互感器运行与维护课程设计论文Word文档下载推荐.docx
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普通电流互感器结构原理:
电流互感器的结构较为简单,由相互绝缘的一次绕组、二次绕组、铁心以及构架、壳体、接线端子等组成。
其工作原理与变压器基本相同,一次绕组的匝数(N1)较少,直接串联于电源线路中,一次负荷电流通过一次绕组时,产生的交变磁通感应产生按比例减小的二次电流;
二次绕组的匝数(N2)较多,与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷(Z)串联形成闭合回路,由于一次绕组与二次绕组有相等的安培匝数,I1N1=I2N2,电流互感器额定电流比电流互感器实际运行中负荷阻抗很小,二次绕组接近于短路状态,相当于一个短路运行的变压器。
互感器普通电流互感器结构原理图
穿心式电流互感器其本身结构不设一次绕组,载流(负荷电流)导线由L1至L2穿过由硅钢片擀卷制成的圆形(或其他形状)铁心起一次绕组作用。
二次绕组直接均匀地缠绕在圆形铁心上,与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷串联形成闭合回路,由于穿心式电流互感器不设一次绕组,其变比根据一次绕组穿过互感器铁心中的匝数确定,穿心匝数越多,变比越小;
反之,穿心匝数越少,变比越大,额定电流比:
式中I1
穿心一匝时一次额定电流;
n
穿心匝数。
穿心式电流互感器结构原理图
多抽头电流互感器,这种型号的电流互感器,一次绕组不变,在绕制二次绕组时,增加几个抽头,以获得多个不同变比。
它具有一个铁心和一个匝数固定的一次绕组,其二次绕组用绝缘铜线绕在套装于铁心上的绝缘筒上,将不同变比的二次绕组抽头引出,接在接线端子座上,每个抽头设置各自的接线端子,这样就形成了多个变比,此种电流互感器的优点是可以根据负荷电流变比,调换二次接线端子的接线来改变变比,而不需要更换电流互感器,给使用提供了方便。
多抽头电流互感器原理图
不同变比电流互感器,这种型号的电流互感器具有同一个铁心和一次绕组,而二次绕组则分为两个匝数不同、各自独立的绕组,以满足同一负荷电流情况下不同变比、不同准确度等级的需要,例如在同一负荷情况下,为了保证电能计量准确,要求变比较小一些(以满足负荷电流在一次额定值的2/3左右),准确度等级高一些(如1K1.1K2为200/5.0.2级);
而用电设备的继电保护,考虑到故障电流的保护系数较大,则要求变比较大一些,准确度等级可以稍低一点(如2K1.2K2为300/5.1级)。
不同变比电流互感器原理图
一次绕组可调,二次多绕组电流互感器,这种电流互感器的特点是变比量程多,而且可以变更,多见于高压电流互感器。
其一次绕组分为两段,分别穿过互感器的铁心,二次绕组分为两个带抽头的、不同准确度等级的独立绕组。
一次绕组与装置在互感器外侧的连接片连接,通过变更连接片的位置,使一次绕组形成串联或并联接线,从而改变一次绕组的匝数,以获得不同的变比。
带抽头的二次绕组自身分为两个不同变比和不同准确度等级的绕组,随着一次绕组连接片位置的变更,一次绕组匝数相应改变,其变比也随之改变,这样就形成了多量程的变比。
带抽头的二次独立绕组的不同变比和不同准确度等级,可以分别应用于电能计量、指示仪表、变送器、继电保护等,以满足各自不同的使用要求。
一次绕组可调,二次多绕组电流互感器
组合式电流电压互感器,组合式互感器由电流互感器和电压互感器组合而成,多安装于高压计量箱、柜,用作计量电能或用作用电设备继电保护装置的电源。
组合式电流电压互感器是将两台或三台电流互感器的一次、二次绕组及铁心和电压互感器的一、二次绕组及铁心,固定在钢体构架上,浸入装有变压器油的箱体内,其一、二次绕组出线均引出,接在箱体外的高、低压瓷瓶上,形成绝缘、封闭的整体。
一次侧与供电线路连接,二次侧与计量装置或继电保护装置连接。
根据不同的需要,组合式电流电压互感器分为V/V接线和Y/Y接线两种,以计量三相负荷平衡或不平衡时的电能。
组合式电流电压互感器
1.2主要作用
电力系统为了传输电能,往往采用交流电压、大电流回路把电力送往用户,无法用仪表进行直接测量。
互感器的作用,就是将交流电压和大电流按比例降到可以用仪表直接测量的数值,便于仪表直接测量,同时为继电保护和自动装置提供电源。
电力系统用互感器是将电网高电压、大电流的信息传递到低电压、小电流二次侧的计量、测量仪表及继电保护、自动装置的一种特殊变压器,是一次系统和二次系统的联络元件,其一次绕组接入电网,二次绕组分别与测量仪表、保护装置等互相连接。
互感器与测量仪表和计量装置配合,可以测量一次系统的电压、电流和电能;
与继电保护和自动装置配合,可以构成对电网各种故障的电气保护和自动控制。
互感器性能的好坏,直接影响到电力系统测量、计量的准确性和继电器保护装置动作的可靠性。
互感器分为电压互感器和电流互感器两大类,其主要作用有:
将一次系统的电压、电流信息准确地传递到二次侧相关设备;
将一次系统的高电压、大电流变换为二次侧的低电压(标准值)、小电流(标准值),使测量、计量仪表和继电器等装置标准化、小型化,并降低了对二次设备的绝缘要求;
将二次侧设备以及二次系统与一次系统高压设备在电气方面很好地隔离,从而保证了二次设备和人身的安全。
2.电压互感器工作原理
其工作原理与变压器相同,基本结构也是铁心和原、副绕组。
特点是容量很小且比较恒定,正常运行时接近于空载状态。
电压互感器本身的阻抗很小,一旦副边发生短路,电流将急剧增长而烧毁线圈。
为此,电压互感器的原边接有熔断器,副边可靠接地,以免原、副边绝缘损毁时,副边出现对地高电位而造成人身和设备事故。
测量用电压互感器一般都做成单相双线圈结构,其原边电压为被测电压(如电力系统的线电压),可以单相使用,也可以用两台接成V-V形作三相使用。
实验室用的电压互感器往往是原边多抽头的,以适应测量不同电压的需要。
供保护接地用电压互感器还带有一个第三线圈,称三线圈电压互感器。
三相的第三线圈接成开口三角形,开口三角形的两引出端与接地保护继电器的电压线圈联接。
正常运行时,电力系统的三相电压对称,第三线圈上的三相感应电动势之和为零。
一旦发生单相接地时,中性点出现位移,开口三角的端子间就会出现零序电压使继电器动作,从而对电力系统起保护作用。
线圈出现零序电压则相应的铁心中就会出现零序磁通。
为此,这种三相电压互感器采用旁轭式铁心(10KV及以下时)或采用三台单相电压互感器。
对于这种互感器,第三线圈的准确度要求不高,但要求有一定的过励磁特性(即当原边电压增加时,铁心中的磁通密度也增加相应倍数而不会损坏)。
电压互感器是发电厂、变电所等输电和供电系统不可缺少的一种电器。
精密电压互感器是电测试验室中用来扩大量限,测量电压、功率和电能的一种仪器。
电压互感器和变压器很相像,都是用来变换线路上的电压。
线路上为什么需要变换电压呢?
这是因为根据发电、输电和用电的不同情况,线路上的电压大小不一,而且相差悬殊,有的是低压220V和380V,有的是高压几万伏甚至几十万伏。
要直接测量这些低压和高压电压,就需要根据线路电压的大小,制作相应的低压和高压的电压表和其他仪表。
2.1电压互感器接线方式
电压互感器在三相电路中,常用的接线方式有四种:
单相接线、V-V接线、Y0-Y0接线、Y0/Y0/△接线。
2.1.1单相接线
将一个单相电压互感器接于三相系统中的任意两相电压间的,该接法仅适用于测量相间电压。
如果互感器一次绕组的一端接在线路上,另一端接地,互感器可测量某一相对地电压。
该接法用于对称的三相电路。
2.1.2V-V接线
由两台单相电压互感器接成的V-V接线方式。
两个电压互感器分别接于线电压Uab和Ubc上,一次绕组不能接地,二次绕组b相接地。
这种接线方式适用于35kV及以下系统。
它只用两个单相电压互感器可以得到对称的三个线电压;
仪表电压线圈接于a-b相及c-b相之间。
但这种接线不能用来测量相电压。
如下图所示
2.1.3Y0-Y0接线
由三个单相互感器一、二次侧均接成Y0形,可供给要求线电压的仪表和继电器以及要求相电压的绝缘监视电压表。
适用于35kV及以下系统。
需要注意的是:
由于小电流接地系统在一次电路发生单相接地时,另两个完好相的相电压要升高到线电压,所以绝缘监视电压表要按线电压选择否则在发生单相接地时,电压表可能被烧毁。
2,1.4Y0/Y0/△接线
用三台单相三绕组电压互感器构成Y0/Y0/△接线,供接入交流电网绝缘监视仪表和继电保护用。
这种接线可用小接地电流系统.也可用于大接地电流系统。
但应注意在两种情况下,附加的辅助二次绕组的额定电压不同。
2.4电压互感器接地方式
电压互感器的接地方式通常有三种:
一次侧中性点接地、二次侧线圈接地、互感器铁芯接地。
2.4.1一次侧中性点接地
由三只单相电压互感器组成星形接线时,其一次侧中性点必须接地。
因为电压互感器在系统中不仅有电压测量,而且还起继电保护的作用。
当系统中发生单相接地时,系统中会出现零序电流。
如果一次侧中性点没有接地,那么一次侧就没有零序电流通路,二次侧开口三角形线圈两端也就不会感应出零序电压,继电器KV就不会动作,发不出接地信号。
对于三相五柱式电压互感器,其一次侧中性点同样要接地。
由两只单相电压互感器组成的V-V形接线时,其一次侧是不允许接地的,因为这相当于系统的一相直接接地。
而应在二次中性点接地。
2.4.2二次侧线圈接地
电压互感器二次侧要有一个接地点,这主要是出于安全上的考虑。
当一次、二次侧绕组间的绝缘被高压击穿时,一次侧的高压会窜到二次侧,有了二次侧的接地,能确保人员和设备的安全。
另外,通过接地,可以给绝缘监视装置提供相电压。
二次侧的接地方式通常有中性点接地和V相接地两种,根据继电保护等具体要求加以选用。
采用V相接地时,中性点不能再直接接地。
为了避免一、二次绕组间绝缘击穿后,一次侧高压窜入二次侧,故在二次侧中性点通过一个保护间隙接地。
当高压窜入二次侧时,间隙击穿接地,V相绕组被短接,该相熔断器会熔断,起到保护作用。
二次侧接地点按规程规定,均应选在主控室保护屏经端子排接地,而在配电装置处只设置试验检修时的安全接地点。
2.4.3互感器铁芯接地
在电压互感器外壳上有一个接地桩头,这是铁心和外壳的接地点,起安全保护作用。
3.电压互感器运行操作注意事项
1、启用电压互感器操作顺序应该是:
先一次后二次,停用时顺序与此相反。
2、停用电压互感器时,应考虑该电压互感器所带保护及自动装置,防止误动、拒动。
3、一般情况下,电压互感器应随同母线一起停复役,即母线检修时,电压互感器改为检修状态。
母线在冷备用状态时,电压互感器在运行状态。
电压互感器在检修状态时,应取下二次熔断器熔断或拉开自动空气小开关,以防止反充电。
4、双母线运行的电压互感器一次侧并列,必须先经母联断路器并列运行。
这是因为若一次不经母联断路器并列,可能由于一次电压不平衡使二次环流较大,容易引起熔断器熔断,致使保护和自动装置失去电源。
5、双母线运行的电压互感器,禁止将二次侧有故障的电压互感器与正常工作的电压互感器二次侧并列。
6、电压互感器允许在最高工作电压(比额定电压高10%)下连续工作。
7、绝缘电阻的测量:
6kV及以上电压互感器一次侧用1000-2500V兆欧表测量,绝缘电阻不低于50兆欧;
二次侧用1000V兆欧表测量,绝缘电阻不低于1兆欧。
8、新投入或大修后的可能变动的电压互感器必须进行核相。
4.电压互感器的保护
电压互感器作为一种重要的一次设备在电力系统中发挥着重要的作用。
同时,因为电压互感器是一种公用设备,无论是互感器本身出现问题或是其二次回路出现问题,都将给整个二次系统带来严重影响。
保障电压互感器及其二次回路的稳定运行至关重要。
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线烧坏。
对电压互感器二次回路进行保护的设备应满足:
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。
对电压互感器二次回路的保护设备,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。
电压互感器二次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。
下列情况下不装熔断器:
1、在二次开口三角的出线端,一般不装熔断器采用安装自动空气开关。
因为在正常运行时,平时开口三角端无电压,无法监视熔断器的接触情况。
一旦熔断器接触不良,则系统接地时不能发出接地信号,但是供零序过电压保护用的开口三角出线端情况例外是装熔断器的。
2、中性线(包括接地线)上不装熔断器。
这是避免熔丝熔断或接触不良使断线闭锁装置失灵或使绝缘监察电压表失去指示故障电压的作用。
3、用于自动电压调整器的电压互感器二次侧一般不装熔断器。
这是为了防止熔断器接触不良或熔丝熔断时,电压调整器误动作。
4、110kv及以上系统的电压互感器二次侧现在一般都装设空气小开关而不用熔断器,以满足距离保护的需要。
二次侧熔断器选择的一般原则:
1、熔丝的熔断时间必须保证在二次回路发生短路时,小于继电保护装置的动作时间。
2、熔丝额定电流应大于最大负荷电流,但不应超过额定电流的1.5倍。
3、继电保护装置与测量仪表公用一组电压互感器时,应考虑装设在继电保护装置的熔断器与仪表回路的熔断器在动作时间和灵敏度上相配合,即仪表回路熔断器的动作时间应小于继电保护装置的动作时间,这样仪表回路短路时,不致引起继电保护装置误动作。
在供电系统中,35kv及以下系统,电压互感器一次侧装熔断器作保护。
其作用是:
一方面防止电压互感器引出线的短路故障和谐振过电压而影响高压系统的正常工作。
另一方面保护电压互感器本身。
当电压互感器内部故障时,熔断器迅速熔断,把它从高压电路中切除防止事故扩大。
但装一次侧熔断器不能防止电压互感器二次侧过流的影响。
因为一次侧熔丝额定电流比互感器的一次额定电流大1.5倍,二次过流不易熔断。
所以,为了防止电压互感器二次回路所引起的持续过电流,在电压互感器的二次侧还得装设低压熔断器。
35kv室外式电压互感器装设带限流电阻的角形可熔保险器(限流电阻约为396欧姆左右),这种熔断器本身的断流容量较小,仅有12-15A。
35kv和10kv、6kv的室内电压互感器装设充填石英砂的瓷管熔断器。
110kV及以上系统,电压互感器一次侧不装熔断器。
因为,110kV及以上电压互感器采用单相串级式结构绝缘强度高,110kV及以上系统引线为硬链接,相间距离较大,引起相间故障的可能性较小。
再加上110kV及以上系统为中性点接地系统,每相电压互感器不可能长期承受线电压运行,因此110kV及以上的电压互感器一次侧不装熔断器;
电压互感器二次侧通常采用自动开关作为保护设备,以满足距离保护的需要。
35kv及以下系统为小接地电流系统,并且使用的是电磁型电压互感器。
在系统中电磁型电压互感器可以视为电感元件。
在操作时很容易发生铁磁谐振。
另一方面,当系统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,特别间隙性接地还有暂态过电压,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。
电压互感器铁磁谐振的直接危害是:
电压互感器出现很大的励磁涌流,致使其一次电流增大十几倍,造成一次熔断器熔断,严重时可能使电压互感器烧坏。
电压互感器发生铁磁谐振时,还可能引起继电保护和自动装置误动作。
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。
消谐措施一般是在电压互感器的开口三角绕组两端连接一个消谐器。
5电压互感器的常见故障的现场处置方案
(一)装于室外的(35kv及以上系统)电压互感器声音异常、放电、发热、严重漏油(本体故障)等异常情况的现场处置方案
1、对电压互感器二次端子进行测量二次电压,进一步检查确认是否是互感器损坏。
2、对电压互感器及二次端子箱测温。
3、将检查情况向电调及车间汇报。
4、停用电压互感器时,因为不能使保护及自动装置失去电压,所以必须进行电压切换。
同时要防止反充电,因此要取下二次熔断器(或拉下自动空气开关)。
当电压互感器二次负荷全部断开后,将其一次侧电源断开。
5、做好事故后的相关记录。
(二)装于室内的(35kv及以下系统)电压互感器高压保险熔断的现场处置方案
1、在中央控制屏通过35kv绝缘检查切换开关切换,查看相电压表,以判断是哪一相故障。
2、向电调汇报
3、现场测量互感器线电压,进一步确认是电压互感器保险熔断还是母线接地。
4、确认是互感器保险熔断后,若需要切换电压需将相应的母联合上。
5、拉开电压互感器隔离开关,做好安全措施后,用手摸高压保险外壳、绝缘子部分以查明是否为内部过热。
6、更换相同规格型号的高压保险后,若互感器试投入不成功,保险连续熔断2-3次,可能是互感器内部故障。
应向电调及车间汇报。
7、设备处理完毕,投入运行后,做好相关的记录。
(三)35kv及以下系统母线电压互感器二次熔丝熔断的现场处置方案
1、用电压表切换开关切换相电压或线电压,以区别哪相熔丝熔断。
3、检查有无继电保护人员在35kV母线电压互感器二次回路工作,误碰引起断路,或有短路情况
4、更换熔丝试送,若不成功,将35kV馈线及主变压器电压回路熔丝全部拔去(中央信号、低频盘)。
5、再行试送到小母线。
成功后逐条试送馈线。
如又熔断,说明该线路电压回路存在短路,应拔去熔丝。
恢复电压互感器低压侧运行后,汇报调度,以便派继电保护人员来变电所处理。
6、设备处理完毕,投入运行后,做好相关的记录。
6.电压互感器的故障案例分析
案例:
6kvⅢ-I段6903#电压互感器二次保险熔断
现象:
在检查设备时发现6kvⅢ-I段6903#电压互感器二次保险三相熔断,并且在更换保险时有火花产生,且保险再次熔断。
处理:
向电调汇报,将6903#电压互感器停运,采取安全措施后对电压互感器二次进行详细检查。
发现是电压互感器二次接线错误所致,改接后设备恢复正常。
分析:
当时通过改造,将6kvⅢ段母线一次侧已经分成了Ⅲ-I和Ⅲ-Ⅱ两段母线。
但两段母线上的电压互感器二次电压小母线仍然串接在一起,在6903#电压互感器改造时,由于电压互感器二次侧极性接线错误,引起二次保险熔断。
但因6kvⅢ段二次电压小母线仍串在一起,主控室表计无法正确反映。
总结
通过一个星期的努力对课程实训有了较为深入的研究,也进一步熟悉了电压互感器的结构形式、工作原理、作用及其运行维护。
本次实训期间,我通过借用图书馆的书籍、搜索网络以及查阅许多关于本设计的各种资料,既学会了如何利用图书馆资料,又掌握了互感器的基础知识;
更让我体会到理论结合实际的重要性。
在指导老师的耐心指导下,与同学对实训课题交流,分析、整理后,先确立了设计思路,遇到问题及时与指导老师沟通,通过老师的指点和自己的努力,最后完成了整个实训。
在设计过程中,我们通过查阅资料,在掌握了一些信息后运用公式按要求完成电压互感器运行维护的相关知识的掌握。
通过做课程实训,也有了不少的收获,进一步了解和掌握了互感器系统及其控制电路的一些特性,比较全面的将所学的互感器方面的知识运用于实训当中。
最后我们发现实训结果跟理论有点出入,理论是不考虑任何外在原因,是在理想化的情况得出的结论。
而在现实中则除了内在不可改变的原因外,还有不可避免的外在原因;
外在原因不可以改变却可以改善。
所以本实训在有限的条件下,还是存在着一些不足。
设计研究是一个漫长的过程,要想让它真正的使用到现实中,还需要不断的改善。
致谢
时光飞逝,推杯换盏之间,一周的电机检修与试验实训即将结束,在老师的指导下,我们共同奋斗,一起努力,终于完成了实训任务。
首先,向老师致以崇高的敬意和衷心的感谢。
实训期间我们的每一个同学都兢兢业业,勤勤恳恳,为实训做出很大的贡献;
在此过程中我们遇到了许多的困难,但经过各同学的齐心协力、我们度过了一个又一个难关,把所有的困难一一克服。
使我顺利完成电机实训。
除此之外,老师的帮助也是成功的一个重要因素。
指导老师渊博的知识以及严谨的治学态度还有兢兢业业的敬业精神,给我留下了深刻的印象,并将授用一生,在此次实训完成之际,最后,对所有在实训期间帮助过我的人致谢,他们是一字之师,使我受益匪浅,谢谢。
最后,我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅,评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。
再次真心地感谢老师和同学,谢谢大家!
参考文献
1.李建基新型中压开关设备选型手册北京:
中国水利水电出版社2007.
2.林子恕高压互感器技术手册北京:
中国电力出版社2006.
3.郭贤珊高压开关设备生产运行实用技术北京:
中国电力出版社2006
4.郭琳电气设备运行与检修中国电力出版社
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