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变电站常用电压互感器的分析和探讨

发布时间:2022-08-14 04:45:22 来源:艾尚体育官网 作者:艾尚体育网页登录版

  电压互感器主要用于电能计量,对电力网的电压进行测量,同时也用于保护自动装置。电压较高时,直接测量对人身安全威胁较大。电压不高,但母线短路容量较大,发生短路后对人身安全威胁也较大,这时应使用电压互感器。为了使二次设备标准化,电压互感器的二次输出电压为100V。  电磁式电压互感器的原理与基本结构和变压器完全相似。35kV及以下电磁式电压互感器就是一台小型变压器。所以其结构必须具有以下特点:铁芯截面较大,工作磁通密度低。与正常变压器比,同容量电压互感器的铁芯截面远大于变压器,设计磁通密度远小于变压器;与变压器相比电压互感器等效电抗和电...

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  电压互感器主要用于电能计量,对电力网的电压进行测量,同时也用于保护自动装置。电压较高时,直接测量对人身安全威胁较大。电压不高,但母线短路容量较大,发生短路后对人身安全威胁也较大,这时应使用电压互感器。为了使二次设备标准化,电压互感器的二次输出电压为100V。

  电磁式电压互感器的原理与基本结构和变压器完全相似。35kV及以下电磁式电压互感器就是一台小型变压器。所以其结构必须具有以下特点:铁芯截面较大,工作磁通密度低。与正常变压器比,同容量电压互感器的铁芯截面远大于变压器,设计磁通密度远小于变压器;与变压器相比电压互感器等效电抗和电阻小;变比不是高低压线kV及以上的电磁式电压互感器设计为串级式,主要是可以使绝缘分级。串级式电压互感器的主要缺点是结构复杂,精度低,价格高。

  随着电力系统电压等级的增高,电磁式电压互感器的体积越来越大,成本也越来越高,采用电容式电压互感器因其结构简单、重量轻、体积小、成本低,广泛应用于110~500kV中性点直接接地系统中;它的缺点是输出容量较小,误差较大,暂态特性不如电磁式电压互感器好。电容式电压互感器采用电容分压原理,电容分压的分压比为K=U1/U2=(C1+C2)/C1,U2=C1×U1/(C1+C2)。中压电容器和高压电容器组成了电容分压器,瓷套下部侧壁引出中压端子,其应用于试验,此端子通经瓷套最后引到电磁装置中。

  电磁单元由中间变压器、补偿电抗器、阻尼器(由于电容式电压互感器的非线性阻抗和固有的电容有时会在电容式电压互感器内引起铁磁谐振,因而用阻尼装置抑制谐振,阻尼装置由电阻和电抗器组成,跨接在二次绕组上,正常情况下阻尼装置有很高的阻抗,当铁磁谐振引起过电压,在中压变压器受到影响前,电抗器已经饱和了只剩电阻负载,使振荡能量很快被降低。低压端子和油箱组成,油箱内充满绝缘油。

  图1所展示的便是CVT的电器原理。高压电容器C1和中压电容器C2组成了电容分压器,油箱中列有电磁单元,避雷器、阻尼器、补偿电抗器和中间变压器为其组成部分。端子箱中列有二次绕组端子、电容分压器抵压端、接地端及保护间隙等。输电线路的高压电通过电容分压器抽头(通常为10~20kV)输入电磁单元,经过中压变压器降为低压供计量和继电保护之用。位于电磁单元中的电抗器负责补充电容分压器的容性阻抗,让二次电压随着负载的变化而相比减小。阻尼器负责阻尼铁磁谐振。

  随着光电式、数字测量技术的发展和应用,各种光电式、纯光学电子互感器逐步走向成熟并得到应用,成为推动变电站过程层数字化的主要动力,为数字化变电站奠定了基础。为实现一次电压信号的转换,要主要采用光学原理、电阻分压器、电容分压器或串联感应分压器等途径方法。

  电阻电容分压式电压互感器简介:纯电阻分压器最大只能测量132kV的交流电。电容分压器的精度高、线性好,且有很好的频率范围,因此被长期用于测试领域和GIS中的电压测量。基于电容分压原理的电子式电压互感器主要应用于GIS(组合电器)和PASS(组合式智能化开关)等设备,它是将柱状电容环套在导电线路上以实现电压测量(图2)。为改善电压测量的暂态特性和电压测量的精度,需在位于电容分压器的输出端处并联一个小电阻,其可降低温度变化及积聚电荷等因素对于低压电容C2运行状态的影响。

  电容分压器的输出信号u0(t)与被测电压ui(t)有如下关系:u0(t)=RC1×dui/dt,(R1/ωC2),式中C1为高压电容,C2为低压电容。据此利用电子电路对电压传感器的输出信号进行积分变化,便可求得被测电压。与常规互感器比较具有以下特点:高低压完全隔离,安全性高,具有优良的绝缘性能和优越的性价比。利用光缆而不是电缆作为信号传输工具,经由绝缘结构的大幅简化,电压等级愈高,优势也随之愈明显;没有铁芯,解决了磁饱和及铁磁谐振等问题,进而使得互感器运行暂态稳定性高、响应好,也因此保障了系统运行的可靠性;电子互感器带来的是数字信号,二次设备可供相电压信号,这样不仅节省了资源还减小了体积;不会因为充油进而存在易燃易爆炸等潜在的危险,现多用SF6作为电子式互感器的绝缘介质,不会引发火灾以及爆炸或一系列如此的危险。

  按照相数分为三相和单相这两类。因电压互感器身体体积不大,容量小,三相高压管间的内外绝缘要求很难满足,所以绝大多数产品是单相的,只有3~15kV的产品有时候会采用三相结构;按绝缘介质分有干式、浇注式和油浸式三类。通常专供测量用的低电压互感器是干式,高压或超高压密封式气体绝缘(如六氟化硫)互感器也是干式。35kV及其以下的电压互感器采用浇注式,而油浸式适用于35kV以上的产品;按照绕组数分为多绕组和两绕组这两类。专门用于测量的电压互感器除一次绕组以外,只剩一个二次绕组结测量仪表供电。专供于电力系统当中的电压互感器,须有两个二次绕组或者一个二次绕组输出信号,互感器须做成三或者四绕组互感器。

  准确度在0.2、0.5、1、3级时的容量(VA)分别为50、100、300、500,最大热负荷1200。可看出电压互感器随着负荷增加准确度逐渐降低,为满足准确度的要求,电压互感器的最大负荷必须限制在规定的容量内。以0.5级为例,表示该电压互感器在规定电压下的变比误差为0.5%。变比误差du%是二次电压的测量值U2乘以额定电压比K所得的值与一次电流实际值U1之差,对一次电压值的百分比(du%=[(KU2-U1)/U1]×100%),其中K=UN1/UN2。

  35kV的电压互感器用高压熔断器保护本体。在一般情况下,各电压等级均有专用的电压互感器熔断器。它的大致结构为密闭的陶瓷管两端组有金属帽,陶瓷管中放有一根很细的电阻丝,电阻丝的两头分别焊接在金属帽上。此电阻丝的额定电流为0.5A,一分钟熔断电流为0.6~1.8A之间,电阻丝的电阻值以将故障电流限制在100A左右为准。在陶瓷管内充满干燥的石英砂。当出现事故时熔断器将故障电流限制在100A以内,由石英砂将电弧冷却熄灭在密封的陶瓷管内。无论母线的短路容量为多大均可以安装这种熔断器。此外,当电压互感器有轻微故障被发现时,运行人员可直接用隔离开关(或开关柜小车)将故障电压互感器与电源断开。电压互感器专用熔断器熔断后,不允许更换装有一般熔丝的熔断器代替专用熔断器运行。

  110kV及以上电压互感器。电压互感器一般经隔离开关和高压熔断器接入高压电网。在110kV及以上的系统中,由于相应的电压互感器采用单相串级绝缘,绝缘裕度大,且这种系统多为中性点直接接地系统,每相设备不能长期承受线电压,也不允许接地,所以110kV及以上系统中的电压互感器一次侧不装熔断器,而经过隔离开关直接与电网相连,同时由于110kV及以上电压互感器在设计和生产上比较可靠,故障率极低;此外其专用熔断器的长度较长,重量较大,价格昂贵,安装和更换不方便,因此不安装熔断器,一次侧直接用刀闸断开即可。

  电压互感器的二次侧必须安装熔断器或低压空气开关,用于在二次回路或元件损坏时保护电压互感器。一般情况下,熔丝或空气开关的热脱扣器电流选在1.3~2倍电压互感器额定电流之间(最大热负荷电流)。装有老式距离保护的母线由于保护装置在失去电压互感器电源时会产生误动,所以必须保证电压互感器二次回路的任何地点发生金属性对地或相间短路必须立刻断开距离保护装置正电源。此时电压互感器二次侧只能安装低压空气开关,并且其瞬时脱扣器的电流应在热脱扣器电流的3~5倍之间,并有其他接点闭锁距离保护装置。按规定,在电压互感器二次主熔断器和保护装置(含自动装置)之间不得安装任何性质的熔断器或空气开关。

  电压互感器投运前必须试验合格。注意,半绝缘的电压互感器不能做交流耐压试验,只能做感应耐压试验。运行后也应注意在母线做交流耐压试验时将半绝缘的电压互感器脱离。半绝缘的电压互感器在工作时X端必须接地,二次线圈的接地为保护接地,但只能有一点,并保证不会因操作断开接地点。

  小电流接地系统的母线投产时除电压互感器和LA外没有接地点。由于三相对地电容不平衡,所以对地电压不一样,当电压互感器的感抗和母线对地容抗相等时产生谐振。谐振不严重时,三相对地电压有不同程度的上升和下降,严重时相电压可超过线电压,同时电压表有不同程度的抖动、线电压不变。消除的方法是改变系统对地电容,一般在空母线谐振时发出所内变、电容器、一条线路等谐振便会消除。在开口三角接线处加装消谐装置或消谐电阻也能在一定程度上抑制谐振。母线投运时接入消弧线圈可以有效抑制谐振,发出配电线路后(必要时)再将消弧线 小电流接地系统接地电压互感器在系统单相接地或雷击时保险断

  电压互感器运行电流远小于熔断器熔丝额定电流,电压互感器不出现内部故障不会熔断。一些质量较差的电压互感器在系统单相接地时铁芯磁场接近饱和,电流增大可导致保险断,尤其是接地的瞬间电流激增造成保险断。感应雷电波是三相一致的零序波,电压互感器的零序阻抗很小,当雷电波使铁芯磁场接近饱和时会造成保险断。一相保险熔断时,根据二次负荷的大小和接线的不同,熔断相的对地电压和相间电压下降,非熔断相的对地电压和相间电压不变;两相保险熔断时,非熔断相对地电压不变,熔断相对地电压不变或下降、也可为零,但非熔断相相间电压降至相电压,熔断相为零或很低。采用质量较高的电压互感器是解决此问题的非常好的方法,选用在2倍额定电压不进入饱和区(可连续运行8小时以上)的产品,也可选用中性点加装第四只互感器的方法,在中性点加装电阻或非线性电阻是一种临时方法。

  表1可看出,35kV中性点不接地系统中电压互感器常因铁磁谐振造成熔丝熔断经常发生,这是由于:当母线出线较少或空载时,由于在运行时接地故障消除或合闸充电等原因的产生,使电压互感器过饱和,从而很有可能产生谐振过电压,发生接地指示误动作,PT高压保险丝熔断和相对地压不稳等异常情况,更甚者会使PT直接烧毁,进而引起其他的事故;用于接线上的一次绕组是此电网对地唯一的金属性通道,通过PT的一次绕组电网对地有一个充放电的过渡过程。试验得出此时往往有达数安培且为其最高幅值的工频半波流通过PT,这个电流极有可能直接熔断PT高压熔丝。

  解决方法:在电压互感器一次侧中性点与地之间安装消谐电阻,消除或阻尼PT非线性励磁特性而引起的铁磁谐振过电压、限制系统单相接地消失时在PT一次绕组回路中产生的会损坏PT或使PT高压保险丝熔断的涌流,从而有效保护PT以及PT一次侧的高压熔丝。在安装消谐电阻后至今未发生高压熔断器熔断事故,减少了设备的故障率以及运行人员的维护工作量。

  CVT即电容式电压互感器。安装CVT不会出现上述两种异常,但会出现二次谐振。发生二次谐振时CVT的电磁部分出现较大的嗡嗡声,开口三角输出较大(正常为1V以下),所有输出端均产生大量谐波分量。这种谐振只在较大扰动时产生,如发电时,系统严重故障电压恢复时或二次短路被切除时。产生的原因有消谐电阻阻值不对、或速饱和电抗器电抗值变化。如CVT偶尔出现谐振,可在二次侧短时加入一阻性负载,阻值在几十至数百欧姆之间(可用220V100W白炽灯)即可消除。若多次发生谐振则应更换此产品。

  35kV及以下电压互感器高压熔断器熔断一相时,外观检查无异常,应立即更换熔断器试发,熔断一相试发又断或熔断两相以上时,应对故障互感器进行遥测,大于300兆欧可更换保险发出,再断不许试发。更换保险时只须断开电源,戴绝缘手套抓住保险器的磁质部分取下或更换即可。遥测方法:电压互感器的绝缘电阻测量。电磁型PT的一次绕组首端引出为高压端,一般以A端表示,末端为X端。末端安装在二次接线盒内,在运行时X末端必须接地。

  电压互感器(电磁型)的绝缘电阻测量:分别测量PT一次绕组和二次绕组的绝缘电阻。须将一次绕组首端A与末端为X连接(短接)后加压,二次绕组短路接地。所测试的绝缘为一次绕组对二次绕组及地的绝缘;将一次绕组首端A与末端为X连接(短接)后加压,接绝缘电阻测试仪的L端,二次绕组短路接绝缘电阻测试仪的E端,所测试的绝缘为一次绕组对二次绕组的绝缘;将一次绕组首端A与末端为X连接(短接)后接地,二次绕组短路接绝缘电阻测试仪的L端,所测试的绝缘为二次绕组对一次绕组对地的绝缘。二次绕组也可分组测量。

  发现低压保险断或空气开关跳闸后应立即试发空气开关或更换保险试发一次,不成功应分段查找。例:发220kV、110kVPT断线光字牌。电压互感器二次熔断器熔断(或空气开关掉闸)时,应对保护做相应处理后立即试发,试发不成功时应将故障互感器所在母线的电压切换回路断开(或断开分路熔断器),试发电压互感器二次小母线。如试发成功应再逐路试投各路电压切换回路(或分路熔断器),找出故障点,将故障点甩开恢复正常路电压切换回路(或分路熔断器),在未找出故障点前严禁倒母线;如试发不成功应将故障互感器一、二次电源断开:单母线接线的应上报专业人员处理;双母线接线的应断开故障母线切换装置直流电源后,再将故障母线各路倒另一母线恢复保护运行,上报专业人员处理。

  35kV及以下电压互感器装有限流电阻或合格熔断器的,当发生异常需退出运行时可用隔离开关或插头(含小车)断开。电压互感器损坏后在现场很难修复,在很大程度上将影响系统正常运行,应及时更换。电压互感器应有事故备品,更换时应首选同型号、同容量、同准确度的备品,否则应选用容量和准确度相同或更高的备品,若选用容量和准确度相同低的备品时,只能临时使用且其最大热容量必须大于最大负荷。

  例:我所在的高丽营站值班时有一次监控机发“220kV4#母线电压越下线”信号,电压显示异常。站内立即组织查找故障原因:在220kV设备区检查发现B相PT内部发出嗡嗡的异声,其他两相PT正常无异音,用万用表在PT二次端子排处测量,B相电压为零,其他两相为57V左右,初步判断为B相电压互感器内部故障,造成B相二次绕组无输出电压。站内立即将情况上报调度、运行处、公司值班室。做好停电检修准备工作。当天调度令:将220kV4#母线PT转检修),检修队拉来容量和准确度相同的另一厂家PT立即予以更换,更换后站内恢复了正常运行方式。

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