电压互感器的原理.docx

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电压互感器的原理

电压互感器的原理

电压互感器的原理的高电压对电压的比值等于高压侧的绕组匝数除以低压侧的绕组匝数，也就是电压比等于匝数比。

而电流互感器的一次侧线圈匝数放很少，一般也就是一根导线，二次侧放很多匝，这样从电压互感器的原理上来分析，如果一次感应到低电压，那么二次侧如果开路的话就会感应到很高的电压，而二次侧的电压是不能超过2000V的，所以二次侧是坚决不可以开路的。

从另一个方面将，因为一次和二次都是串联接法形成了回路，所以一次侧感应到的电压就等于一次侧的电阻*流过的电流，二次侧的电流就等于二次侧感应到的电压除以二次侧的电阻，当一次侧流过大电流的时候，因为一次侧感应到的电压就等于一次侧的电阻*流过的电流，所以一次电压就增大，一次电压增大，二次感应到的电压也增大，而二次侧电流等于电压除以二次侧电阻，所以二次侧感应到的电流也就增大了。

　　电压互感器的接线方式很多，常见的有以下几种：

　　1,用一台单相电压互感器来测量某一相对地电压或相间电压的接线方式

　2,用两台单相互感器接成不完全星形，也称V—V接线，用来测量各相间电压，但不能测相对地电压，广泛应用在20KV以下中性点不接地或经放电线圈接地的电网中。

　3,用三台单相三绕组电压互感器构成YN，yn，d0或YN，y，d0的接线形式，广泛应用于3~220KV系统中，其二次绕组用于测量相间电压和相对地电压，辅助二次绕组接成开口三角形，供接入交流电网绝缘监视仪表和继电器用。

用一台三相五柱式电压互感器代替上述三个单相三绕组电压互感器构成的接线，除铁芯外，其形式与图3基本相同，一般只用于3~15KV系统。

4,电容式电压互感器接线形式。

　　在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，为了测量相对地电压，PT一次绕组必须接成星形接地的方式。

电流互感器原理是依据电磁感应原理的。

电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。

它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的2次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。

电流互感器的接线方式按其所接负载的运行要求确定。

最常用的接线方式为单相，三相星形和不完全星形（图4a、b、c）。

继电保护的作用及要求

（一）继电保护广泛应用在电力系统、飞机、机车、舰船、汽车等等各个领域。

我们讨论的主要是电力系统的继电保护。

电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。

但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。

因此，受自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。

故障中最常见、危害最大的是各种形式的短路。

发生短路时可能造成的危害是：

故障点的很大的短路电流燃起的电弧，使故障设备损坏。

从电流到短路点间流过的短路电流，它们引起的发热和电动力将造成在该路径中有关的非故障元件的损坏。

靠近故障点的部分地区电压大幅度下降，使用户的正常工作遭到破坏或影响产品质量。

破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使该系统瓦解和崩溃。

继电保护的作用是：

（1）在过载时，继电保护装置应发出警报信号。

（2）在短路故障时，继电保护装置应立即动作，要求准确、迅速地自动将有关的断路器跳闸，将故障部分从系统中断开，确保其他回路的正常运行。

（3）为了保证电源不中断，继电保护装置应将备用电源投入或经自动装置进行重合闸。

（二）继电保护的基本要求

①.选择性

基本含义是保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量减小，以保证系统中非故障部分继续安全运行。

②.速动性

速动性是指继电保护装置应以尽可能快的速度断开故障元件。

这样就能减轻故障设备的损坏程度，减小用户在低电压情况下工作的时间，提高电力系统运行的稳定性。

③.灵敏性

保护装置对其保护范围内的故障或不正常运行状态的反应能力称为灵敏性（灵敏度）。

灵敏性常用灵敏系数来衡量。

它是在保护装置的测量元件确定了动作值后，按最不利的运行方式、故障类型、保护范围内的指定点校验，并满足有关规定的标准。

④.可靠性

可靠性是指在保护装置规定的保护范围内发生它应该反应的故障时，保护装置应可靠地动作（即不拒动）。

而在不属于该保护动作的其他任何情况下，则不应该动作（即不误动）。

一、保护装置的原理

利用发生故障时，电力系统的一些基本参数（电流、电压、相角）与正常运行时的差别来实现保护。

二、构成

1、测量单元：

测量被保护元件运行参数的变化，并与保护的整定值进行比较

2、逻辑单元：

对测量单元送来的信号进行综合判断，决定保护装置是否需要动

作。

3、执行单元：

根据逻辑单元的决定，发出信号或跳闸命令

　故障参数量→测量→逻辑→执行→跳闸或信号脉冲

↑

整定值

三、各种保护装置简介

1、过电流保护：

Id↑

2、低电压保护：

U↓

3、功率方向电流保护：

功率方向

电流大小

4、距离保护：

X=U/I

正常→X大（U=Ue，I=If）

故障→X小（U↓，Id↑）

5、差动保护：

电流相位

电流大小

6、高频保护：

利用高频信号监测各电气量情况

变电站本身是一个产生高强度电磁干扰的环境。

在这样的环境下工作的继电保护装置必然受其干扰。

随着科学技术的发展及大规模集成电路的应用，微机型保护装置将取代以往的电磁保护装置和其它老型号保护装置。

可是微机保护的微电子元器件所能承受的外界电磁干扰的水平极低，当外界干扰超过它们所承受的能力时，保护装置将不能正常工作，如误动、拒动或数据传送出错等，甚至保护装置被损坏。

这使变电站以至整个系统的安全运行受到严重威胁。

故此，处理好抗干扰问题是系统安全运行的关键环节。

1外界干扰的来源及其造成的影响

1.l雷击干扰

　　雷击是变电站二次设备及其相应回路受干扰的主要来源。

几十年来人们对雷电进行了长期的观察和测量，积累了不少经验，据有关资料表明，在雷电主放电过程中，沿雷电通道会流过幅值很大的（最大可达几百千安）、延续时间为近百微秒的冲击电流。

当雷击发生在变电站或输电线路上时，雷电冲击波将经变电站内母线传导，最终经避雷器流入大地。

在这个过程中由于电磁耦合作用，将在二次回路导线与地之间感应产生干扰电压。

　　在雷电冲击波上升过程中受干扰的二次回路可以感应1000V的干扰电压，这将对继电保护装置造成严重的威胁，这个干扰电压足以使微机保护装置的元器件被击穿损坏。

　　另外，雷电流在变电站内注入大地必然经过一次设备的接地线而注入变电站的地网。

由于变电站地网的接地阻抗，使雷击时变电站内的暂态地电位和地网不同点的电位差产生电流。

干扰被屏蔽回路而降低保护装置的运行可靠性。

1.2隔离开关操作过程产生的干扰

　　隔离开关在带电操作（合上或断开）空母线或空线路过程中，对变电站内的二次回路及二次设备也是一种较大的干扰。

隔离开关在带电操作的过程中，由于其动作速度慢及空气去游离能力差，使电弧多次熄灭和重燃，造成系统操作过电压和高频谐振电流流过母线，在母线周围产生强烈的高频电磁场，辐射到二次回路或通过电磁耦合传到二次电缆中，造成对二次回路和二次设备的干扰，使保护装置正常工作受到影响。

　　母线上的高频电流最终经过接地电容（如容式电压互感器等）注入地网，引起地网的地电位和地网不同点的电位差。

在二次电缆的屏蔽层中感应出高频电流，从而干扰被屏蔽的二次回路。

使干扰信号由二次电缆进入保护装置，使之受到不同程度的干扰，同样使装置不能正常工作。

1.3接地故障产生的工频干扰

　　在变压器中性点直接接地的变电站中，当系统发生接地故障时，接地故障产生的故障电流将经过变压器的中性点，流入地网并经大地和架空地线流回到故障点。

由于地网的阻抗，当故障电流流过时，地网的电位将高于大地电位，并且在地网的不同点出现电位差。

将在电缆屏蔽层感应出工频电流，从而干扰被屏蔽回路。

地网的地电位高于大地电位，这将使高频保护的通信受干扰，甚至烧坏高频电缆的屏蔽层，高频保护受到威胁。

1.4断开直流电感线圈过程产生的高频干扰

　　当直流控制回路中的电感线圈被断开时，会产生高频过电压使断开点多次燃弧。

电感线圈被断开的等效电路图1中，设L为控制回路中的电感线圈，R为电感线圈的电阻，C为该回路的杂散电容。

图1直流控制回路中电感线圈被断开

　　当回路通过的电流i，K点被突然断开，线圈中的电磁能不能被突然释放，则通过与杂散电容C串联成高频谐振电路，产生高频电流。

击穿触点K的间隙，使触点发生闪络，电弧多次反复，直到K点被完全拉开为止。

在触点K发生闪络时，同一电源上的直流回路将受到直接的干扰，同时通过电磁耦合对相邻其它回路也造成严重的干扰，也能致使保护装置发生异常。

1.5静电放电的干扰

　　工作人员在日常工作中，人体和衣物、地毯磨擦或通过静电感应可以产生高电压。

当工作人员带有高电压静电后触及保护装置时，装置可能遭受上千伏的放电电压，保护装置的元器件可能被损坏或使逻辑打乱。

当工作人员身上的静电在保护装置附近放电时，装置将受到放电的电磁辐射，这同样也会使装置中的逻辑打乱。

也就是说静电放电也是保护装置的一种干扰源。

2抗干扰的常用方法

2.l提高保护装置自身的抗干扰能力

　　在相同干扰水平的环境中，具有高抗干扰能力的保护装置其运行更稳定、更可靠；也就是说保护装置具有高的抗干扰能力是装置稳定、可靠运行的保障。

通过向提供保护装置的生产厂家提出针对性技术改造的要求，使现有保护装置符合抗电磁干扰能力，或在变电站投产时选用高抗干扰能力的保护装置。

使变电站以至整个系统能更安全运行。

2.2降低外界干扰幅度

　　2.2.1降低来自一次设备的干扰

　　针对前面提到的因地电位升高和地网不同点出现电位差而产生的干扰，可以通过采用合理的措施，如选用密集网格，并在地中打入辅助接地棒改善地网结构，通过增加设备的接地连线和改善设备接地的可靠性，从而降低地网和设备的接地阻抗。

地网阻抗低，当雷电流注入地网或高频电流注入地网时，所造成地电位升的程度及地网不同点电位差也就会相应降低。

同样，对二次保护装置造成干扰的程度也就相应减少。

从根源上抑制来自外界的干扰源。

　　2.2.2改善直流控制回路

　　对于因直流控制回路中电感受线圈被突然断开而产生干扰这种情况，其解决方法是加装续流回路，使电感线圈在断流时其电磁场能量释放并快速衰减。

具体做法是在电感线圈上并联适当数值的串联电阻电容回路，或在电感线圈上并联电阻串二极管。

使在正常运行时续流回路无电流流过，而在断开时流过电感线圈储能的释放电流。

从而解决电感线圈被突然断开时产生谐振干扰的问题。

2.3阻隔干扰的传播

　　来自外界的干扰如雷电干扰和一次回路的干扰是不可避免的，只能采取措施相对降低其干扰的程度。

为了使二次保护装置不受这些强烈的干扰，最好的办法是阻隔干扰传播，使保护装置能有一个无干扰或低干扰水平的运行环境。

干扰信号通常以辐射、电容耦合、电感耦合等方式传播。

通过合理的设计施工可以阻止干扰信号的传播，以使保护装置不受干扰。

　　2.3.1提高屏蔽效果

　　接地屏蔽能有效地阻隔电磁波向被屏蔽范围传播，使被屏蔽范围内的回路不受外界电磁波干扰。

但由于各种因素，如屏蔽层所采用的材料和屏蔽层的接地方式等，使现场的屏蔽效果不能达到理想的状况。

为了使变电站二次回路有较高的屏蔽效果，则二次回路的电缆应选用屏蔽层完好无损，并且其制作工艺符合要求的屏蔽电缆。

通过改善电缆屏蔽层的接地也是提高屏蔽效果的一个方面。

在220kV及以上的变电站中，由开关场引至微机保护屏的屏蔽电缆，其屏蔽层所采用在电缆两端同时接地的方式，就是提高屏蔽效果的一个例子。

原因是屏蔽层中通过屏蔽电流时可以抵消产生这一屏蔽电流的磁通变化，而达到对电缆芯线有较