电阻不 需很高 ,即称 为中阻差动保 护 ,如图 所 示 。 图 中, 和 构 成 制 动 回 路 , 为 动 作 回 路 。 外 部 故 障 时 , 两 个 半 制 动 回 路 和 动 作 回 路 均 有 电 流 流 动 , 取 适 当 阻 值 , 即 可 使 < ,继电器不动作。 内部故障时,仅一个半制动回路和动作回路流动电流, ,继电器动作。 显然 ,由于制动作 用 ,并不需要继电器 、电阻 阻 值 很 大 。 数字式母线保护:数字式母线保护一般也是比例式差动保护,为了防止区外故障, 电流互感器饱和而导致差流过大,使保护误动,通常利用计算软件来减少互感器饱和的影 响。电流互感器饱和时,其输出电流具有下述特征。 由于饱和需要一定的时间,所以故障发生后,总存在一个线性传变区,这一区间历 时约几个毫秒,在此区间内,互感器可正确传变一次电流。 由非周期分量引起的互感器铁芯饱和,二次电流和励磁电流波形都相对于横轴发生 偏移,造成正负半波波形不对称。 互感器铁芯饱和后,二次电流、励磁电流中出现某些谐波,导致正、负半波不对 称,每半波的前后波形不对称和波形缺损。 母线差动保护对 的 要 求 高阻抗差动保护: 励磁阻抗高:由于母差保护高阻抗继电器是和各支路电流互感器二次绕组并联相接 的 ,如 图 所示。当支路数较多时,如果电流互感器的励磁阻抗不高,当母线发生故障 时,综合励磁阻抗 将大大减小,产生较大的分流,使流入差动继电器的电流减小,因而 降低了动作的灵敏度,所以必须要求电流互感器具有高励磁阻抗。 )二次漏抗低:由图 和 式 ( 可见 ,如果 二 次 漏 抗 不可被忽略 ,则当外 部发生故障时,将使输入断电器的电压升高,为了防止继电器误动作,必须提高动作电压, 因此降低了反应母线故障的灵敏性。对于二次绕组均匀地缠绕在铁芯上,一次绕组贯穿中央 的电流互感器,实际上可以认为二次漏抗为零。 匝数比误差小:由于高压超高压电流互感器一次绕组匝数为 匝 , 为 互 感 器 的额定电流比,则电流互感器的匝比为 为 额 定 电 流 比 ,匝 比 误 差 定 义 为 实 际 匝 比 与 额 定 匝 比 的 误 差 ,即 ( ) 式中 为电流互感器的二次匝数。 母差保护用电流互感器匝比误差如果较大时,当发生外部短路故障时将有较大的不平衡 电流 流入高阻抗差动继电器,使输入电压 升高,有可能造成母差保护误动作 。所以要 求电流互感器的匝比误差, 高阻抗差动继电器宜选用 型 ,或者选用满足饱和倍数的闭路铁芯 级或 级 。 中阻保护和数字式保护:这类保护对 没有特殊的(如低漏抗)要求,但应具有 的稳态误差和必要的暂态误差要求。由于保护装置的动作时间很短,所以在暂态过程计 算中, 。取 即 可。 另外,要选取合理的二次负载。 并联电抗器保护对 的 要 求 在超高压线路上接入并联电抗器的主要作用是吸收输电线路电容产生的无功功率,限制 系统的操作过电压,此外还有限制线路潜供电流的作用,可以缩短单相重合闸的时间以及提 高单相重合闸的成功率。 并联电抗器配置有瓦斯保护、纵差动保护、过电流保护和匝间短路保护等。 纵联差动保护作为主保护之一通常采用高阻抗差动继电器,由于并联电抗器低压侧无电 源,外部故障时没有大的穿越性短路电流通过电流互感器,差动保护通常采用高低压侧套管 中的 级电流互感器即可。 过电流保护及匝间短路保护装置也可采用套管中的普通 级电流互感器。 断路器失灵保护 断路器失灵保护是当线路保护或主设备保护动作发出跳闸信号后,因断路器失灵而不能 跳闸时起动,经延时动作于相邻的断路器切除故障,其动作时间一般为 线路断路器失灵保护的起动元件,时限元件和出口元件逻辑原理如图 所 示 。 断路器失灵保护的起动回路是保证整套装置正确工作的关键之一,必须安全可靠,为 此,断路器失灵保护起动必须满足两个条件:①线路保护必须起动出口跳闸中间继电器;② 线断路器因失灵未跳开,电流判断元件起动,只有满足了以上两个条件才能确定线路断路器 失灵,然后起动时间元件,经延时跳开相邻的断路器切除短路故障。 断路器失灵保护电流判断元件通常接在一个单独的电流互感器的二次绕组,要求电流互 感器具有良好的暂态特性。 变压器差动保护各侧电流互感器的暂态特性要求 当变压器各侧电流互感器采用不同型式或容量相差悬殊的铁芯时,由于在暂态过程中, 各侧电流互感器饱和程度不同(如一侧饱和,其他侧不饱和)或者即使不饱和而由于励磁 特性相差较大而可能导致不平衡电流增大,如果没有严格控制各侧 的误 差限 值,则 可能 导致差动保护误动作(详见 。但在实际工程中,工作在不同电压下的变压器各侧电流 互感器,其暂态特性(包括容量、一次电流倍数、二次负载二次时间常数和剩磁系数等) 很难做到完全一致,从而在外部短路情况下变压器差动回路中将流过不平衡电流。 由上式可得每一个电流互感器的二次负载阻抗为 ( ) 图 一 个 电 流 互 感 器 供 一 个 继 电 器 线 圈 的 接 线 接线方式图; 负载阻抗计算图 图 两 个 电 流 互 感 器 串 联 的 接 线 )接线方式图; 负载 阻抗计 算图 比较式( 和 式( )可见,两个电流互感器串联以后,每一电流互感器的二次负载 仅为一个电流互感器时的一半,因而电流互感器的误差也较小,即容易满足电流互感器 误 差的要求,当负载过大,一个电流互感器线圈负载不能满足要求时,可采用串联接线。 当两个变流比相同的电流互感器并联供给负载时,根据同样的方法可以求出一个电流互 感器的二次负载阻抗为 从式( 可 见 ,电 流 互 感 器并 联 使 用 时, 反 而 使 一 个电 流 互 感 器的 二 次 负 载阻 抗 增 大一倍,相应地误差也就增大了,所以一般尽量避免同一支路中的电压互感器采用这种接线 方式 。只是在 一些特殊 情况下才 采用 ,如 在电气主 接线为 断路器接线或多角形接线时, 需要将两组电流互感器并联供给测量或保护回路。 当电流互感器使用在三相电路时,电流互感器的二次负载与电流互感器二次绕组的连接 方式和一次故障的类型等因素有关,但二次负载计算公式的推导原则与上面完全相同,仍首 先计算出电流互感器二次绕组端电压 ,然后再由式( 确 定 。 按 此 原 则 进 行 各 种 接 线 方 式 的 推 导 , 结 果 列 于 表 表 表 中: 表示继电器线圈的阻抗, 表示连接导线的阻抗,为复数。为了简化计算,在 电流互感器二次负载计算公式中 ,连接导线的阻抗 可 以用 电阻 表 代替 ,并 且允 许与 继 电器的线圈阻抗的模数进行代数相加 。通常采用 、 和 的 铜 导 线 , 其 相 应 电 阻为: 和 计算公 式中均未计 入接触电阻 ,在求 时 粗 略 地 可 在 负载 阻 抗 中 增 加 ,以计入接触电阻的影响。 在电流保护装置接线中 ,如果两相短路发生在 变压器三角形接线侧时,则各 相电流互感器的二次负载不同,表中列出的为电流互感器的最大二次负载阻抗计算公式。 接线变压器三角形侧 相短路时的电流分布 ,参见图 变压 器差动保 护装置, 必须保证 外部短路 时,其电 流误差不 超过 ,故本 表中仅列出外部短路时,电流互感器的二次负载阻抗计算公式。由于外部短路时继电器线圈 中的短路电流为零,实质上变压器星形侧的三角形连接的电流互感器二次负载计算式与表 相同,但不包括继电器的阻抗,而变压器三角形侧的 形连接的电流互感器二次负载计算 式与表 相同,此时也不包括继电器的阻抗。 如果保护经中间变流器接入 二次回路,则应将继电器及其连接阻抗按电流变比 的平方进行归算后再进行计算,且应加上中间变流器的阻抗。 表 中 的 连 线 接 线 系 数 (也 称 阻 抗 换 算 系 数 ) 表 示 流 经 二 次 连 线 的 电 流 与 流 经 电 流 互感 器绕组 的电流之 比 ,所 以星形 接线 (三相或 二相)的 接线系 数为 ,三角形 、二相差接 的接线系数为 。继电器接线系数表示流经继电器中的电流与流经电流互感器绕组的电流之 比。它不仅与继电器的接线方式有关,还与短路种类有关。 电流互感器的二次负荷取决于保护继电器的阻抗、连接导线阻抗、互感器接线方式和短 路类型 。如前所 述,定义在 某一短路 类型、某种 接线方式 下,流经继 电器上的 电流( )与 流过互感器的电流 ( ) 之 比 称 为 对 应 于 某 种 接 线 、 在 某 种 短 路 形 式 下 的 继 电 器 接 线 系 数 。同样定义流经二次连线导线上的电流与互感器电流( ) 之 比 , 称 为 相 应 的 连 接 导 线的接线系数( 各种接线、各种短路形式的连线阻抗接线系数和继电器阻抗接线系数的推导计算已如表 表 所 述 。 为方便和简化计算,采用如下公式计算电流互感器的负载阻抗。 保护用电流互感器 保护用电流互感器的二次负载阻抗的计算公式如下 ( ) 计及电流互感器二次绕组阻抗,互感器二次回路阻抗计算公式表示如下 式 中 继电器阻抗换算系数; 连接导线阻抗换算系数; 继电保护电流回路阻抗; 连接导线阻抗; 电流互感器二次绕组阻抗; 接 触电 阻 ,一般 为 电 流 互 感 器 二 次 回 路 的 电 抗 很 小 , 计 算 时 ,可 以 将 电 抗 略 去 不 计 ,即 取 ,或将 阻 抗 的模 直 接 相加 。这样 使 计 算大 为 简 化 ,而 误差 很 小 。事 实 上 保护 装 置线圈回 路阻抗可由功耗 求得 ,其功率因 数接近于 ,对于电子式保护装置,更是如此。互 感 器 二 次 绕 组 具 有 一 定 的 电 抗 , 根 据 有 关 单 位 实 测 在 范 围 之 内 , 可 取 或不予考虑 。忽略二次回路电抗后 ,式 ( 、式( )变换为式 ( 、式( ( ) ( ) 表 表 的分析计算,可推导出不同接线方式,不同短路类型的接线系数 和 的数值,其具体数值归纳于表 中 。 测量 、计量用电流互感器 与 保 护 用 电 流 互 感 器 相 同 ,互 感 器 二 次 负 载 可 参 照 式 ( 、式 ( ) 和 式 ( 式 ( ) 计 算 。 ( ) ( ) ( ) ( ) 在阻抗计算中,包含互感器二次线圈阻抗和负载阻抗,负载阻抗包含继电器(或测量 仪表)、连接导线的阻抗以及接触电阻。在按电流互感器伏安特性曲线来校验互感器准确度 时,应计算包含互感器二次绕组阻抗在内的整个二次回路阻抗。仅按电流互感器 误 差 曲线或互感器额定容量来校验互感器准确度时,则只计算互感器的负载阻抗。 由于现代电力系统中,广泛采用数字化的继电保护、自动装置以及测量、计量仪表,其 功耗很小,相对于长度在几十米、甚至数百米的连接导线的阻抗可以忽略不计,并忽略接触 电 阻 , 式 ( 、 式( 、式( 、式( ) 可 简 化 如 下: 继电保护用电流互感器 ( ( ) 测量用电流互感器 对于 保护用电 流互感器 ,线路保 护一般都 采用三相 星形接线 ,其 值仅对单相短路接 地时为 ,其他短路方式时均为 ,变压器差动保护有可能采用三角形接线的电流互感器, 此 时 值 为 。 对 测 量 、 计 量 用 电 流 互 感 器 , 一 般 都 采 用 三 相 星 形 或 单 相 接 线 , 其 值单 相接线时为 ,三相星形时为 由于采用数字化保护、自动装置和测量仪表,如果在布置上采取分层分布就地布置,缩 短二次导线长度,可以大大减小电流互感器的负载要求。 对于装设在开关柜内的电流互感器,一般可设置两个二次绕组,其中一个用于继电保护 和自动装置,另一个用于测量仪表和计量装置。每个二次绕组的额定二次负载都不宜超过 。当然,如果开关柜内装设常规的电磁式继电器、测量仪表和机电式计量装置时, 其绕组额定负载应相应增大。 额 定 电 流 比; 一、二次绕组额定电流; 一、二次绕组额定匝数; 一次系统时间常数,等于一次短路电流流过的电感 与 电 阻 之 比 , ; 短路初相角, 称为偏移系数。 当短路发生瞬间,短路初相角 时,一次系统出现最大的非周期直流分量,一次短 路电流全偏移。事实上,多数故障并非发生在 时,据统计多发生在 之间,其 偏移系数为 左右。这里为分析方便,并考虑最不利的情况,取偏移系数 ,则式 可改写为 显 然 一 次 电 流 中 按 指 数 衰 减 的 非 周 期 分 量 , 是 导 致 暂 态 变 化 的 原 因 。 越 大 , 越接近 ,非周期分量的影响越大。 电流互感器一次电流、二次电流和铁芯磁通密度的关系如图 所示。由该图可以定性 看出:一次电流仅取决于系统状况,与互感器的剩磁和饱和程度无关,磁通密度与一次电流 的幅值和所含直流分量有关,二次电流则取决于磁通密度剩磁和饱和程度。所以二次电流不 仅与一次电流,而且与铁芯特性有关。下面定量推证一次电流、磁通密度和二次电流的关 系。 将电流互感器的铁芯损耗以及一次绕组的漏抗和电阻略去不计,则由图 的等值电路 可得相应方程 ) ( ) 式中 周 期 分 量; 非周期自由分量,按 指数衰减; 非周期强制分量,由一次非周期分量传变产生; 非周期自由分量,按 指 数 衰 减; 时 , 互 相 补 偿; 互 相 补 偿; 为总的非周分量。 电流互感器铁芯无 剩磁 ,且为单次励磁 正 常 工 作 条 件 下 , 不 计 铁 芯 剩 磁 。 在 短 路 暂 态 过 程 中 , 假 定 励 磁 电 感 不 变 。 此 时 铁 芯磁通密度 由下式计算 ) 式中 电流互感器铁芯净截面积。 以式( 代入式( ,注意到式( )中 的定义,得 式中 励磁电流中稳态短路周期分量产生的磁通密度幅值。 式( 中第一项为周期分量 ,后三项的总和即为非周期分量磁通密度 ,铁芯 磁通密度的变化曲线如图 重复励磁( 当继电保护具有重合闸装置,在保护范围内发生永久性故障,保护装置动作跳闸后,断 路器又出现重合闸情况,电流互感器经无电流间隙时间(又称去励磁时间)后,又合闸并 断开的工作过程,即为合一断一合一断工作循环( 采用迭加法求得,铁芯在此重复励磁阶段的最大磁密 ,考虑电流互感器铁芯磁密的 最严重情况,设断路器在第一次断开时铁芯具有最大动态剩磁,且该剩磁极性与重合闸后故 障短路电流非周期分量产生的磁密同极性。 当二次负载功率因数 时 ,有 ,且 时 , 则 式 ) 简 化为 短路电流中非周期分量所能产生的暂态磁密倍数存在极值,此值称为暂态磁密倍数最大 值。为求得暂态倍数最大值 对应的时间 ,将式( )对 求 导数 ,并 令 得 由式( )及式 ( 可知,随着 减 小、 增 大 ,以 及 二 次 绕 组 及 二 次 负 载 回 路 功率因数 增 大、 减小,将引起非周期分量磁密 增大,相应的使暂态倍数 增 大 。 重复励磁 )的暂 态倍数 由式( 得重复励磁时的暂态倍数为 重复励磁时,电流互感器铁芯磁密的变化曲线如图 所示。 计及剩磁的限值系数 计及剩磁后,暂态倍数并无变化,但铁芯截面需要增大。铁芯剩磁所引起的铁芯截面的 增大由铁芯剩磁系数( )确定。并用综合限值系数(简称限值系数) 综合考虑暂态和 剩磁因素的影响。 ( ) ( ) ( ) 由 上 述 分 析 可 知 , 影 响 电 流 互 感 器 暂 态 特 性 的 因 素 , 主 要 有 : 一 次 系 统 时 间 常 数 ( ),二次回路时间常数( ),保护动作时间( ),断路器跳闸时间( ) 以 及 无 电 流 间 隙时间(重合闸时间)( )。 次时间常数( ) 的影 响 (见图 ,图 所 示 ) 由图 、图 计算表和计算曲线可知: 暂 态 系 数 、 随一次时间常数 ( ) 增 大 而增 大 ,最 小 值一 般 在 倍 , 最 大 值 可 达 倍 以 上 。 )当 较小时,如对 型铁芯,若重合闸时间( )较长 (如超过 ),则 其 暂 态系数较小,一般不超过 倍 ,且 与 接 近 相 等 。 )当一次励磁的励磁时间较长时,其一次励磁暂态系数 可能大于二次励磁、暂态系 数 , 所 以 , 一 般 情 况 下 , 一 次 励 磁 的 励 磁 时 间 取 保 护 动 作 时 间 。 给 定 参 数 : : , : , : , : 二次时间常数( ) 的 影 响 ( 见 图 所 示 ) 由图 计算表和计算曲线可知: 暂态系数 随 互 感 器二 次 回 路 时 间常 数 ( ) 增 大 而 增 大 ,其 变 化 规 律 与 相 似 。 暂态系数 与 和 数 值 密 切 相 关 , 当 较 小 , 较 大 时 , , 反 之 , 。若一次励磁时间取 ,则恒有 ) 在 较 小、 较 大 时 , 、 均 较 小 , 所 以 , 一 般 不 宜 选 用 ,宜选用 或 ,且选用互感器的二次回路时间常数( )要尽量小。 给 定 参数: , 保护动作时间 ) 的影 响( 见图 由图 计算表和计算曲线得出: 暂态系数 随保护动作时间 ( )增长而增大。 )一 般情 况下, )在 不是很小的前提下, 型铁芯的二次励磁暂态系数与考虑断路器断开时间的 一次励磁暂态系数接近相等。 由上述分析说明,在选择暂态电流互感器的计算参数时,一定要结合系统和设备的具体参 数,实事求是合理选择,决不要无根据拔高,造成投资增加,材料浪费。一般情况下,暂态计 算参数选择如下:一次时间常数已如 节所述;二次时间常数由 制造工艺、导线截面、长 度及铁芯参数等综合确定。其他时间数值确定如下:由于采用微机保护 。可 取 ,断 路器多为快速机构, 。可 取 ,重合闸时间,单相为 ,三相取 以上。 由 此 ,对 系 统 ,暂 态 时 间 参 数 可 选 用 表 数 值 。 由于变压器各侧的电压等级不同,额定电流不同,从而很难采用铁芯完全相同的电流互 感器;故障情况下,流过各侧的短路电流相差较大,若各侧电流互感器饱和程度不同,则暂 态情况下会引起更大的不平衡电流。 为便于分析问题,假设差动回路的负载为纯电阻,不计电流互感器的二次漏抗,则差动 保护所连接的电流互感器二次差动回路等值电路如图 所 示 。 列出图 中 、 两个回路的微分方程式,然后求解,则可推导出外部短路时,流 过差动继电器的不平衡电流 由上式可以看出,不平衡电流的大小取决于电网时间常数 、两侧电流互感器的 时 间 常 数 及 其 差 值 。当 时 , 。在 一 定的 情 况下 , 、 相差越大, 越大 。所 以要 求差动 保护 各侧电 流互 感器 的铁芯 应工 作在 不超 过 误 差 限 值 的 范 围 内 , 型 式 要 尽 量 一 致 , 并 力 求 使 时 间 常 数 和 相 近 。 这 是 理 想 情 况 。 但 是 , 退 一 步 讲 , 如 果 各 侧 电 流 互 感 器 , 在 最 不 利 情 况 下 , 都 工 作 在 误 差 限 值 以 内 , 时 间 常 数 和 只 要 相 差 不 很 悬 殊 , 则 对 型 式 也 可 放 宽 要 求 。 反 之 , 如 果 各 侧 电 流 互 感 器 , 在 最 不 利 情 况 下 , 有 超 出 误 差 限 值 的 , 也 就 是 说 , 有 饱 和 的 , 有 不 饱 和 的 , 那 么 , 即 使 型 式 一 致 一 般 也 是 不 允 许 的 ; 除 非 继 电 保 护 装 置 本 身 有 抗 饱 和 的 能 力 , 不 怕 饱 和 。 所 以 , 在 最 不 利 情 况 下 , 都 要 工 作 在 误 差 限 值 以 内 , 时 间 常 数 和 不 要 相 差 很 悬 殊 , 这 是 问 题 的 关 键 。 在 此 要 注 意 到 : 闭 路 铁 芯 的 电 流 互 感 器 , 可 能 出 现 较 高 的 剩 磁 , 例 如 : 一 说 剩 磁 可 达 , 一 说 剩 磁 可 达 总 之 , 可 能 出 现 的 剩 磁 值 很 高 , 所 以 常 难 满 足 误 差 限 值 的 要 求 ; 而 带 气 隙 的 , 其 剩 磁 值 很 低 , 例 如 : 对 ,对 , 因 而 比 较 容 易 满 足 误 差 限 值 的 要 求 。 如果差动保护的 侧电流互感器严重饱和, 侧不饱和。此时设 侧的 侧的 ,则由式( 可得到差电流的简化式: ( ) 式中 铁芯达到饱和的时间。 式 ( 只是在 时 成 立 。 侧 电 流 互 感 器 严 重 饱 和 之 前 , 即 时 , 仍 服 从 式 ( 。 对于 型或 型电流互感器, ,欲 使铁芯 不饱和 ,则 其饱和 倍数额 定值 应满足下述条件 ( ) 厂 家 提 供 , 或 根 据 厂 家 提 ) 取 铁 芯 剩 磁 系 数 ,在给定参数下,按式( 算出 由于差动保护动作时间约为 ,所以考虑剩磁后 ,保护的正确动作将受到威胁。 如果不考虑剩磁( ,则饱和时间约为 ,大 于 保护 动 作 时 间 。所 以 ,在 发 电 机或变电器的低压侧宜采用带气隙的电流互感器(剩磁系数 ,以推迟互感器铁芯 达到饱和的时间,保证差动保护的正确动作。 由式( 、 式( 、式( ) 可 知 , 外 部 短 路 情 况 , 不 平 衡 电 流 取 决 于 各 侧 电 流互感器的 ,下面简要分析 的允许差异。 设 ,且 。令 ,取其非周期分量并用 表示,则由式 ) 可 以 写 出 式( )中, 是外部短路时,差电流非周期分量与短路电流周期分量幅值的比值。 与 和 有关。令 ,给出一组 值,就有一组相 应 的 值 ,于是可以做出不同 值的曲线族 由上述可以看出,在所假定的条件下,当变压器各侧电流互感器二次时间常数差别越大 时),在外部短路情况下,差动回路中的暂态直流分量越大,该电流可能导致保护的误 动作。所以,要求用于变压器差动保护和各侧电流互感器具有相同或相近的铁芯型式。由前 述各型电流互感器的暂态特性可知。当各侧采用 铁芯时,由于变压器各侧电压等级不 同 ,容量 、变比等 各不相 同 ,其 二次回 路时间 常数 有一定差别,但不会十分悬殊,从而 差 电流 较小。通常在大型发一变组的高压侧发生短路时,其短路电流约为 倍 发 电机额定电流,而大型变压器的差动保护整定值宜取 倍额定电流以下,从而在保护装置 的动作时间内,差电流 只要小于 ,应该认为是可靠的。图 为 时, 与 的关系曲线。 由此可知,要求变压器各侧电流互感器铁芯同型式的主要原因在于:不同型式电流互感 器的二次时间常数相差悬殊。从而导致外部短路时在差动回路中流过较大的直流分量,此 外,不同型式电流互感器,铁芯的剩磁不同,从而外部短路情况下铁芯的饱和快慢和饱和程 度不同,严重时,可能出现一侧饱和,另一侧不饱和的情况,这就可能导致差动保护误动 作 。 应当指出,为了保证差动保护的正确动作,应当同时考虑电流互感器的采样精度和保护 装置的采样速度两个因素。互感器铁芯饱和并非短路故障瞬间发生,它是需要时间的。在铁 芯饱和之前保护装置能正确检测到系统状态,并予以记忆是最为理想的措施。保证互感器的 采样精度,意味着接入差动回路的各侧电流互感器均应有满足要求的采样精度。 由峰值瞬时交流误差 确定,对直流分量误差限值不作要求,铁芯剩磁可忽略不计。 级为大气隙环形铁芯。 三 类 的稳定误差和暂态误差规定值如表 所示。 级 为 闭 合 铁 芯 , 为 低 漏 抗 互 感 器 ,其 静 态 剩 磁 系 数 ( ) 通 常 达 二次回路时间常数( )达数秒以上。其误差限值由匝数比 的误差确定,其值不得超 过 ,准确限值条件由励磁磁特性确定。且励磁极限二次电压 不 低 于规 定 值 ,通 常 该电压应按当其幅值增大 时致使励磁电流峰值不超过 的条件决定。按照用户规 定,在励磁极限二次电压下测得的励磁电流峰值应不超过规定值。当用户未定限值时,任何 情况下,励磁电流不超过折算到二次侧的额定短时热电流( )的 。由用户规定的励 磁极限二次电压表示如下 ( ) ) 式中 用户给定的面积系数; 额定对称电流倍数; 互感器二次绕组电阻; 额定负载电阻。 这类互感器由于低漏磁和严格匝数比的要求,适用于采用环流原理和高阻抗继电保护的 回路。这类互感器在高度饱和情况下,切断一次电流,其二次电流因磁通从饱和状态降到剩 磁值衰减非常快,从而使保护继电器的复位时间,一般不会明显受互感器衰减特性的影响。 不受附近返回导体中电流的影响、二次绕组均匀分布且单匝一次导体穿过几何中心的环 形电流互感器属于低漏磁电流互感器,倒立式电流互感器 图 即属于此类。普通 正立式电流互感器,采用串布式 如图 所 示 ] 绕 组 , 其 返 回 导 体 产 生 的 磁 通 同 样 进入铁芯,可能使铁芯局部饱和,励磁特性发生变化。这类互感器为非低漏磁电流互感器, 对于这类互感器的二次绕组排布时可采用计及返回导体影响的非均匀分布,或采用磁平衡绕 组方式,并适当考虑结构系数 级为闭合铁芯,一般情况下,静态剩磁系数为 ,二次闭合回路时间 常数 达数秒以上。由于励磁阻抗较大,励磁电流较小,在铁芯磁化曲线规定的范围内, 二次侧电流能准确传变一次侧电流的周期分量和非周期分量。其准确限值条件下的最大 峰值瞬时误差由式 )确 定。 为规定循环中最大瞬时误差电流,包含交 直流分量。 为额定一次短路电流)。额定等效极限二次电动势由式 确 定 。 额 定 等 效 励 磁 极 限 二 次 电 压 由 式 确 定 。 互 感 器 的 基 本 特 性 与 相似。二者不同的是误差限值规定及其可能的影响因素。由于静态剩磁较大,且因 较大,动态剩磁的衰减较慢,在短路暂态过程,特别是在重合闸后的重复励磁情况下,铁芯 容易饱和,导致二次电流波形畸变,暂态误差显著增大。故超高压系统主保护一般不采用 级 ,但它制造较简便,生产成本较低,有时也用于某些后备保护。 级为小气隙环形铁芯,气隙长度为铁芯平均磁路长度的 ,静态 剩磁系数 。由于存在小气隙,励磁阻抗较

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