電力系統繼電保護

第二版劉學軍編制第2章電網的電流、電壓保護2.1單側電源網絡的相間短路電流、電壓保2.2電網相間短路的方向性電流保護2.3電網的接地保護2.1.1電流保護用的

互感器及變換器2.1.1

互感器及變換器本小節基本要求1、重點掌握電流互感器和電磁式電壓互感器的工作原理、接線方式及使用注意事項。2、掌握變換器的工作原理，重點掌握電抗變換器的工作原理，電抗變換器的轉移阻抗KI是一個復數，在鐵芯不飽和時，是一個常數；而電壓變換器的變比KU是一個實數，當鐵芯不飽和時是一個常數。2、重點掌握對稱分量濾過器的工作原理、接線。設計濾過器的基本方法是通過移相和相量加減措施實現的。2.1.1

互感器及變換器1、電流互感器(TA)2、電壓互感器(TV)3、變換器(U)電流互感器電壓互感器2.1.1

互感器及變換器本小節基本要求1、重點掌握電流互感器和電磁式電壓互感器的工作原理、接線方式及使用注意事項。2、掌握變換器的工作原理，重點掌握電抗變換器的工作原理，電抗變換器的轉移阻抗KI是一個復數，在鐵芯不飽和時，是一個常數；而電壓變換器的變比KU是一個實數，當鐵芯不飽和時是一個常數。2、重點掌握對稱分量濾過器的工作原理、接線。設計濾過器的基本方法是通過移相和相量加減措施實現的。2.1.1

互感器及變換器1、電流互感器(TA)2、電壓互感器(TV)3、變換器(U)電流互感器電壓互感器2.1.1

互感器及變換器本小節基本要求1、重點掌握電流互感器和電磁式電壓互感器的工作原理、接線方式及使用注意事項。2、掌握變換器的工作原理，重點掌握電抗變換器的工作原理，電抗變換器的轉移阻抗KI是一個復數，在鐵芯不飽和時，是一個常數；而電壓變換器的變比KU是一個實數，當鐵芯不飽和時是一個常數。2、重點掌握對稱分量濾過器的工作原理、接線。設計濾過器的基本方法是通過移相和相量加減措施實現的。2.1.1

互感器及變換器互感器的作用及類型一.

互感器的作用

二.互感器的類型

一.

互感器的作用

互感器包括電流互感器（TA）和電壓互感器（TV）。是一次回路和二次回路的聯絡元件。用于分別向測量儀表、及繼電器的電壓繞組和電流繞組供電。，能夠正確反映電氣元件正常運行和故障情況。互感器互感器的作用是將一次回路的高電壓和大電流變換為二次回路的標準低電壓（100V）和小電流（5A或1A），使測量儀表和保護裝置標準化和小型化，并使其結構輕巧、價格便宜，便于在屏內安裝。并使二次設備和高壓部分隔離。且互感器二次側接地，從而保證了設備和人員的安全。

一.

互感器的作用1.將一次回路的高電壓和大電流變為二次回路的標準值，使測量儀表和保護裝置標準化。2.所有二次設備可用低電壓、小電流的電纜連接，二次設備的絕緣水平能按低電壓設計，結構輕巧，價格便宜。便于集中管理，可實現遠方控制和測量。3.二次回路不受一次回路的限制4.使二次側的設備與高電壓部分隔離，且互感器二次側要有一點接地，保證二次系統設備和工作人員的安全。二.互感器的類型

互感器

1、電流互感器（1）電流互感器的誤差（2）電流互感器的極性（3）電流互感器的接線方式（4）電流互感器使用注意事項1、電流互感器電磁式電流互感器的工作原理。相當于工作在短路條件下的小容量升壓變壓器。

KTA=I1N/I2N

≈N2/N1W1W2圖2-1電流互感器結構圖運行特點：二次回路不允許開路

正常工作時：磁動勢NlIl-N2I2=NlIm,，NlIl和N2I2互相抵消一大部分，激磁磁勢NlIm

，數值不大。1、電流互感器運行特點：二次回路不允許開路

二次電路開路時：

N2I2

等于零，激磁磁勢猛增到NlIl，鐵心中磁感應強度猛增，造成鐵心磁飽和。鐵心飽和致使隨時間變化的磁通Ф的波形由正弦波變為平頂波，在磁通曲線Ф過零前后磁通Ф在短時間內從+Фm變為-Фm

，使dФ/dt值很大。1、電流互感器運行中二次回路開路可能造成的后果e2=-dФ/dt，磁通急劇變化時，二次繞組內將感應很高的尖頂波電勢e2,危及工作人員的安全，威脅儀表和繼電器以及連接電纜的絕緣。磁路的嚴重飽和還會使鐵心嚴重發熱，若不能及時發現和處理，會使電磁式電流互感器燒毀和電纜著火。在鐵心中產生剩磁，影響互感器的特性。

1、電流互感器電流互感器二次開路時的變化曲線1、電流互感器（1）電流互感器的誤差電流互感器的等效電路及相量圖如圖2-2所示。圖2-2電流互感器的等效電路及相量圖（1）電流互感器的誤差

誤差1電流誤差

2相角誤差電流互感器TA的10％誤差曲線繼電保護規程規定，用于保護的電流互感器，電流誤差在最壞工作條件下不超過10%，角度誤差不超過7°。為保證電流互感器誤差不超過10%，一次電流I1′不能超過規定數值，習慣上用一次電流倍數m10=I1′/I1N表示。不同的負荷阻抗，對應于不同的規定限值，從而形成一條限制曲線，稱為10%誤差曲線。圖2-3電流互感器的10%誤差曲線電流互感器TA的10％誤差曲線

保證電流誤差不超過-10％的條件下，一次電流的倍數m10(m=I1′/I1N)與允許最大二次負荷阻抗Zf的關系曲線。（2）電流互感器的極性接線系數：電流互感器的極性圖2-4電流互感器的極性及相量圖(a)TA的減極性標示方式；（b）TA的相量圖由式（2-19）可知和同相位。（2-6）（3）電流互感器的接線方式圖2-5電流互感器的接線圖(a)兩相電流差式接線及電流相量圖；（b）三相完全星形接線；（c）兩相式不完全星形接線電流互感器的接線方式兩相電流差接線。這種接線節省投資，但B相短路不能反映，對不同形式短路，其接線系數和靈敏系數不同。單相式接線。用于測量對稱三相負荷的一相電流，可構成過負荷。三相星形接線和兩相星形接線都能反應相間短路故障，不同的是三相星形接線還可以反應各種單相接地短路故障，而兩相星形接線不能反應B相接地故障。另外，三相星形接線中性線電流。在正常運行和三相對稱短路時為零，在單相接地短路時為三相星形接線和二相星形接線。這兩種接線的接線系數在各種路情況下均為1。

兩相電流差接線的接線系數1)正常或三相短路2）兩相短路3）、兩相短路圖2-5(a)兩相電流差式接線2.電流互感器的接線對三相星形接線及兩相星形接線在各種相間短路故障時性能分析①對中性點接地和非直接接地電網中各種相間短路故障都能正確反應，接線系數為1。②中性點不接地或非直接接地電網（小接地電流電網）中的兩點接地短路分析：兩相星形接線的優點：在小接地電流電網中，允許單相接地時繼續短時運行，希望只切除一個故障點。在并聯線路發生不同相兩點接地可以有2/3幾率切除一條線路。兩相星形接線的缺點：在串聯線路發生不同相兩點接地，只有2/3幾率有選擇性切除后一線路。

對三相星形接線及兩相星形接線在各種相間短路故障時性能分析設并行線路WL2、WL3上保護具有相同時限，若采用三相星形接線，則百分之百切除兩條線路，若采用兩相星形接線，則保護有2/3幾率切除一條線路，這正是兩相星形接線的優點。圖2-6小電流接地系統發生兩點接地分析串聯線路上發生兩點短路時，只希望切除距電源較遠那條線路WL2的KB點故障，而不切除線路WL1，這樣可以繼續保證對線路WL3供電。采用三相星形接線可以100%切除WL2，而采用兩相星形只有2/3幾率有選擇性地切除后一條線路，這正是兩相星形接線的缺點。圖2-6小電流接地系統發生兩點接地分析對三相星形接線及兩相星形接線在各種相間短路故障時性能分析對Yd接線變壓器后兩相短路時采用兩種接線工作性能分析

以Yd11變壓器為例，設變比KT=1,當在側發生兩相短路，Y側電流向量圖如圖2-15所示，Y側電流向量圖如圖2-16所示。Y側正序電流相位比側滯后30°，Y側負序電流相位比側超前30°對Yd接線變壓器后兩相短路時采用兩種接線工作性能分析圖2-7Yd11聯接降壓變壓器后相間短路時的電流分布和向量圖Yd接線變壓器后兩相電路

b)三角側電流相量圖c)星形側電流相量圖

圖2-7Yd11連接變壓器后相間短路時電流分布和向量圖b)c)Yd接線變壓器后兩相電路

當采用電流保護作為降壓變壓器相鄰線路后備保護時，完全星形接線接于B相繼電器電流比其他兩相電流大一倍，故靈敏系數也提高一倍，如采用不完全星形接線由于B相無電流互感器則靈敏系數比完全星形接線低一倍，為提高靈敏系數不完全星形接線的中性線上接一只電流繼電器。電流互感器外形及結構實例電流互感器外形及結構實例電流互感器外形及結構實例35KV電流互感器結構實例35KV電流互感器結構實例60、110、220kV電流互感器新型500kV電流傳感器電流互感器使用注意事項１、電流互感器在工作時不允許開路。2、電流互感器二次側有一端必須接地，以防止一、二次側繞組絕緣擊穿時，一次側高壓竄入二次側，危及人身和設備安全。3、電流互感器在接線時，必須注意端子極性。否則二次側所接儀表、繼電器中所流過的電流不是預想的電流，甚至會引起事故。（1）電磁式電壓互感器

（2）電容式電壓互感器2.電壓互感器(1)電磁式電壓互感器1）工作原理相當于工作在開路條件下的小容量降壓變壓器。其一、二側額定電壓之比為：KTV=U1N/U2N(1)電磁式電壓互感器電壓互感器一次側的電壓(即電網電壓)不受互感器二次側負荷的影響；接在電壓互感器二次側的阻抗很大，通過的電流很小，電壓互感器的工作狀態接近于空載狀態，二次電壓接近于二次電勢值，并取決于一次電壓值。(1)電磁式電壓互感器電壓互感器的額定變壓比KTV=UN1/UN1=N1/N2UN1——電壓互感器一次繞組的額定電壓UN2——電壓互感器二次線圈的額定電壓1）電磁式電壓互感器的測量誤差

和準確度等級

圖2-8電壓互感器的等值電路和相量圖電壓誤差相位誤差δu1）電磁式電壓互感器的測量誤差

和準確度等級影響電壓互感器誤差的因素(1)互感器一、二次繞組的電阻和感抗；(2)激磁電流Im；(3)二次負荷電流I2

；(4)二次負荷的功率因數cosφ。1）電磁式電壓互感器的測量誤差

和準確度等級準確級和額定容量1.電壓互感器的準確級：是指在規定的一次電壓和二次負荷變化范圍內，負荷功率因數為額定值時誤差的最大限值。2.額定容量對應于每個準確級，每臺電壓互感器規定一個額定容量。在功率因數為0.8(滯后)時，額定容量標準值為10、15、25、30、50、75、100、150、200、250、300、400、500VA。

電壓誤差和相位差限值JCCl一110型串級式電壓互感器的結構瓷外殼裝在鋼板做成的圓形底座上。原繞組的尾端、基本付繞組和輔助付繞組的引線端從底座下引出。原繞組的首端從瓷外殼頂部的油擴張器引出。油擴張器上裝有吸潮器。220kV串級式電壓互感器的原理接線圖互感器由兩個鐵心組成，一次繞組分成匝數相等的四個部分，分別套在兩個鐵心上、下鐵柱上，按磁通相加方向順序串聯，接在相與地之間。每一單元線圈中心與鐵心相連。二次繞組繞在末級鐵心的下鐵柱上。

電壓互感器結構實例2）電壓互感器TV的接線電壓互感器的接線方式電壓互感器在三相電路中有四種常見接線方式（1）一個單相電壓互感器的接線。（2）兩個單相電壓互感器接成V/V形。（3）三臺單相電壓互感器接成星形。（4）三個單相三線圈電壓互感器接成或一臺三相五柱式三線圈電壓互感器接成星形和開口三角形連接。2）電壓互感器TV的接線圖2-9電壓互感器的接線方式電磁式和電容式電壓互感器的接線

a)單相電壓互感器：測量任意兩相之間的線電壓b）兩只單相電壓互感器接成

不完全星形接線(V—V形）測量線電壓，不能測量相電壓。這種接線廣泛用于小接地短路電流系統中。

c）三只單相三繞組電壓互感器接成

星形接線，且原繞組中性點接地

線電壓和相對地電壓都可測量。在小接地電流系統中，可用來監視電網對地絕緣的狀況。d）三相三柱式電壓互感器的接線

可用來測量線電壓。不許用來測量相對地的電壓，即不能用來監視電網對地絕緣，因此它的原繞組沒有引出的中性點。e）三相五柱式電壓互感器

測量線電壓和相電壓，可用于監視電網對地的絕緣狀況和實現單相接地的繼電保護其變比為：f）電容式電壓互感器的接線

測量線電壓和相電壓，可用于監視電網對地的絕緣狀況和實現單相接地的繼電保護適用于110~500kV的中性點直接接地電網中。

3)對電壓互感器接線的要求

電壓互感器的電源側要有隔離開關。在35kV及以下電壓互感器的電源側加裝高壓熔斷器進行短路保護。電壓互感器的負載側也應加裝熔斷器，用來保護過負荷。60kV及以上的電壓互感器，其電源側可不裝設高壓熔斷器。3)對電壓互感器接線的要求三相三柱式電壓互感器不能用來進行交流電網的絕緣監察。電壓互感器副邊的保安接地點不許設在副邊熔斷器的后邊，必須設在副邊熔斷器的前邊。凡需在副邊連接交流電網絕緣監視裝置的電壓互感器，其一次側中性點必須接地，否則無法進行絕緣監察。4）電壓互感器使用注意事項TV在工作時不允許短路，因此TV一次側、二次側必須裝設熔斷器保護。TV二次側有一端必須接地，防止一次側高壓竄入二次側危及人身安全。TV連接時要注意其端子極性。三相TV一次繞組端子分別為A、X；B、Y；C、Z;二次側繞組端子為a、x；b、y；c、z。A和a，B和b，C和c各為同極性端。(2)電容分壓式電壓互感器電容分壓式電壓互感器（CTV）用于110~500kV中性點直接接地系統，它是利用分壓原理實現電壓變