电流互感器极性（精选7篇）
电流互感器极性 篇1
按规定电流互感器在交接及大修前后应进行极性试验, 防止接线时将极性弄错, 造成保护装置误动作或计量装置不能正确计量, 因此必须在接线时做极性试验。
判断电流互感器极性的方法有3种, 分别为:直流法、交流法和仪器法。其中最方便实用的是直流法。用一节普通的1号干电池, 一根0.5 m长的连接线, 一只指针式万用表即可测试, 万用表最好是MF-500型的, 因为上面带有微安挡, 指针偏转角度大, 显示比较直观。把万用表左侧旋钮调整到A直流电流挡位, 右侧旋钮调整到50μA刻度。判断极性时一般2个人一起操作。其中一人把万用表的正极红表笔接电流互感器二次侧的S1端, 负极黑表笔接S2端, 另一人把连接线一端固定在电流互感器一次侧P2端, 连接线的另一端和干电池负极锌片端接触, 使干电池的正极瞬间碰触电流互感器的一次侧P1端, 这时会发现万用表指针正偏 (向右偏) 之后, 又马上返回, 这说明极性正确为减极性。然后将红表笔接S2端, 黑表笔接S3端, 或红表笔接S3端, 黑表笔接S4端, 指针偏转情况应与上述相同;如指针摆动与上述相反, 为加极性, 检查是否看错或标注错误。检测时二次侧接线柱处标有字母P的为保护用端子。
高压断路器装配的用于测量和保护的电流互感器虽然绕组多、变流比多, 但在出厂时已全部连接到接线端子排上, 且标注清楚, 相对容易测试。如ZW7-40.5/1600-25型户外交流高压真空断路器, 每相带有4个绕组, 其中2个用于测量, 2个用于保护。3个变流比分别为500/5, 600/5, 800/5。单只的电流互感器其极性标注字母一般随外绝缘一起浇注, 多数二次侧接线柱处位置狭小, 标注字母不清楚, 如LQJ-10, LQJ-10Q等型号的电流互感器, 如果不进行极性判断, 很容易看错导致接线错误, 这就更需要在接线前进行极性测试。
电流互感器的极性问题探析 篇2
1 电流保护中电流互感器极性错误的情况分析
地铁中压系统是中性点非直接接地的供电系统, 其相间短路保护通常采用电流速断保护和过电流保护, 而电流互感器与继电器的结线方式有多种, 下面以10kV、35kV系统中典型的两相三继电器式结线作一分析。
图1是两相三继电器正确接线的原理图, L1与K1为同名端, L2与K2为同名端。从图中可看出, 系统一次侧电流为IA、IB、IC, A、C相经电流互感器后二次侧的电流为Ia、Ic, 分别流入继电器K A1、KA2, 即, 而。在中性点不接地的系统中, 等于。也就是说, KA3流过的电流大小为Ib, 三个继电器分别反映出三个相电流的大小。因此当一次电路发生相间短路时, 至少会有一个继电器动作。
图2所示的是C相电流互感器一次侧极性反接的情况。由于TA2的一次侧反接, 电流互感器二次侧的电流方向也随之相反, 如图。此时流入继电器KA1、KA2的电流大小依然分别为Ia和Ic, 但流入KA3的电流为, 其大小为。而继电器整定的动作电流是根据正确接线情况下确定的, 也就是根据Ib的大小乘以大于1的系数来整定。那么流过继电器的电流为原来的倍时, 很有可能在系统未发生短路故障时继电器就会误判系统短路, 导致保护装置误动作。
2 极性错误对计量装置造成的影响
在仪表计量回路中, 电流互感器极性的错误会影响仪表指示的正确性和计量的准确性, 下面以三相四线和三相三线有功计量进行计算分析。
2.1 三相四线对称电路有功计量一相电流互感器极性接反的分析
图3为三相四线计量装置A相电流互感器二次极性接反的接线图和相量图。
正确计量时, 按相电压考虑其三相功率为
A相电流互感器极性反接时, 有
即如果按照三相对称来考虑, 当一相极性反接时, 计量到的电能为实际用电的1/3。
2.2 三相三线有功计量中一相电流互感器极性反接的分析
图4为三相三线计量装置A相电流互感器二次极性接反的接线图和相量图。
A相电流互感器极性反时, 有
计量结果与实际用电量有很大偏差偏差大小与功率因数角φ有关。
3 电流互感器的同名端常用的测定方法
3.1 直流法
如图5所示。在电流互感的一次线圈 (或二次线圈) 上, 通过按钮开关S接入1.5V～3V的干电池E。按下S时, 若直流电流表或直流电压表指针正偏, 则1、3端子或2、4端子是同名端;S断开指针反偏时, 1、3端子或2、4端子是同名端。直流法测定极性, 简便易行, 结果准确, 是现场常用的一种方法。
3.2 交流法
如图6所示。将电流互感器一、二次侧线圈的任意两端连在一起, 在匝数较多的二次线圈上通以1V～5V的交流电压U1, 再用10V以下的小量程交流电压表分别测量U2及U3的数值, 若U3=U1-U2, 则两线圈的连接端2、4为异名端;若U3=U1+U2, 则两线圈的连接端2、4为同名端。适合于互感器的变流比在5及以下时, 地铁供电中一般较少采用。
3.3 仪表法
采用互感器校验仪或其他专门仪器进行极性检测。
4 结语
本文对电流互感器极性反接造成继电保护装置误动和计量装置计量错误的原理进行了分析, 介绍了测定极性的常用方法, 对实际运行中此类的故障处理具有一定的参考价值。
摘要：本文介绍了供电系统继电保护和计量装置中使用电流互感器时极性错误导致的故障情况, 详细分析了故障原因, 并介绍了测定同名端极性的常用方法。
关键词：电流互感器,极性,继电保护,计量装置
参考文献
[1]柳春生.实用供配电技术问答[M].机械工业出版社, 2003.
电流互感器极性 篇3
关键词：电流互感器,极性,改进
在电力系统中电流互感器的作用是把大电流变成小电流，将连接在继电器及仪表的二次回路与一次电流的高压系统隔离，并将一次电流减小到5A或等于1A两种标准的二次电流值。电流互感器的极性与电流保护密切相关，特别是在农电系统中，电流保护起主导作用，所以必须掌握好极性与保护的关系，下面介绍一下电流互感器的极性和常用电流保护的关系以及易出错的二次接线。
1 电流互感器的极性
我们知道，互感器是在交流回路中，在交流回路中电流的方向随时间在改变。所谓电流互感器的极性，是指某一时刻一次侧极性与二次侧某一端极性相同，即同时为正、或同时为负，我们称此极性为同极性端或同名端，用符号“*”、“-”或“.”表示。(亦可理解为一次电流与二次电流的方向关系)。按照规定，电流互感器一次线圈首端标为L1，尾端标为L2;二次线圈的首端标为K1，尾端标为K2。在接线中L1和K1称为同极性端，L2和K2也为同极性端，其3种标注方法，如图1所示。
电流互感器同极性端的判别与耦合线圈的极性判别相同。较简单的方法例如用1.5V干电池接一次线圈，用一高内阻、大量程的直流电压表接二次线圈。当开关闭合时，如果发现电压表指针正向偏转，可判定1和2是同极性端，当开关闭合时，如果发现电压表指针反向偏转，可判定1和2不是同极性端。
2 电流互感器的极性与常用电流保护以及易出错的二次接线
2.1 一相接线
一相式电流保护的电流互感器主要用于测量对称三相负载或相负荷平衡度小的三相装置中的一相电流。电流互感器的接线与极性的关系不大，但要注意的是二次侧要有保护接地，防止一次侧发生过电流现象时，电流互感器被击穿，烧坏二次侧仪表、继电设备，但是严禁多点接地。两点接地二次电流在继电器前形成分路，会造成继电器不动作。因此，在《继电保护技术规程》中规定对于有几组电流互感器连接在一起的保护装置，则应在保护屏上经端子排接地，如变压器的差动保护，并且几组电流互感器组合后只有一个独立的接地点。
2.2 两相式不完全星形接线
两相式不完全星形接线用于相负荷平衡和不平衡的三相系统中，如图3所示。若有一相二次极性接反，那么流过3KA的电流为，由向量差得其电流值为Ia的倍，相位滞后30°角，如果三只继电器整定值是一样的，3KA会提前动作，造成保护误动。
2.3 两相电流差接线方式
图4中流过继电器KA的电流为其接线系数为。如C相二次极性接反，故流过继电器KA的电流为当A、C相发生短路故障时，一次电流变为大小相等方向相反。即的参考方向为正，变换到二次侧的电流流经继电器KA的电流则为0，这就说明由于C相二次极性接反，当一次侧A、C相短路后继电器KA有可能不动作。
2.4 三相完全星形接线
三相完全星形接线，如图5所示。用于相负荷平衡度大的三相负荷的电流测量以及电压为380/220V的三相四线制测量仪表，监视每相负荷不对称情况，若任一相极性接反，流过中性线的电流将增大。若缺少中性零线的星形连接，其缺陷是在运行中当负荷不平衡时，将造成二次侧中性点位移，使流过继电器的电流不能正确反映出该相电流的大小，同样会造成误动。
继电保护用的电流互感器接线，通常是用于中性点直接接地的电力系统中的保护装置时，采用星形接线。在中性点非直接接地的电力系统中，由于允许短时间单相接地运行，并且大多数情况下都装设有单相接地信号装置，所以广泛采用不完全星形接线方式。保护用电流互感器的三角形接线应用于Y/△
综上所述，电流互感器用于电力系统中电流保护时，应根据电流互感器的极性，根据电流互感器的作用和使用范围不同，正确选择电流互感器的接线方式。
参考文献
[1]税正中, 施怀瑾主编.电力系统继电保护[M].重庆大学出版社.
[2]牟道槐主编.发电厂变电站电气部分[M].重庆大学出版社.
浅谈电流互感器二次绕组极性 篇4
电流互感器广泛应用于电力系统中, 其作用是将电力系统中的一次大电流变换成二次小电流, 然后输入到测量仪表或继电保护及自动装置中进行检测判别。电流互感器的极性采用减极性原则进行标注, 其目的是为了保证二次设备 (例如保护装置) 感受到的电流方向要与一次电流方向保持一致。如图1所示, 以P1、K1分别表示一、二次绕组的极性端, 以P2、K2分别表示一、二次绕组的非极性端, 通常电流互感器极性端P1会靠近母线侧。
当发生区内故障时, 一次故障电流I1从P1端流入, 二次电流I2从极性端K1流出, 进入保护装置的极性端A1, 然后从保护装置非极性端A2流出回到电流互感器二次绕组非极性端K2, 形成完整的电流回路, 此接法称为正极性接法;若此时电流互感器P1、P2反向装设即一次故障电流由P2端流入P1端流出时, 为保证保护装置感受到的电流方向与一次电流方向一致, 保护装置电流回路极性端A1应与电流互感器二次K2端连接, 非极性端A2应与电流互感器二次K1端相连接, 这种方式则称为反极性接法。
电流互感器二次绕组之所以存在正极性与反极性两种不同的接法, 其原因在于同一电流互感器存在多个二次绕组, 分别用于不同的保护装置, 其保护要求不同造成的。
对于差动保护, 通常采用的是基于采样值的比率制动式电流差动保护, 保护动作判据的依据是基尔霍夫第一定律, 即:“任一时刻, 流入任何一个节点的各支路电流之和为零”。采用瞬时采样值的比率制动电流差动保护方案, 其动作方程如下:
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式中K为制动系数, Id0为差动门槛, Ii式为各连接元件电流瞬时值, i=1, 2, …m。
对于线路保护, 通常采用功率方向元件来判别故障方向, 如图2, d1处短路对保护2为正方向, d2处短路对保护2为反方向。
d1处短路时
d2处短路时
因此:利用判别短路功率方向, 就可以判别发生故障的方向。
为保证保护能正确的进行故障判别, 电流互感器二次绕组极性接法的选择就特别重要。笔者认为:电流互感器二次绕组极性接法与被保护元件发生区内故障时故障电流的流向有关, 当故障电流方向与P1→P2方向一致时, 应采用正极性接法;故障电流方向与P1→P2方向相反时, 应采用反极性接法。下面就以电流互感器各保护绕组为例, 说明其极性问题, 其他绕组可参照分析。
2 常规线路保护
图3为110kV常规线路间隔电流互感器二次绕组分布图, 图中电流互感器极性端P1靠近母线侧, 其保护绕组主要用于线路保护及母线保护。对于线路保护绕组, 其作用是用于线路保护故障判别, 当线路发生区内故障 (K1点) 时, 故障电流I1由母线流向线路, 与P1→P2方向一致, 因此应采用正极性接法。
3 母线保护
电流互感器母线保护绕组, 其作用是用于母线保护故障判别, 通常与线路保护绕组交叉排布, 避免存在死区。图3中母线发生区内故障 (K2点) 时, 故障电流I2由线路流向母线, 与P1→P2方向相反, 本应采用反极性接法, 但由于母线保护故障判别采用矢量和叠加原理, 各母线保护均要求各支路极性端在母线侧, 因此在现场实际中母线各支路母线保护绕组与线路保护绕组一样采用正极性接法。
4 变压器保护
图4为220kV变压器电流互感器二次绕组分布图, 其高、中、低三侧电流互感器极性端P1均装设于各母线侧。变压器保护应配置双重化的主、后备一体保护, 因此其电流互感器绕组也采用主。
后备保护共用同一个绕组, 且三侧电流互感器均有两个绕组用于保护以满足双重化配置的要求。对于差动保护, 其保护范围为变压器及三侧电流互感器内, 当发生区内故障 (K3点) 时, 故障电流 (I3H、I3M、I3L) 方向与各侧电流互感器P1→P2方向一致, 故三侧电流互感器差动保护绕组均应采用正极性接法;对于高后备保护, 其主要作为变压器内部故障的后备保护及其中、低压侧母线故障的后备保护, 其保护方向指向变压器, K3点故障时故障电流I3H与高压侧P1→P2方向一致, 其绕组也应采用正极性接法;而对于中后备保护则主要作为中压侧引出线、中压侧母线及中压侧相邻线路的后备保护, 其保护方向指向中压侧母线。图3中发生K4点故障时, 故障电流I4与中压侧电流互感器P1→P2方向相反, 此时应采用反极性接法, 与主保护极性相反, 那么中压侧主保护与后备保护采用同一绕组应采用正极性接法, 因为各变压器保护厂均指定差动保护与后备保护所用各侧电流互感器以母线侧为极性端, 同时在后备保护中提供复压方向过流及零序方向过流方向控制字选项 (可选择指向母线或指向变压器) , 采用软件间接实现主保护与后备保护同一绕组不同极性接法。因此, 该变压器三侧电流互感器保护绕组均应采用正极性接法, 同时将高压侧复压方向过流及零序方向过流方向控制字选择为指向变压器, 中压侧复压方向过流及零序方向过流方向控制字选择为指向母线, 对于低后备保护国网设计规范要求配备不带方向的复压过流保护, 也就不存在方向与极性接法问题。
5 3/2接线方式
对于3/2接线方式, 其边断路器电流互感器绕组分布相对于常规接线方式而言基本一致, 所有绕组均采用正极性接法即可。现重点分析一下中断路器电流互感器绕组极性情况。如图5所示, 中断路器电流互感器P1端靠近DL2断路器, P2端靠近DL3断路器, 该电流互感器有9个二次绕组, 其中保护用绕组5个, 线路1保护用绕组2个, 线路2保护用绕组2个, 中断路器失灵保护绕组1个 (因失灵保护仅判别电流大小, 不判别方向, 其绕组极性无严格规定) , 为避免存在死区现象, 线路1与线路2保护绕组交叉排布。当线路1发生区内故障 (K5点) 时, 对于中断路器电流互感器而言此时故障电流I5的方向为P2→P1, 故线路1保护绕组1、2应采用反极性接法;当线路2发生区内故障 (K6点) 时, 对于中断路器电流互感器而言此时故障电流I6的方向为P1→P2, 故线路2保护绕组1、2应采用正极性接法。此外, 现场实际中内桥接线方式与3/2接线方式类似, 其电流互感器绕组极性也可同理进行分析。
6 结论
随着继电保护行业的快速发展, 各类保护装置日益先进, 对电流回路极性的要求也不尽相同。因此, 电流互感器二次绕组极性的选取应优先考虑保护装置对电流回路极性要求, 再根据该绕组所对应的保护对象发生区内故障时故障电流的流向与电流互感器一次侧P1→P2方向相比较, 综合考虑后确定其极性接法。
参考文献
[1]国家电网公司企业标准.变压器、高压变联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范[Z].中国电力出版社, 2008.2.
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[4]雷红梅, 宋光文.变电站电流互感器极性接法的探讨[J].继电器, 2007, 18 (4) :78-81.
[5]国家电力调度通信中心.继电保护培训教材[M].中国电力出版社, 2009, 4.
[5]郑新才, 张耀东等.220kV变电站保护极性的接线方式及判别[J].电气应用, 2005, 25 (2) :61-63.
[6]南瑞继保电气有限公司.RCS-915系列微机母线保护装置说明书[Z].
电流互感器极性 篇5
1 故障情况
1.1 发现故障
在电力专业点检人员对某变电站6KV配电室认真例行日常专业点检时, 发现了一面馈线柜的电流表 (量程为750A) 指示数据与微机保护装置上显示的测量电流数值存在着很大的偏差。
1.2 故障初判
专业点检人员与维修技术人员, 首先立刻对电流表进行检查校验, 确定电流表没有问题后;根据维护经验进一步仔细比对CT变比, 明确电流互感器铭牌上标识的CT变比为750/5, 与主站微机保护装置内设定的CT变比 (150.0) 一致。
2 原因分析
2.1 故障条件
在以上初步了解该起设备故障的基础上, 专业技术人员结合《设备点检记录》进行分析、研究:看到记录上的微机保护装置A、C两相测量电流数值分别为150.2A和151.4A (取定:150A) , 而时间电流表读数为260A。专业技术人员马上对二次测量回路作了重点检查, 在使用相位仪测量电流互感器二次回路A、C两相电流相位时, 检查出相位差为60°, 在进一步的检查接线过程中, 找出了A相电流互感器内部引出线错误, 导致其二次测量回路的极性接反, 变为加极性。
2.2 相量分析
该变电站6KV配电室所有出线柜的电流互感器采用不完全星形接线方式, 具体详见图1-1所示:
电流互感器一次和二次线圈间的极性, 按照减极性标注, 参照图1-1所示。L1和K1为同极性端子, 当一次侧电流从L1流向L2时, 二次侧电流从K1经过负载回到K2, 中性线上流过的电流i N=i A+i C=-i B, 对比相量分析 (如图1-2所示) , 电流表所测量的电流数值就是中性线上电流的绝对值 (也是B相电流的绝对值) , 与A、C两相电流数值相等。
2.3 故障原因
而在实际接线中, 设备安装时由于人为疏忽却将A相电流互感器二次侧极性接反, 即图1-1中A相K1与K2互换, 这样A相电流互感器实际的二次侧电流也就与图1-1中的所示的i A方向相反了, A、C两相电流相位差也就由原来240°变为实测的60°。从图1-3所示对相电流与线电流分析中, 可以得出中性线的电流i N= (-i A) +i C, 其幅值为相电流 (i A或i C) 的倍, 这与点检时点检人员记录的电流表读数基本吻合。因此, 在专业技术人员用相位仪测出A、C两相电流相位差显示为60°, 也就不足为怪了。
3 故障处理
专业维护技术人员最终将A相电流互感器极性K1、K2的两个接线端子 (N411, A411) 对调重新连接后, 再次使用相位仪测量了电流互感器二次侧C、A两相电流相位, 相位差显示为120°, 电流表与微机保护装置所显示的测量电流数值基本相同, 这样该起故障得到了有效处理, 同时保证了该6KV配电系统的稳定、安全和可靠运行。
4 防范措施
1) 在故障得到及时有效处理后, 专业技术人员没有放弃对该起故障的进一步总结, 通过详细形成故障案例, 意识到:如果电流互感器二次侧极性接反故障出现在保护回路中, 尤其是这种错误发生在差动保护中, 那么极易引起保护装置误动作而发生跳闸, 从设备故障变为设备事故。2) 因此, 该电力车间从这例故障分析、处理中吸取教训, 举一反三, 总结经验, 建立了该故障处理案例, 使得电力点检人员、维护人员充分认识到了电流互感器极性及接线的重要性。3) 在今后工作中, 要求专业维护技术人员强化工作的责任心, 严格按照施工设计图实施, 认真做好电流互感器的极性试验, 避免同类事故的再次发生。
摘要：针对冶金行业电力设备种类繁多、运行故障存在多变性的现状, 分析了莱钢一起电流互感器二次侧极性接反而引起电流增大的设备故障, 阐述了莱钢在判断、研究、处理电气故障的有效做法, 保证了配电系统的稳定、安全和可靠运行, 同时总结了此类电气故障处理的经验。
电子式互感器极性校验的实用方法 篇6
CT、PT的极性校验是变电站调试、验收的重要项目之一,几乎所有差动保护(如母线差动、变压器差动、线路光纤差动保护等)都需要CT极性的配合。在综合自动化变电站中,改变CT、PT二次极性指向,只需改变CT、PT二次回路接线。而智能变电站的采样通道由光纤构成,电子式互感器输出的FT3和合并单元输出的IEC61850-9-2都是每个周期80点采样的数字量,要修改CT的二次极性指向,只能改变CT顶部罗氏线圈至采集卡的接线,或调整CT的一次方向,非常麻烦。因此,在智能变电站调试中,研究电子CT、PT的校验方法是非常必要的,具有重要的现实意义。
1 智能变电站系统构成
1.1 电子式互感器结构
罗氏原理电子式CT结构如图1所示[1]。采集卡装在CT顶部,罗氏线圈输出的弱电压信号在CT头部经采集卡转换为光信号(FT3),再经光缆传输至合并单元转换为IEC61850 9-1或IEC61850 9-2规约的光信号供间隔层IED使用[2,3]。只有在升流试验时对比一次电流和采集卡输出的FT3或合并单元输出的9-2 SMV量的角度,才能对其极性进行校验。
1.2 智能变电站IED采样通道
智能变电站IED二次采样值通道如图2所示。PT的采集卡将PT的二次采样值以FT3报文的形式发给PT合并单元,先经PT合并单元将三相电压合并成一路FT3报文发给间隔合并单元;CT采集卡将CT的采样值以FT3报文的形式发给间隔合并单元,间隔合并单元将PT采样值与CT采样值合并为1路IEC61850 9-2报文,发至本间隔过程层交换机(或直接上送给IED)。各间隔层IED从本间隔过程层交换机获得所需的电流电压采样值。
2 110 kV及以上电子式CT极性校验方法
对于常规CT可以用直流法进行校验,即用电池的正负极连接CT的两侧,同时观察指针万用表二次电流的方向,从而确定CT的二次极性。而电子式CT二次输出的弱电压信号在CT内部就由采集卡转成了光信号,所以无法用直流法来校验CT极性。在这里,我们研究、分析采用比较法精确校验电子式CT的极性,其核心是通过比较CT一次侧电流和二次侧SV采样值角度差来确认CT极性,具体如下:
3𥰜й°œ3 0š
(1)通过升流器二次电流得出加在CT一次侧电流的角度;
(2)用常规继电保护测试仪输出一个工频电压,并和升流器二次电流核对角度,同时将这个电压输出至AD转换模块,转换为FT3电压信号输出至PT合并单元,经间隔合并单元转换为IEC61850 9-2输出至过程层网络,利用间隔层IED和CT二次电流进行角度对比;
(3)根据角度差确认极性的正确性。
2.1 试验准备
试验接线方法如图3所示,升流器的一次侧极性端挂于CT的P1侧,非极性端挂于CT的P2侧,升流器原理图及等值电路图如图4所示。钳形相位表用于测量升流器二次电流和继电保护试验仪的输出电压。继电保护试验仪输出模拟电压Ua给A/D转换装置,A/D转换装置将Ua转换为FT3数字量输入PT合并单元内。
将220 V交流电源加至升流器的二次侧,并调节升流器一次电流,使大于CT一次额定电流的10%。设置继电保护测试仪,使其输出电压为57∠0。用钳形相位表读出的相位差θ1。在间隔层IED上读出CT二次侧电流和母线电压的角度差θ2。
2.2 一次电流角度计算
升流器二次电流的角度为
根据图4可知
其中:N1为升流器一次线圈的匝数;N2为升流器二次侧线圈匝数;为励磁电流。
如图4所示,Z2为升流器二次线圈的电阻,角度为0°,大小可由万用表测出;Zm为升流器二次线圈电抗,角度为90°;ZL为升流器一次侧负载。
的大小可由如下方法得出:将升流器一次侧空载,二次侧加上220 V交流电源,设用钳型相位表测出此时二次电流的大小和相位,就是升流器的额定电压下的额定二次电流。
ZL无穷大时,为0,,此时
变换得
的大小和它们之间的夹角可由钳型相位表测得,带入上式后可算出Zm的大小和角度。
由图4等值电路可知在升流时的励磁电流为
式中,为交流电源大小为220 V,角度可用钳型相位表和继电保护测试仪输出的电压对比得出。
将代入式(2)得
由此计算出了一次电流的幅值和角度。
2.3 二次电流角度计算
CT采集卡延时、间隔合并单元延时、PT合并单元延时、AD转换模块延时都为常数[4,5],可以在装置参数中查到。设CT采集卡延时为T1,间隔合并单元延时为T2,AD转换模块延时为T3,PT合并单元延时为T4。
合并单元输出的IEC61850 9-2报文是每周期(20 ms)80点采样的数字量[6],所以,它们的延时会对采样值的角度造成偏差,每毫秒延时造成的偏差为360°/20 ms=18°/ms[7,8],经过AD转换模块后的角度为
经过PT合并单元后的角度为
式(7)经过间隔合并单元后Ua·的角度为
经过间隔合并单元后的角度为
而经间隔合并单元前为
经采集卡延时前为
2.4 CT极性确认
分别算出后,可知它们的差值接近0°或180°,因为从一次极性端P1流入。如果的差值接近0o,则CT的二次极性指向为CT一次的P1侧,即一次电流若从P1流入,则CT的二次电流角度与该一次电流相同。如果的差值接近180°,则CT的二次极性指向为CT一次的P2侧,即一次电流若从P1流入,则CT的二次电流角度与该一次电流相反。
3 35 kV及以下电子式CT极性校验方法
35 kV及以下的电子式CT一般直接将罗氏线圈的弱电压信号输出至保护装置,CT和采样值通道的结构和110 k V及以上的CT不同,所以第2节所述的比较法需做相应的改动,才能应用于35 kV及以下电子式CT的校验。
3.1 35 kV及以下电压等级电子式CT的结构
35 kV及以下电压等级的保护装置一般是CT采集卡、合并单元、保护、测控四合一的、电子式CT的罗氏线圈输出的弱电压信号可直接接至保护装置,为保护装置提供采样值[9,10,11]。要确认CT的极性可用钳型相位表测量出升流器二次电流和弱电压信号的角度差,装置中CT二次电流和输入的弱电压信号的角度差可通过计算得出,从而可得出CT一次电流和二次电流的角度差。
3.2 试验接线方法
试验接线方式如用图5所示,在升流时用钳型相位表测量升流器二次电流和,输入至保护测控装置弱电压的角度差。
3.3 计算方法
设CT罗氏线圈输出至保护装置的弱电压信号的角度为0°,用钳型相位表测出升流器二次电流的大小,以及的角度差。则的角度为θ。要根据升流器二次电流计算出升流器一次电流,计算方法与式(6)相同。其中分别为升流器一次、二次线圈匝数,为升流器二次所加的电源电压为220 V,为升流器二次线圈电抗可通过2.4小节中的方法计算得出,为升流器二次线圈电阻可通过用万用表测量得出。根据式(6)计算出的大小和角度。
再根据U2·计算除CT二次电流的角度。的关系可通过罗氏线圈和采集쀤卡的原理得出。罗氏线圈的原理如图6所示。
如图6所示罗氏圈中的磁通变化量使线圈两端产生一个电动势,就是我们测量到的弱电压信号可由对磁通Φ求导得出,罗氏线圈中的磁通与一次电流成正比[12],比例系数k与罗氏线圈相对于一次导体的位置及线圈大小等因素有关,是一个常数[13]。
保护装置中对弱电压信号进行积分算出电流其原理可用公式表示。由向量法可知对一个正向量积分所得的正弦量比该正弦量超前90o。所以。
3.4 CT极性确认
采用3.3小节的方法,分别求出,它们的差值应该接近与0o或180o,因为从一次极性端P1流入,如果的差值接近0o则CT的二次极性指向为CT一次的P1侧,就是说一次电流从P1流入,则CT的二次电流角度与该一次电流相同。如果的差值接近180o,则CT的二次极性指向为CT一次的P2侧,也就是说一次电流从P1流入,则CT的二次电流角度与该一次电流相反。
4 电子式PT极性校验方法
电子式PT的极性校验方法与110 kV及以上电子式CT的极性校验方法类似,用试验变压器对电子式PT进行一次升压,用常规继电保护测试仪输出一个电压和试验变压器,用钳型相位表测量出它和试验变压器电源电压(及试验变压器的二次电压)的角度差,并通过计算得出该电压和升流器一次电压的角度差。将该电压输出至PT合并单元,在间隔层IED上读出该电压和PT二次电压的角度差,从而计算出PT一次电压和PT二次电压的角度差。
5 结束语
电子式互感器的应用是智能变电站的重要标志,其极性是保证数字化继电保护装置正确动作的重要环节。本文提出采用比较法精确校验电子式互感器的极性,电子式电流互感器通过在升流试验中比较一次侧电流和二次侧SV采样值角度差来确定其极性;电子式电压互感器在加压试验中用类似的方法确定其极性。
本文提出的方法在河南省内第一个数字化变电站,鹤壁淇县220 kV数字化变电站的调试工作中得到成功应用,实践证明本文提出的方法是可行的,并且具有很高的效率。
摘要：在智能变电站调试工作中,研究出一套实用且易于现场实现的电子式CT、PT极性效验方法。在对电子式CT升流试验时,用继电保护测试仪输出一个工频模拟量,基于此模拟量测量升流器二次电流、二次系统中SMV采样值的角度。根据测量所得数据和升流器、合并单元等设备的参数,计算出电子式CT一次电流和其二次输出的角度差,从而确定电子式CT二次极性的指向。电子式PT的极性效验可在加压试验中进行,方法与电子式CT类似。实践证明所提出的方法是可行的,并且具有很高的效率。
电流互感器极性 篇7
1 传统互感器极性校验系统
传统电磁式互感器采用法拉第电磁感应原理,一次侧和二次侧通过同一个磁通链路进行能量传递和电流/电压大小的转换。目前,一般采用干电池“点极性法”对其进行极性校验,如图1所示。
互感器一次引出端与干电池相连,通过开关S控制电流/电压的通断,互感器二次引出端接至高灵敏度双向直流指示表。闭合/打开开关S,通过观察直流指示表的指针偏转方向即可判断互感器的极性。由传统互感器的原理、结构及接线方式可知,其二次输出的极性可以方便地通过改变二次引出端的接线方式而调整。
2 电子式互感器特点
电子式互感器主要包含一次传感元件、数据采集转换模块以及合并单元三大部分。一次传感元件采集一次大电流/高电压,并转换为小电压信号或光信号。数据采集转换模块将一次传感元件输出信号转换为与一次量相关的数字量信号,并通过光纤传输给低压侧合并单元,彻底隔离一次高压系统和二次低压系统。合并单元是电子式互感器与保护、测控等二次设备的接口,它收集相关一次电流/电压采样数据,并进行同步处理后输出[2](下文提及电子式互感器输出数据即指其合并单元输出的数据)。
根据高压侧元件是否需要电源供电,电子式互感器可以分为有源式和无源式。无论是有源式还是无源式,电子式互感器最终输出都是统一的数字量方式,类似传统互感器的二次引出端已不存在,无法使用传统的直流指示表对电子式互感器的输出进行观察、校验。电子式互感器的原理也发生了变化,传统的互感器极性校验方法已经不再适用于电子式互感器,必须针对电子式互感器的特点采用新方法对其极性进行校验。
有源电子式电流互感器工作原理是法拉第电磁感应原理,可以测量周期性交变的电流量和突变的直流量,且稳定性好、不易受外界环境因素影响[3];对稳态的直流量有滤除效果。
无源电子式电流互感器主要指采用光学测量原理的电流互感器,又称光学电流互感器(OCT),其原理主要基于法拉第磁光效应。它可通过测量线性偏振光沿外加磁场方向或磁化强度方向通过磁光介质时的偏振面偏转角度来计算被测电流[4]。
基于法拉第磁光效应的光学电流互感器测量频带宽,暂态性能好,可以测量稳态和暂态的交流,也可以测量直流电流,但其测量精度及稳定性容易受外界环境影响,且其自身存在固有的白噪声。
3 电子式互感器极性校验系统
3.1 电子式互感器数据分析软件
传统电磁式互感器,采用万用表或者交/直流指示表即可方便测得其二次输出,通过比例换算即可得到其一次量。电子式互感器的数字量输出,使得传统仪表不能对其进行测量,必须开发专用的数据分析软件才能对其输出数字量进行解析、处理和监视。
电子式互感器数据分析软件具有数字报文捕获功能,能按照IEC61850-9-2标准或FT3格式对报文进行解析,并在此基础上完成采样数据分析、波形和信息显示、谐波分析、数据录波、数据存储、格式转换等应用功能[5]。电子式互感器数据分析软件功能结构如图2所示。数据分析软件各功能模块可用不同的任务实现,利用操作系统提供的多线程技术实现不同任务之间的并行工作。
电子式互感器数据分析软件采用实时波形的方式直观反映一次电流/电压的变化情况,可以替代万用表等传统仪表对电子式互感器输出采样波形实时监视,从而判断其极性的正确性。
3.2 极性校验系统组成
传统电磁式互感器采用干电池法校验极性,校验时,干电池的阶跃输入使互感器产生冲击响应,利用此响应的特征即可判断互感器的极性。光学互感器可测直流信号,但其自身存在一定的白噪声,小电流情况下可能湮没其真实电流。若采用干电池法对其进行极性校验,将由于电流较小而无法正确判断。实际应用中可用大功率直流源替代干电池,提供较大的直流电流对电子式互感器进行极性校验,如图3所示,数据分析软件接收合并单元采样值数据,实时监视电子式互感器输出波形变化情况。
考虑到光学互感器的噪声、有源电子式互感器的电磁响应特性以及校验系统的安全性,直流源DC应能输出30 A以上直流电流,而校验时最大输出直流电流控制在100 A以内。直流源的输出容量应考虑校验系统的回路阻抗,在实验室校验时,其输出容量达到500 W以上即可;而在现场测试时,其输出容量需达到1 000 W以上。直流源可以是具有大功率直流电流输出的继电保护测试仪,也可以是便携式大功率直流恒流源。直流源DC和数据分析软件都是便携式设备,因此,该校验系统适用于实验室和现场的极性校验。
3.3 极性校验系统应用
极性校验时,接线方式如图3,根据电子式互感器的极性标注,将DC的正极与互感器P1相连,负极与互感器P2相连,控制DC的输出,通过数据分析软件显示的波形判断互感器极性的正确性。此极性校验法主要采用直流对电子式互感器极性进行校验,可称为直流法。
校验Rogowski线圈原理的互感器极性时,控制DC输出,使阶跃的直流电流从Rogowski线圈P1端流入,此时若数据分析软件显示波形为图4(a)所示:从0正向冲激至一定大小后又逐渐衰减至0,则被校电子式互感器标注的极性是正确,DC正极相连一端为P1;若数据分析软件显示的波形为图4(b)所示:从0负向冲激至一定大小后又逐渐衰减至0,则被校电子式互感器标注的极性是错误的,与DC负极相连的一端为P1。
校验LPCT互感器极性的方法与校验Rogowski线圈互感器极性相同。
校验光学互感器的极性时,控制DC输出,使稳态的直流电流从互感器P1端流入,光学互感器能测直流量,若数据分析软件显示的波形偏向0的上方并保持稳定,如图5(a)所示,则被校电子式互感器标注的极性是正确,与DC正极相连一端为P1;若数据分析软件显示的波形偏向0的下方并保持稳定,如图5(b)所示,则被校电子式互感器标准的极性是错误的,与DC负极相连一端为P1。
在实验室进行极性校验时,将DC的输出通过导线直接接至被校互感器的一次输入端。在现场校验时,被校电子式互感器已接入一次系统,由于DC的输出能力有限,为使数据分析软件显示的波形尽量利于观察,应使校验回路的电阻尽可能小。
4 工程应用实例
国家电网公司某智能变电站试点工程大范围应用了光学原理的全光纤电流互感器,采用双敏感环方式实现采样数据双AD的要求。变电站投运前,工作人员采用上述的直流法对全光纤电流互感器进行了极性校验,以保证保护、测控、计量等后端应用采样数据的正确性。现场全光纤电流互感器极性校验的一次接线如图6所示,合上开关以及开关两侧的地刀1GD和2GD;地刀2GD的“接地排”拆除,使其与大地断开连接;直流源DC正极输出接至大地,负极输出接至2GD;直流源、大地、1GD、开关、2GD构成了穿越电子式互感器的回路。直流源DC为最大可恒定输出90 A直流电流的继电保护测试仪Doble,通过输出按钮可方便控制其输出。
测试过程中,Doble通过2GD和大地为系统提供恒定的30 A直流电流。校验时,数据分析软件实时监视全光纤电流互感器的输出波形。互感器输出波形大部分都与图5(a)所示波形相同,说明大部分电流互感器的安装、接线都是正确的。但校验过程中也发现了一些互感器极性错误或相序错误的问题,如图7所示。
图7(a)为某220 kV线路间隔B相极性校验时,B相AD1的波形偏向0上方,而AD2的波形偏向0下方,这说明B相AD1的敏感环极性是正确的,而AD2的敏感环极性是错误的,需要调整。电子式互感器不能通过更改二次输出的接线来改变极性,只有通过改变一次接线方式或修改数据采集模块、合并单元、后端应用等数据处理算法来改变其极性。更改互感器一次接线难度大且经济性差;修改合并单元或后端应用的数据处理算法不利于以后的管理、检修、设备更换;修改数据采集模块的数据处理算法涉及设备少且易于以后的维护。因此,工程中通过修改全光纤电流互感器数据采集模块的数据处理算法达到了改变极性的目的。
图7(b)为某110 kV线路间隔B相极性校验时,B相AD1的波形偏向0上方,B相AD2的波形为0,而C相AD1的波形偏向0上方,C相AD2的波形为0。由此看出,B相AD2与C相AD1的2个敏感环数据相互交叉,这说明2个敏感环相序反了,需要调整。工程中最终通过更改全光纤电流互感器敏感环至其数据采集模块的光纤接线而达到互感器正确接线的目的。
5 结束语
随着智能变电站建设的不断推进,各种类型的电子式互感器在变电站中逐步得到应用。电子式互感器极性的正确性直接关系到智能变电站二次设备能否正确运行,因此对其极性校验非常必要。由于电子式互感器原理、结构以及输出方式都发生了变化,传统的互感器极性校验方式已不再适用于电子式互感器。文中提出的电子式互感器极性校验系统及方法适应了电子式互感器的变化,满足实验室和现场对其极性校验的要求。在电子式互感器逐步推广应用阶段,该极性校验系统为开展电子式互感器试验提供了良好的条件。该极性校验系统已在工程应用中对现场的光学互感器进行了极性校验,及时发现了互感器存在的极性、光纤接线问题,保证了工程的顺利推进。该极性校验系统也在实验室对有源电子式互感器开展了极性校验,取得了一定效果。
参考文献
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[2]梁晓兵,周捷,杨永标,等.基于IEC61850的新型合并单元的研制[J].电力系统自动化,2007,31(7):85-89.
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