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一、电压互感器的定义
电压互感器(Potential transformer 简称PT,Voltage transformer也简称VT)和变压器很相像,都是用来变换线路上的电压。但是变压器变换电压的目的是为了输送电能,因此容量很大,一般都是以千伏安或兆伏安为计算单位;而电压互感器变换电压的目的,主要是用来给测量仪表和继电保护装置供电,用来测量线路的电压、功率和电能,或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器,因此电压互感器的容量很小,一般都只有几伏安、几十伏安,最大也不超过一千伏安。
电压互感器是一个带铁心的变压器。它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压U1时,在铁心中就产生一个磁通φ,根据电磁感应定律,则在二次绕组中就产生一个二次电压U2。改变一次或二次绕组的匝数,可以产生不同的一次电压与二次电压比,这就可组成不同比的电压互感器。电压互感器将高电压按比例转换成低电压,即100V,电压互感器一次侧接在一次系统,二次侧接测量仪表、继电保护等;主要是电磁式的(电容式电压互感器应用广泛),另有非电磁式的,如电子式、光电式。
二、电压互感器的作用
1、将交流电中的高电压、大电流变换成一个安全且为标准化的低电压、小电流。以便连接标准化的测量仪表或继电器,用以测量电压、电流、电功率、电能等电量或作继电保护用。
2、将二次回路与一次回路隔离,保证人身和设备的安全。
三、电压互感器的分类
1、按安装地点可分为户内式和户外式。35kV及以下多制成户内式;35kV以上电压等级则制成户外式。
2、按相数可分为单相和三相式,35kV及以上电压等级多为单项式电压互感器。
3、按绕组数目可分为双绕组和三绕组电压互感器,三绕组电压互感器除一次侧和基本二次侧外,还有一组辅助二次侧,供接地保护用。
4、按绝缘方式可分为干式、浇注式、油浸式和充气式,干式浸绝缘胶电压互感器结构简单、无着火和爆炸危险,但绝缘强度较低,只适用于6kV以下的户内式装置;浇注式电压互感器结构紧凑、维护方便,适用于3kV~35kV户内式配电装置;油浸式电压互感器绝缘性能较好,可用于10kV以上的户外式配电装置;充气式电压互感器用于SF6全封闭电器中。
5、此外,还有电容式电压互感器,电容式电压互感器实际上是一个单相电容分压管,由若干个相同的电容器串联组成,接在高压相线与地面之间,它广泛用于110kV~330kV的中性点直接接地的电网中。
电磁式电压互感器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)。
电容式电压互感器是由串联电容器抽取电压,再经变压器变压作为表计、继电保护等的电压源的电压互感器,电容式电压互感器还可以将载波频率耦合到输电线用于长途通信、远方测量、选择性的线路高频保护、遥控、电传打字等。
电容式电压互感器主要由电容分压器、中压变压器、补偿电抗器、阻尼器和负载等部分组成,其工作原理图如图4-2所示。电容分压器由瓷套和装在其中的若干串联电容器组成,瓷套内充满保持0.1MPa正压的绝缘油,并用钢制波纹管平衡不同环境以保持油压,电容分压可用作耦合电容器连接载波装置。中压变压器由装在密封油箱内的变压器、补偿电抗器、避雷器和阻尼装置组成,油箱顶部的空间充氮。一次绕组分为主绕组和微调绕组,一次侧和一次绕组间串联一个低损耗电抗器。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。
六、电压互感器使用和操作注意事项
1、电压互感器使用注意事项
(1)、电压互感器在投入运行前要按照规程规定的项目进行试验检查。例如,测极性、连接组别、摇绝缘、核相序等。
(2)、电压互感器的接线应保证其正确性,一次绕组和被测电路并联,二次绕组应和所接的测量仪表、继电保护装置或自动装置的电压线圈并联,同时要注意极性的正确性。
(3)、接在电压互感器二次侧负荷的容量应合适,接在电压互感器二次侧的负荷不应超过其额定容量,否则,会使互感器的误差增大,难以达到测量的正确性。
(4)、电压互感器二次侧不允许短路。由于电压互感器内阻抗很小,而二次侧所接负载阻抗较大,若二次回路短路时,会出现很大的电流,将损坏二次设备甚至危及人身安全。电压互感器可以在二次侧装设熔断器以保护其自身不因二次侧短路而损坏。在可能的情况下,一次侧也应装设熔断器以保护高压电网不因互感器高压绕组或引线故障危及一次系统的安全。
(5)、为了确保人在接触测量仪表和继电器时的安全,电压互感器二次绕组必须有一点接地。因为接地后,当一次和二次绕组间的绝缘损坏时,可以防止仪表和继电器出现高电压危及人身安全。
2、电压互感器操作注意事项
(1)、电压互感器送电时必须先合一次侧后合二次侧,停电时先停二次侧后停一次侧,防止反送电危及设备安全。(反充电:运行中的电压互感器由二次向不带电的电压互感器反充电,造成运行中电压互感器二次熔断器熔断,低压开关跳开,引起保护装置及自动装置失压)
(2)、两段PT二次并列时,一次必须先并列(防止反充电)。
(3)、在倒换PT前必须先将PT并列运行。(防止二次设备在PT倒换过程中失压)。
(4)、双母线各有一组电压互感器,在母线元件倒闸操作时,保护装置用的交流电压应与元件所在母线相一致。
(5)、二次电压回路使用中间继电器,由隔离开关辅助触点联动实现自动切换方式时:
①、当两组电压切换继电器同时动作供给电压时应发出信号,此时不允许操作母联断路器。
(双母线运行的保护都有“切换继电器同时动作”这一信号)
②、当电压自动切换回路发生不正常现象时,应报告调度,将涉及范围的保护停用或切换到另一组母线电压回路上,然后才能进行处理。
③、运行中的隔离开关不允许进行辅助触点维修工作。
6、220kV空载母线停送电操作时(带电压互感器),由于断路器触头间并联电容与母线电压式互感器极易发生串联谐振过电压,造成电压互感器暴炸。因此要求:
(1)、220kV母线电压互感器有隔离开关时,母线充电之后,再合电压互感器隔离开关送电;空载母线停电时,先拉开电压互感器隔离开关,再拉断路器,母线停电。
(2)、220kV母线电压互感器无隔离开关时,系统有条件,可利用线路与母线配合操作,用对侧线路断路器代母线一并充电或停电。
(3)、220kV母线电压互感器无隔离开关时,在用母联断路器停送空载母线操作过程中,如发生串联谐振过电压,应立即合上母联断路器,母线送电;如母联断路器合不上,应检查断路器在开位,拉开谐振母线侧隔离开关。
7、停用电压互感器时应注意以下事项:
(1)、为了不使保护及自动装置失去电压,电压互感器停运前,必须进行电压切换。
(2)、为防止反充电,应取下二次熔断器(包括电容器)。
(3)、必须二次负荷全部断开后,才能断开互感器一次侧电源。
七、电压互感器巡视检查和日常维护
1、电压互感器巡视检查项目如下:
(1)、互感器瓷瓶是否清洁、完整,有无损坏及裂纹,有无放电现象。
(2)、电压互感器的油位,油色是否正常,有无漏油现象。
(3)、互感器内部声音是否正常。
(4)、高压侧引线是否接触良好,有无过热现象,二次回路电缆及导线有无损伤,高压熔断器限流电阻及断线保护用电容器是否完好。
(5)、互感器二次侧和外壳接地是否完好。
(6)、端子箱是否清洁、受潮。
(7)、电压互感器在大风、雾天、冰雪、雷雨后和设备新投入运行后、设备变动后以及高温大负荷时,需要进行特殊巡视。
2、电压互感器的日常维护项目如下:
(1)、电压互感器外壳每年至少清扫一次。
(2)、每季度应检查一次端子箱内有无异常,二次小开关或熔断器有无异常跳闸或熔断现象。
(3)、电压互感器端子箱内的加热器检查,并按要求投退(每季度一次)。
八、电压互感器异常运行及故障处理
1、PT常见异常运行及故障
(1)、本体过热;
(2)、内部声音不正常或有放电声;
(3)、内部发出焦臭味;
(4)、PT二次侧小空开连续跳开;
(5)、PT铁芯谐振;
(6)、电容式电压互感器二次输出电压波动;
(7)、PT二次侧短路;
(8)、PT二次回路断线;
(9)、PT一次侧熔断器熔断;
(10)、电容式电压互感器内部电容击穿;
(11)、PT预防性试验不合格。
2、PT故障处理原则
(1)、立即汇报值长,属于调度管辖的应汇报调度申请停电处理;
(2)、隔离故障PT,母线PT需将母线转检修后方可处理;
(3)、应将可能误动的保护停用(如距离保护,过、欠电压保护);
(4)、电压互感器着火,切断电源后,用干粉、1211灭火器灭火。
3、PT出现以下情况应立即停用
(1)、电压互感器一次侧熔断器连续熔断;
(2)、电压互感器发热温度过高;(当电压互感器发生层间短路或接地时,熔断器可能不熔断,造成电压互感器发热,甚至冒烟起火)
(3)、电压互感器内部有“噼啪”声;(可能是电压互感器内部短路、接地或夹紧螺钉未上紧所致)
(4)、电压互感器内部出现焦臭或冒烟。
4、 PT二次电压回路失压
现象:后台监控机发出该电压回路断线信号,警铃报警,对应的线电压数据消失或无指示,有功、无功数据降低或为零。
处理方法:
(1)、汇报调度,按调度命令退出与该PT二次电压有关的保护压板。
如在电压互感器二次回路尚有作业人员,应立即停止其工作,并检查作现场是否异常;切换电压切换把手,检查电压有无变化。
关闭警报,检查记录监控后台机所发出的信号名称,各种数据的数值,并向调度汇报。
(2)、检查PT有无异声、异状,检查PT二次空气开关是否跳开,如跳开则重新合上空气开关。
(3)、如果二次侧均正常,则应根据当时现象,判断高压保险是否熔断,必要时可停用PT,做好安全措施后检查和更换高压保险。(此条针对35kVPT)
5、互感器本体故障
现象:互感器内部有放电声及不正常噪声或油面不断上升,油色变黑,油标处向外溢油;接地信号动作,二次电压一相或两相为零,其他两相或一相电压升高时;
故障处理:
(1)、应马上将设备故障情况向调度汇报,申请停电,汇报站领导和专责工程师。
(2)、当35kVPT故障在高压保险三相熔断时,可以直接拉开PT刀闸。220kV、500kVPT故障需向调度申请,进行倒闸操作。
(3)、若故障互感器起火爆炸或有强烈异声发生,应先断开电源然后向调度汇报,并同时做好安全措施,再用干式灭火器或沙灭火。
6、独立单元二次电压消失的处理:
(1)、当该单元电压断线信号发出后,首先按规定退出有关保护出口压板,解除警报。
(2)、如在二次电压回路尚有作业人员,应立即停止其工作,并检查作业现场是否异常,同时汇报调度。
(3)、检查该PT所供其它单元无异常,确认PT二次空气开关(保险)正常。
(4)、检查电压回路的节点和元件是否有松动、混线、断线和短路等现象,切换回路有无接触不良。
7、电压互感器一次侧熔断器熔断的原因
(1)、互感器内部线圈发生匝间、层间或相间短路及一相接地故障;
(2)、电压互感器一、二次侧回路故障,造成电压互感器过电流;
(3)、中性点接地系统中发生一相接地时,其他两项电压升高3倍或间歇性电弧接地产生的过电压使电压互感器铁芯饱和电流增加到使熔断器熔断;
(4)、系统发生铁磁谐振,在中性点不接地系统中,由于发生单相接地或用户电压互感器数量增加,使母线或线路的电容与电压互感器的电感构成LC震荡回路,引起谐振,造成过压过流。
8、电压互感器二次侧熔断器熔断的原因
(1)、因人为原因引起的各种二次侧回路短路;
(2)、保护及自动装置元件损坏,引起电压二次回路短路;
(3)、二次回路受潮、腐蚀及损伤而发生一相接地及两相短路引起的大电流;
(4)、电压互感器内部存在着金属性短路,也会造成电压互感器二次回路短路。
△电压互感器熔断器熔断时,应立即进行更换。若再次熔断,则不应更换,待查明原因后再做处理,此时严禁将电压互感器投入运行。
9、PT二次回路短路保护
(1)、设置PT二次回路短路保护的原因
电磁式电压互感器实际上是一个小型的降压变压器,二次负载对一次侧电压无影响,故一次侧相当于接了一个恒压源,且电压互感器二次负载阻抗很大,所以正常情况下,二次电流很小,而当二次侧短路时,因为电压不变,阻抗减小所以将产生极大的电流,这个电流将损坏二次绕组,危及二次设备和人身安全,所以我们需要在电压互感器二次侧设置短路保护。
(2)、PT二次回路短路保护设备
①熔断器
用于PT二次回路短路时,相应的保护装置不会误动作,对断开时间要求不严格的情况。
②小空开
用于PT二次回路短路时,相应的保护装置可能误动作,对断开时间要求比较严格的情况。
九、本站110kV电容式电压互感器介绍
1、电压互感器的基本参数
T YD 110/√3 - 0.02 W3
Ⅳ级防污
额定电容0.02F
额定一次电压110/√3kV
电容式电压互感器
成套装置
2、使用环境条件
(1)、温度类别:-25/40
(2)、海拔:不超过2000m
(3)、风速:不超过35m/s
(4)、地震:地震烈度不超过8度
3、标准准确级下的额定输出如下表
二次绕组接线端额定参数 | 1a—1n | 2a—2n | 3a—3n |
额定输出电压(V) | 110/√3 | 110/√3 | 100 |
准确级 | 0.2 | 0.5 | 3P |
额定功率(VA) | 15 | 50 | 50 |
4、电气原理图
图 9-1 TYD110/√3-0.02W3电压互感器原理图
A | 高压端子 | 1a1n | 二次绕组接线端 |
C1 | 高压电容 | 2a2n | 二次绕组接线端 |
C2 | 中压电容 | dadn | 剩余绕组接线端 |
T | 中间变压器 | N | 电容分压器低压端 |
L | 补偿电抗器 | P | 保护间隙 |
F | 避雷器 | ZD1、ZD2 | 阻尼器 |
E | 接地端 |
注:接载波设备时,请将N与E断开
5、基本结构
(1)、电容式电压互感器是由电容分压器和电磁装置组成:TYD110型电容式电压互感器有一台OWF110型电容分压器和电磁单元组成。
(2)、电容分压器叠装在电磁装置邮箱之上,分压电容器在其芯子下部抽头,标称电容为C2,其输出端子与低压端子一起从分压器底板引出到邮箱中,电容器的芯子由若干元件串联组成,芯子上面装有金属膨胀器作油体积补偿,电容分压器内液体介质为十二烷基苯。
(3)、电磁装置由中间变压器、补偿电容器、保护装置和阻尼器等组成,中间变压器的一次绕组接于电容分压器的中压和低压端子之间,二次绕组和剩余电压绕组由油箱的出线盒引出,中间变压器和补偿电抗器绕组均具有若干抽头,电抗器铁芯具有可调气隙,抽头和气隙均在出厂试验时调定。
(4)、电磁单元内浸渍变压器油,油箱密封,油面离箱盖留有一定空间,作为油体积补偿用。
(5)、油箱外有出线盒、油位表、铭牌、放油塞、接地座等,油箱下部有4个ɵ24孔供固定商品用。
6、使用和维护
(1)、对本产品应采用适当的避雷器保护。
(2)、在使用期间应经常检查产品的电气连接是否可靠正常,油箱应可靠接地。出线盒内az、a或2az、2a或daz、da为阻尼器接入端子,出厂时已用接线板连好,应长期固定在绕组两端,使用期间不允许有松动现象;用于载波通讯的为N、E端子,出厂时已短接;作载波通讯时,N、E端必须打开连接片;不作载波通讯时,该N、E必须可靠接地,严禁开路;载波通讯端子右侧为过压保护间隙出厂时已调定(约0.5mm)。一次绕组的接地端(E)应始终保持可靠接地。
(3)、使用期间应经常检查产品密封情况,检查底座及电容分压器下部是否渗油,如发现漏油,应停止使用,并及时与生产厂家联系。
(4)、用户在现场监测观察窗的油位线时,按照20℃时油位线在中心线位置,在最高最低温度内变化时,油位偏差在上下15mm以内,即为正常运行。
(5)、在接触产品前,必须产品从线路断开,再将产品的导电部分通过接地棒多次放电。
7、验收试验
(1)、外观检查:仔细检查CVT在运输过程中可能引起的损伤,如瓷套破损,渗油变形等。
(2)、绝缘电阻测量。
(3)、互感器电压变比测试。
(4)、检查电容分压器低压端N与一次接地端E之间的保护间隙及E端在二次出线盒中与油箱相连并通过油箱接地。
(5)、电容分压电容及介损测量。
(6)、互感器准确度试验。
(7)、极性检查。
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