电磁式电流互感器（精选9篇）
电磁式电流互感器 篇1
0 引言
电磁式电流互感器(简称CT)有其经典的电路模型、误差数学模型
随着电能计量装置越来越受到电力供需双方的重视(关乎贸易结算),作为高压电能计量装置重要计量器具的电流、电压互感器日益被受到关注,其计量性能、误差特性、对电能计量影响也成为计量管理人员关心的焦点。其相应技术监督越来越受到加强,开展相关技术培训工作也越来越多。因此,面对以上情况,开展互感器误差理论及测试研究、创新及对互感器误差理论吐故纳新,适时澄清、理顺相关参考书中过时内容,完善互感器误差理论,建立严谨科学的误差数学模型,并对电能误差影响进行分析,则具有非常的现实意义。
本研究将通过电参数矢量代数分析方法,结合电路理论及CT互感器等效电路模型,依据互感器误差定义,运用矢量代数数学分析方法,建立电磁式CT误差数学模型,并结合矢量数学不同的表达形式,通过相应公式,对CT互感器误差特性及影响因素、运行条件下误差影响量及对电能计量产生的附加误差进行系统的分析。
1 电磁式CT电路模型
电磁式CT电路模型如图(1)所示。
Z1,Z2─一次、二次线圈阻抗,Z1=R1+jx1,Z2=R2+jx2;Z'1─Z1折算到二次的等效阻抗,Z'1=Z1/K2n;Z'2─Z2折算到一次的等效线圈阻抗,Z'2=K2nZ2;Z,Z'──二次负载阻抗及折算到一次阻抗,Z'=K2nZ;Zm1─一次励磁阻抗
图1 电磁式CT等效电路图
此为经典的CT互感器电路模型图(将CT二次回路折算到一次回路),是分析电磁式CT误差的理论基础。
2 电磁式CT误差数学模型
按减极性原则,电压、电流参考方向定义按图1所示,依据电路理论及矢量代数表示方法
CT复误差为:
式(1)为一复数,其极坐标形式为:
转换为直角坐标形式为:
依据电磁理论,在工频状态下复误差同相分量(比差)、正交分量(角差)可分别表示为:
式(1)也可转换为代数表达式:
同理,复误差同相分量、正交分量可分别表示为:
式(1~6)中:──CT(复)误差;ψ──磁滞角(铁芯损耗角);φ─二次回路总的阻抗角;Zo2—二次回路总阻抗Zo 2=Z2+Z;Ym2—二次绕组激磁导纳,Ym2=Gm2+j Bm2;Z2—二次绕组阻抗,Z2=R2+jx2;Z—外接二次负载,Z=Rz+j Xz=|Z|cosφ+j|Z|sinφ;f,δ─CT比差、角差;C─误差常数,等于4.5×105;L─铁芯磁路平均长度;μ─铁芯磁导率;S─铁芯有效截面积;N2─二次匝数。
3 电磁式CT误差特性分析
由上述误差数学模型可知:
(1)CT误差为励磁电流与CT工作电流之比或二次线圈及外接阻抗与励磁阻抗之比(与励磁导纳之积)的负值,它是一个复数误差。该误差大小(复误差模)仅与激磁导纳、二次绕组及外接负载大小(含导线及回路接触电阻)有关,与一次绕组参数无直接关;而激磁导纳与CT工作电流、CT本身铁芯结构、材料、二次绕组匝数有关。与材料相关的参数是磁导率,它与激磁电流相关且呈非线性关系。
(2)CT复误差幅值(误差的模)为-|Ym2||Zo2|,幅角为(ψ+φ-90°),其实部即复数误差的同相分量,称比差;虚部即复数误差的正交分量,称角差。
(3)所有阻抗角(励磁、二次绕组、二次负载)不影响误差(复误差的模)的大小,只影响复误差幅角,即影响在x、y轴上的投影大小(绝对值)和方向,也即比差、角差大小及符号(正负)。改变外接二次负载阻抗角的大小可以改变比差、角差分配比例(正比或反比,依阻抗性质定)和正负。在没有补偿情况下,二次阻抗角小于-Ψ时比差恒为正,其余则恒为负;二次阻抗角小于(90°-Ψ)则角差恒为正,其余则恒为负。也即有:当二次负载为感性时比差恒为负值、为容性时可负(-Ψ~0)可正(<-Ψ);当二次负载为容性时角差恒为正值、为感性时可正(0~((90°-Ψ))可负(>(90°-Ψ))。
(4)当二次负载不变,CT误差(比、角差)与励磁阻抗成反比关系;由CT磁化曲线(伏安曲线)特性可知,在额定电流值低段和高段,磁导率(励磁阻抗)较小,所以此时CT误差(比、角差)较大,在中间段磁导率(励磁阻抗)大,则误差小。故CT误差随一次电流的变化也为非线性,一次电流在(0~In)%之间变化时,CT误差亦随之变化,呈现为一条曲线(双曲函数),如图2所示。
图2 电磁式CT误差—电流典型曲线(非补偿)
(5)任一电流、任一功率因数角下,CT比差、角差基本上是二次负载阻抗值的一次线性函数:
(6)任一电流下,当二次负载阻抗值不变,仅阻抗角(功率因数角)变化时,CT比差、角差分别是二次负载阻抗角的正余弦函数:相位是阻抗角,初相位是磁滞角,幅值是二次阻抗值与励磁阻抗值之比。阻抗大或一次电流小,则曲线峰值高;阻抗小或一次电流大(小于额定值)则曲线峰值低:
4 电磁式CT误差影响量分析
对于现场应用的电磁式CT,其本身参数、性能在出厂时已经固定,在其工作点,可以认为CT应用误差仅是二次绕组外接负载的函数。对其应用误差的分析,具有一定的实际意义。
4.1 阻抗大小对误差影响(阻抗角不变)
由公式(8)可知,在额定工作电流范围内,比、角差基本上是二次阻抗值的一次线性函数,误差图形近似为直线,电磁式CT误差负载曲线(非补偿)如图3所示。
从图3可知,依二次负载阻抗角的不同,误差线向不同方向发散。阻抗角决定了斜率的正负(直线的辐射方向)及大小,二次绕组阻抗值决定了曲线(近似直线)的起点。
图3 电磁式CT误差—负载曲线(非补偿)
4.2 二次负载阻抗(功率因数)角对负载误差影响
由公式(12)可知,比、角差是二次负载阻抗角的正余弦函数,误差曲线为正弦曲线,CT误差阻抗角曲线图如图4所示。
图4 CT误差阻抗角曲线图
依上图可知,阻抗角有两个重要分界点:角差分界点“90°-Ψ”,比差分界点“-Ψ”。
(1)对于角差:
(1)φ=(90°-Ψ):δ=0,角差分量最小;
(2)φ>(90°-Ψ):δ<0,φ=90°时,为负最大(-AsinΨ);
(3)φ<(90°-Ψ):δ>0,φ=-Ψ时,为正最大(A)。
(2)对于比差:
(1)φ=-Ψ:f=0,比差分量最小;
(2)φ<-Ψ:f>0,φ=-90°时,为正最大(AcosΨ);
(3)φ>-Ψ:f<0,φ=90°-Ψ时,为负最大(-A)。
以上是CT负载误差的特性的理论分析,最终比差、角差的正负决定于CT内部补偿情况。电磁式CT二次端应工作在额定负载及额定功率因数范围内,否则整个CT精度难以保证。合理选择、配置二次工作负载,使电磁式CT工作在最小误差状态。通过上述曲线及误差模型,对各种影响量都可以直观地进行分析。
5 CT误差的测量(算)
CT误差与二次回路总阻抗有关,二次绕组的阻抗是固定的,可变的是二次绕组的外接阻抗。CT误差测量有直接法和间接法
然而有时研究者还需要测算互感器在现场实际二次负荷情况下误差
(1)单相回路及三相回路中CT回路采用分相接法阻抗的计算:此种情况下二次绕组组成的回路是独立的,阻抗即该回路导线电阻、接触电阻及其所接负载之和。
(2)三相三线制中CT回路二相星形接法阻抗计算:
(3)三相四线线制中CT回路三相星形接法(电流平衡)阻抗计算:
式中:Rk,RL,Zf—回路接触电阻、导线电阻、二次工作负载阻抗,其公式可根据回路接法及相应电路图导出。
从上述计算式可以看出,在考虑互感器绕组外接负载时,不能仅仅考虑二次工作负载阻抗,还应充分考虑导线及接触电阻所占“份量”。上述公式是估算回路阻抗的依据,实际上回路阻抗更多通过现场在线测量得出。
6 CT误差对电能计量附加误差影响计算
CT误差引起的电能计量附加误差,通过下述公式表述:
(1)单相电气系统:
(2)三相四线制电气系统:
(3)三相三线制电气系统:
以上公式依据功率及误差公式可以得出。需说明的是,这里的φ是一次线路的功率因数角,非二次负载阻抗角。可以看出,当线路功率因数为1时(一般都接近),tgφ=0,对单相及三相四线制电气系统,电能误差仅与比差有关,如果在此工作状态下合理调整二次负载阻抗角,使比差小、角差大,则此时电能计量装置综合误差就会减小。而对三相三线制电气系统,不仅二次回路阻抗计算烦琐,而且其电能误差分析也烦琐,因此,对于三相系统的电能计量,若采用三相四线制计量方式,则无论是对电能计量影响还是误差计算、分析都有突出优点。
7 结束语
依据电磁式CT电路模型通过矢量代数分析法对电磁式CT误差给出一种新的建模及分析法,是对电磁式CT误差理论的一种完善,较之相关文献复杂的误差建模方法简单、严谨,逻辑性强,并由此使广大电能计量技术人员对电磁式CT误差的认知更加清晰。该建模、分析方法对电磁式电压互感器误差、电压互感器二次回路压降分析也同样适用,它们间仅电路模型不同而已。互感器误差矢量代数分析法是互感器误差间接测量模型的技术基础,目前国内外互感器误差“低校高”测试方法及设备,其测量原理正是基于上述误差模型,通过间接测试被测互感器低压侧及所带负载相应参数,再通过误差模型计算被测互感器误差。这避免了采用大型电气试验装置费力费神且并不安全的传统测试方法的弊端,同时也使得互感器误差测量更加高效、便捷。
当前,信息化、智能化技术应用日益普及,若以误差模型为基础,开发相应仿真、分析软件,对互感器运行工作状态及各种条件下互感器误差、电能影响量进行仿真分析
参考文献
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电磁式电流互感器 篇2
一、电磁型电流继电器和电压继电器特性实验
一、实验目的
熟悉DL 型电流继电器和DY 型电压继电器的实际结构、工作原理、基本特性；掌握动作电流值、动作电压值及其相关参数的整定方法。
二、预习与思考
1、电流继电器的返回系数为什么恒小于１？
2、动作电流（压）、返回电流（压）和返回系数的定义是什么？
3、实验结果如返回系数不符合要求，你能正确地进行调整吗？
4、返回系数在设计继电保护装置中有何重要用途？
三、原理说明
DL —20c 系列电流继电器用于反映发电机、变压器及输电线路短路和过负荷的继电保护装置中。DY —20c 系列电压继电器用于反映发电机、变压器及输电线路的电压升高（过电压保护）或电压降低（低电压起动）的继电保护装置中。DL —20c、DY —20c 系列继电器的内部接线图见图1一1。
DY-21C、26C DY-24C、29C DY-23C、28C DL-25C DY-25C DY-22C 图1-1 电流（电压）继电器内部接线图
上述继电器是瞬时动作的电磁式继电器，当电磁铁线圈中通过的电流达到或超过整定值时，衔铁克服反作用力矩而动作，且保持在动作状态。
过电流（压）继电器：当电流（压）升高至整定值（或大于整定值）时，继电器立即动作，其常开触点闭合，常闭触点断开。低电压继电器：当电压降低至整定电压时，继电器立即动作，常开触点断开，常闭触点闭合。
继电器的铭牌刻度值是按电流继电器两线圈串联，电压继电器两线圈并联时标注的指示值等于整定值；若上述二继电器两线圈分别作并联和串联时，则整定值为指示值的2倍。转动刻度盘上指针，以改变游丝的作用力矩，从而改变继电器动作值。
图1-2电流继电器实验接线图 图1-3过电压继电器实验接线图
四、实验设备 2
五、验步骤和要求
1、绝缘测试
单个继电器在新安装投入使用前或经过解体检修后，必须进行绝缘测试，对于额定电压为100伏及以上者，应用1000伏兆欧表测定绝缘电阻；对于额定电压为100 伏以下者，则应用500伏兆欧表测定绝缘电阻。
测定绝缘电阻时，应根据继电器的具体接线情况，注意把不能承受高压的元件（如半导体元件、电容器等）从回路中断开或将其短路。
本实验是用1000伏兆欧表测定导电回路对铁芯的绝缘电阻及不连接的两回路间的绝缘电阻，要求如下：
（1）全部端子对铁芯或底座的绝缘电阻应不小于50兆欧。（2）各线圈对触点及各触点间的绝缘电阻应不小于50兆欧。（3）各线圈间绝缘电阻应不小于50兆欧。将测得的数据记入表1--1，并做出绝缘测试结论。表1一 1 绝缘电阻测定记录表
注：上表①③⑤⑥为继电器引出的接线端号码，铁芯指继电器内部的导磁体。
2、整定点的动作值、返回值及返回系数测试
实验接线图1－
2、图1－
3、（图1－4）分别为电流继电器及过（低）电压继电器的实验接线，可根据下述实验要求分别进行。
实验参数电流值（或电压值）可用单相自耦调压器、变流器、变阻器等设备进行调节。实验中每位学生要注意培养自己的实践操作能力，调节中要注意使参数平滑变化。
（1）电流继电器的动作电流和返回电流测试
a、选择ZB11继电器组件中的DL —24C/6型电流继电器，确定动作值并进行初步整定。本实验整定值为2A 及4A 的两种工作状态见表1－2。
b、根据整定值要求对继电器线圈确定接线方式（串联或并联）；查表1－5。c、按图1--4接线，检查无误后，调节自耦调压器及变阻器，增大输出电流，使继电器动作。读取能使继电器动作的最小电流值，即使常开触点由断开变成闭合的最小电流，记入表1－2；动作电流用I dj 表示。继电器动作后，反向调节自耦调压器及变阻器降低输出电流，使触点开始返回至原来位置时的最大电流称为返回电流，用I fj 表示，读取此值并记入表1--2，并计算返回系数；继电器的返回系数是返回电流与动作电流的比值，用K f 表示。
K f I fj I dj
过电流继电器的返回系数在0.85～0.9之间。当小于0.85或大于0.9时，应进行调整，调整方法详见本节第（4）点。表1-2电流继电器实验结果记录表
(2 过电压继电器的动作电压和返回电压测试
a、选择ZB15型继电器组件中的DY —28c/160型过电压继电器，确定动作值为1.5倍的额定电压，即实验参数取150V 并进行初步整定。
b、根据整定值要求确定继电器线圈的接线方式，查表1－6。
c、按图1--3接线。检查无误后，调节自耦调压器，分别读取能使继电器动作的最小电压U dj 及使继电器返回的最高电压U fj，记入表1－3并计算返回系数K f。返回系数的含义与电流继电器的相同。返回系数不应小于0.85，当大于0.9时，也应进行调整。
（2）低电压继电器的动作电压和返回电压测试
a、选择ZB15继电器组件中的DY —28c/160型低电压继电器，确定动作值为0.7倍的额定电压，即实验参数取70V 并进行初步整定。
b、根据整定值要求确定继电器线圈的接线方式，查表1－6。
c、按图1--3接线，调节自耦调压器，增大输出电压，先对继电器加100伏电压，然后逐步降低电压，至继电器舌片开始跌落时的电压称为动作电压U dj，再升高电压至舌片开始被 吸上时的电压称为返回电压U fj，将所取得的数值记入表1－3并计算返回系数。返回系数K f 为: K f U fj U dj 低电压继电器的返回系数不大于1.2，用于强行励磁时不应大于1.06。以上实验，要求平稳单方向地调节电流或电压实验参数值，并应注意舌片转动情况。如遇到舌片有中途停顿或其他不正常现象时，应检查轴承有无污垢、触点位置是否正常、舌片与电磁铁有无相碰等现象存在。
动作值与返回值的测量应重复三次，每次测量值与整定值的误差不应大于±3%。否则应检查轴承和轴尖。
在实验中，除了测试整定点的技术参数外，还应进行刻度检验。
用整定电流的1.2倍或额定电压1.1倍进行冲击试验后，复试定值，与整定值的误差不应超过±3%。否则应检查可动部分的支架与调整机构是否有问题，或线圈内部是否层间短路等。
（3）返回系数的调整
返回系数不满足要求时应予以调整。影响返回系数的因素较多，如轴间的光洁度、轴承清洁情况、静触点位置等。但影响较显著的是舌片端部与磁极间的间隙和舌片的位置。
返回系数的调整方法有： a、调整舌片的起始角和终止角：
调节继电器右下方的舌片起始位置限制螺杆，以改变舌片起始位置角，此时只能改变动作电流，而对返回电流几乎没有影响。故可用改变舌片的起始角来调整动作电流和返回系数。舌片起始位置离开磁极的距离愈大，返回系数愈小，反之，返回系数愈大。
调节继电器右上方的舌片终止位置限制螺杆，以改变舌片终止位置角，此时只能改变返回电流而对动作电流则无影响。故可用改变舌片的终止角来调整返回电流和返回系数。舌片终止角与磁极的间隙愈大，返回系数愈大；反之，返回系数愈小。
b、不调整舌片的起始角和终止角位置，而变更舌片两端的弯曲程度以改变舌片与磁极间的距离，也能达到调整返回系数的目的。该距离越大返回系数也越大；反之返回系数越小。c、适当调整触点压力也能改变返回系数，但应注意触点压力不宜过小。
（4）动作值的调整
a、继电器的整定指示器在最大刻度值附近时，主要调整舌片的起始位置，以改变动作值，为此可调整右下方的舌片起始位置限制螺杆。当动作值偏小时，调节限制螺杆使舌片的起始位置远离磁极；反之则靠近磁极。
b、继电器的整定指示器在最小刻度值附近时，主要调整弹簧，以改变动作值。c、适当调整触点压力也能改变动作值，但应注意触点压力不宜过小。
3、触点工作可靠性检验 应着重检查和消除触点的振动。(1过电流或过电压继电器触点振动的消除 a、如整定值设在刻度盘始端，当试验电流（或电压）接近于动作值或整定值时，发现触点振动可用以下方法消除。
静触点弹片太硬或弹片厚度和弹性不均，容易在不同的振动频率下引起弹片的振动，或由于弹片不能随继电器本身抖动而自由弯曲，以至接触不良产生火花。此时应更换弹片。
静触点弹片弯曲不正确，在继电器动作时，静触点可能将动触点桥弹回而产生振动。此时可用镊子将静触点弹片适当调整。
如果可动触点桥摆动角度过大，以致引起触点不容许的振动时，可将触点桥的限制钩加以适当弯曲消除之。
变更触点相遇角度也能减小触点的振动和抖动。此角度一般约为 55°～65°。b、当用大电流（或高电压）检查时产生振动，其原因和消除方法如下：
当触点弹片较薄以致弹性过弱，在继电器动作时由于触点弹片过度弯曲，很容易使舌片与限制螺杆相碰而弹回，造成触点振动。继电器通过大电流时，可能使触点弹片变形，造成振动。消除方法是调整弹片的弯曲度，适当地缩短弹片的有效部分，使弹片变硬些。若用这种方法无效时，则应将静触点片更换。在触点弹片与防振片间隙过大时，亦易使触点产生振动。此时应适当调整其间隙距离。
继电器转轴在轴承中的横向间隙过大，亦易使触点产生振动。此时应适当调整横向间隙或修理轴尖和选取与轴尖大小适应的轴承。调整右侧限制螺杆的位置，以变更舌片的行程，使继电器触点在电流近于动作值时停止振动。然后检查当电流增大至整定电流的1.2倍时，是否有振动。过分振动的原因也可能是触点桥对舌片的相对位置不适当所致。为此将可动触点夹片座的固定螺丝拧松，使可动触点在轴上旋转一个不大的角度，然后再将螺丝拧紧。调整时应保持足够的触点距离和触点间的共同滑行距离。另外改变继电器纵向串动大小，也可减小振动。
(2全电压下低电压继电器振动的消除
低电压继电器整定值都较低，而且长时间接入额定电压，由于转矩较大，继电器舌片可能按二倍电源频率振动，导致轴尖和轴承或触点的磨损。因此需要细致地调整，以消除振动。其方法如下：
a、按上述消除触点振动的方法来调整静触点弹片和触点位置, 或调整纵向串动的大小以消除振动。
b、将继电器右上方舌片终止位置的限制螺杆向外拧，直到继电器在全电压下舌片不与该螺杆相碰为止。此时应注意触点桥与静触点有无卡住，返回系数是否合乎要求等。
c、在额定电压下，松开铝框架的固定螺丝，上下移动铝框架调整磁间隙，以找到一个触点振动最小的铝框架位置，再将铝框架固定，也就是人为地使舌片和磁极间的上下间隙不均匀（一般是上间隙大于下间隙）来消除振动。但应注意该间隙不得小于0.5毫米，并防止舌片在动作过程中卡塞。
d、仅有常闭触点的继电器，可使舌片的起始位置移近磁极下面，以减小振动。e、若振动仍未消除，则可以将舌片转轴取下，将舌片端部向内弯曲。(3电压继电器触点应满足下列要求 a、在额定电压下，继电器触点应无振动。b、低电压继电器，当从额定电压均匀下降到动作电压和零值时，触点应无振动和鸟啄现象。
c、过电压继电器，以1.05倍动作电压和1.1倍额定电压冲击时，触点应无振动和鸟啄现象。
表1-3电压继电器实验结果记录表(4电流继电器触点应满足下列要求 以1.05倍动作电流或保护出现的最大故障电流冲击时，触点应无振动和鸟啄现象。
图1－4 低电压继电器实验接线图
六、技术数据
1、继电器触点系统的组合形式见表1-4。表1－4 ２、继电器技术数据：电流继电器见表1-5，电压继电器见表1-6
3、动作时间：过电流（或电压）继电器在1.2倍整定值时，动作时间不大于0.15秒；在3倍整定值时，动作时间不大于0.03秒。低电压继电器在0.5倍整定值时，动作时间不大于0.15秒。
4、接点断开容量：在电压不大于250伏，电流不大于2安时的直流有感负荷电路（时间常数不大于5×10秒）中断开容量为40瓦；在交流电路中为200伏安。3
5、重量：约为0.5公斤。
七、实验报告
电磁式电流互感器 篇3
1. 为了体现高考的公平公正，2008年，许多地方在考场上使用了手机信号屏蔽器，该屏蔽器在工作过程中以一定的速度由低端频率向高端频率扫描. 该扫描速度可以在手机接收报文信号中形成乱码干扰，使手机不能检测出从基站发出的正常数据，不能与基站建立联接，从而达到屏蔽手机信号的目的，手机表现为搜索网络、无信号、无服务系统等现象. 由以上信息可知（ ）
A. 手机信号屏蔽器是利用静电屏蔽的原理来工作的
B. 电磁波必须在介质中才能传播
C. 手机信号屏蔽器工作时基站发出的电磁波不能传播到考场内
D. 手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的的
2. 关于电磁场理论，下列说法正确的是（ ）
A. 变化的电场周围产生的磁场一定是变化的
B. 振荡电场周围产生的磁场也是振荡的
C. 均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的
D. 变化的磁场周围产生的电场一定是变化的
3. 一正弦交变电流的电流[i]随时间[t]变化的规律如图1所示. 由图可知（ ）
A. 该交变电流的瞬时值表达式为[i]=10sin（50[πt]）
B. 该交变电流的频率为50Hz
C. 该交变电流的有效值为10[2]A
D. 若该交变电流通过阻值[R]=40Ω的白炽灯，则电灯消耗的功率是8kW
4. 如图2，通电螺线管置于闭合金属环[A]的轴线上，[A]环在螺线管的正中间.当螺线管中的电流逐渐减小时（ ）
A. [A]环有收缩的趋势
B. [A]环有扩张的趋势
C. [A]环向左运动
D. [A]环向右运动
5. 如图3，一电子以初速[v]沿与金属板平行的方向飞入两板间，在下列几种情况下，电子将向[M]板偏转的有（ ）
A. 开关S接通稳定后
B. 断开开关S的瞬间
C. 接通S后，变阻器的滑动触头向右迅速滑动时
D. 接通S后，变阻器的滑动触头向左迅速滑动时
6. 如图4，动圈式话筒能够将声音转变为微弱的电信号（交变电流），产生的电信号一般都不是直接送给扩音机，而是经过一只变压器之后再送给扩音机放大，变压器的作用是减少信号沿导线传输过程中的电能损失，关于话筒内的这只变压器，下列说法正确的是（ ）
A. 一定是升压变压器，因为[P=UI]，升压后，电流减小，导线上损失的电能减少
B. 一定不是升压变压器，因为[P=U2R]，升压后，导线上损失的电能会增加
C. 一定是降压变压器，因为[I2=n1n2I1]，降压后，电流增大，使到达扩音机的信号加强
D. 一定不是降压变压器，因为[P=I2R]，降压后，电流增大，导线上损失的电能会增加
7. 如图5，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，[b]是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈[c、d]两端加上交变电压，其瞬时值表达式为[u1][=2202sin314t V]，则（ ）
A. 当单刀双掷开关与[a]连接时，电压表的示数为22V
B. 当[t=1600]s时，[c、d]间的电压瞬时值为110V
C. 单刀双掷开关与[a]连接，在滑动变阻器触头[P]向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变小
D. 当单刀双掷开关由[a]扳向[b]时，电压表和电流表的示数均变小
8. 如图6，正方形闭合导线框的质量可以忽略不计，将它从如图所示的位置匀速拉出匀强磁场. 若第一次用0.3s时间拉出，外力所做的功为[W1]；第二次用[0.9s]时间拉出，外力所做的功为[W2]，则（ ）
A. [W1=13W2] B. [W1=W2]
C. [W1=3W2] D. [W1=9W2]
9. 矩形导线框[abcd]放在匀强磁场中，磁感线方向与线圈平面垂直，磁感应强度[B]随时间变化的图象如图7. [t=0]时刻，磁感应强度的方向垂直于纸面向里. 在0∽4s时间内，线框的[ab]边受力随时间变化的图象（[ab]边所受安培力的方向规定以向左为正方向），可能是（ ）
10. 如图8，在水平桌面上放置两条相距[l]的平行光滑导轨[ab]与[cd]，阻值为[R]的电阻与导轨的[a、c]端相连. 质量为[m]、边长为[l]、电阻不计的正方形线框垂直于导轨并可在导轨上滑动. 整个装置放于匀强磁场中，磁场的方向竖直向上，磁感应强度的大小为[B]. 滑杆的中点系一不可伸长的轻绳，绳绕过固定在桌边的光滑轻滑轮后，与一个质量也为[m]的物块相连，绳处于拉直状态. 现若从静止开始释放物块，用[h]表示物块下落的高度（物块不会触地），[g]表示重力加速度，其他电阻不计，则（ ）
A. 因通过正方形线框的磁通量始终不变，故电阻[R]中没有感应电流
B. 物体下落的加速度为[0.5g]
C. 若[h]足够大，物体下落的最大速度为[mgRB2I2]
D. 通过电阻[R]的电量为[BlhR]
二、本题共2小题，共12分. 把答案填在题中的横线上或按题目要求作答.
11. （8分）（1）如图9所示为“研究电磁感应现象”的实验装置，请将图中所缺的导线补接完整.
（2）已知一灵敏电流计，当电流从正接线柱流入时，指针向正接线柱一侧偏转，现把它与线圈串联接成如下图所示电路，当条形磁铁按如图10所示情况运动时，以下判断正确的是
甲 乙 丙 丁
A. 甲图中电流表偏转方向向右
B. 乙图中磁铁下方的极性是N极
C. 丙图中磁铁的运动方向向下
D. 丁图中线圈的绕制方向从上往下看为顺时针方向
12. （4分）绕有线圈的铁心直立在水平桌面上，铁心上套着一个铝环，线圈与电源、电键相连，如图11. 闭合电键的瞬间，铝环跳起一定高度. 保持电键闭合，铝环则应 （填“保持原有高度”或“回落”）；断开电键时铝环则应 （填“跳起一定高度”或“不再跳起”）
三、本题共4小题，满分48分. 解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤. 只写出最后答案的不能得分. 有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.
13. （10分）在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失. 有一个小型发电站，输送的电功率为[P]=500kW，当使用[U]=5kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4800kW·h. 求：
（1）输电效率[η]和输电线的总电阻[r]；
（2）若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电？
14. （12分）如图12所示为一个小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈的长度[ab]=0.25m，宽度[bc]=0.20m，共有[n]=100匝，总电阻[r]=1.0Ω，可绕与磁场方向垂直的对称轴[OO′]转动. 线圈处于磁感应强度[B]=0.40T的匀强磁场中，与线圈两端相连的金属滑环上接一个“3.0V，1.8W”的灯泡，当线圈以角速度[ω]匀速转动时，小灯泡消耗的功率恰好为1.8W. （不计转动轴与电刷的摩擦，结果保留两位有效数字. ）
（1）求线圈转动的角速度[ω]；
（2）线圈以上述角速度转动100周过程中发电机产生的电能为多少？
15. （12分）如图13甲，光滑的平行水平金属导轨[MN、PQ]相距[L]，在[M]点和[P]点间连接一个阻值为[R]的电阻，在两导轨间[cdfe]矩形区域内有垂直导轨平面竖直向上、宽为[d]的匀强磁场，磁感应强度为[B]. 一质量为[m]、电阻为[r]、长度也刚好为[L]的导体棒[ab]垂直搁在导轨上，与磁场左边界相距[d0]. 现用一个水平向右的力[F]拉棒[ab]，使它由静止开始运动，棒[ab]离开磁场前已做匀速直线运动，棒[ab]与导轨始终保持良好接触，导轨电阻不计，[F]随[ab]与初始位置的距离[x]变化的情况如图13乙，[F0]已知. 求：
（1）棒[ab]离开磁场右边界时的速度；
（2）棒[ab]通过磁场区域的过程中整个回路所消耗的电能；
（3）[d0]满足什么条件时，棒[ab]进入磁场后一直做匀速运动.
16. （14分）将一个矩形金属线框折成直角框架[abcdefa]，置于倾角为[α=37°]的斜面上，[ab]边与斜面的底线[MN]平行，如图14. [ab=bc=cd=ef=fa][=0.2]m，线框总电阻为[R]=0.02Ω，[ab]边的质量为[m]=0.01kg，其余各边的质量均忽略不计，框架可绕过[c、f]点的固定轴自由转动，现从[t=0]时刻开始沿斜面向上加一随时间均匀增加的、范围足够大的匀强磁场，磁感应强度与时间的关系为[B=0.5t]，磁场方向与[cdef]面垂直. （cos37°=0.8，sin37°=0.6）
（1）求线框中感应电流的大小，并指出[ab]段导线上感应电流的方向；
电磁式电流互感器 篇4
1 特征分析试验及数据采样
某220 k V变电站110 k V线路A相TV是GIS中的一个组成元件,型号为SVTR-10C。现场按照图1所示进行试验接线,测量点依据规程要求选取。试验过程中发现当试验电压从0 V升至1.0倍额定电压的过程中,励磁特性曲线呈上升趋势,从1.0倍额定电压升至1.2倍额定电压的过程中,励磁特性曲线呈下降趋势,在励磁电压继续升高至1.5倍额定电压的过程中,励磁特性曲线重新呈上升趋势。
在1.0倍额定电压至1.5倍额定电压之间多点采样,共取了10个测量点重新进行测试,V-A曲线与生产厂家所提供TV空载励磁特性曲线基本一致,厂家所提供TV空载励磁特性曲线如图2所示。
对相同的另外6只TV进行励磁特性试验,经横向比较,现象极为相似且均与出厂试验报告基本一致。对照规程要求,可判断该批TV励磁特性试验是合格的。
2 特征分析
由于TV铁心使用的是一种铁磁材料性质的电工刚带,其空载电流主要由电工刚带的B—H曲线决定,分析空载电流时,可以略去磁滞回线的面积,得到电工刚带的B—H曲线,如图3所示。
由于电工刚带的B—H曲线是非线性的,因此在正弦励磁下,单相TV的空载电流也是非线性的,如图4所示[1]。
图2与通常情况下的励磁特性曲线图4不相符合。针对此异常现象进行分析,TV在空载情况下,空载电流主要包括阻性电流和激磁电流两部分,即阻性电流Ir、激磁电流Im。激磁电流Im在铁心中产生磁通,而气体绝缘TV高压端还存在对地电容C,因此空载电流中还包含一个电容电流Ic[2]。现场测试时的等值电路如图5所示。
从TV励磁特性测量等值电路图可以看出是Io=Ir+Im+Ic。线圈电阻和铁心损耗随着电压的上升而上升,这些有功损耗对于1.0倍额定电压升至1.2倍额定电压的过程中的曲线拐弯回折的特殊情况没有影响。为了分析方便,可先忽略线圈电阻和铁心损耗以及高次谐波的影响,仅考虑被试TV电容与电感的影响。即认为电路电流I=IL+Ic,图5等值电路图可以简化成电感L和电容C的并联电路图,如图6所示。
由于随着电压的升高,铁心磁导率逐渐下降,所以TV的电感具有非线性特性,其电感值随电压升高逐渐下降,而整个实验过程中电容C的大小不会发生变化。TV伏安特性试验时铁心线圈电感的电压电流曲线和电容电流的电压电流曲线如图7所示。流过电容的电流超前电压π/2,流过铁心线圈的电流滞后电压π/2,因为电容电流与电感电流的相位相反,所以总电流为二者之差,由曲线UL(I)减去Uc(I)直线即得出整个电路的伏安特性曲线U(I)。
随着试验电压的逐步上升,在起始阶段Ic>IL,电流超前于电源电压U,电路呈容性,电压大于Ud点Ic
在随试验电压上升电路由容性向感性变化过程中,试验中测得的功率因数也应该有一个先上升后下降的过程。
3 实例
以新竹变110 k VⅡ母压变数据为例,根据现场试验数据的计算,也证明了以上的猜想。具体数据如表1所示。
如果考虑线圈电阻和铁心损耗的影响,由于线圈电阻与铁心的损耗随电压上升而逐渐增大,即有功电流会随电压上升而增大。将有功电流与无功电流相叠加后,励磁曲线电流的异常突变相对于图7就变得较为平滑,以B相1a1n的曲线为例,如图8所示。故图2所示的TV励磁特性曲线异常拐弯现象可以得到满意解释,属于正常现象。
4 结束语
TV的空载试验电流值与一次绕组高压端的电容量有关。在对与GIS配套的气体绝缘TV进行励磁特性测量时,励磁电流中包含了容性电流和感性电流这两部分无功分量。容性电流随试验电压升高而线性增长,感性电流与铁心的饱和程度有关,随电压升高到一定值后逐渐迅速增加。因此这两部分电流叠加的结果是起初电压增加时以容性电流为主,接近均匀增大,到一定电压值后,由于感性电流增大,两者抵消的结果使总电流出现减小的趋势,随后由于感性电流逐渐增加使得总电流又转为感性并呈现快速增大趋势。
摘要：介绍了某110 kV线路GIS电磁式电压互感器(TV)励磁特性曲线产生的"异常"现象,通过与出厂试验数据比对,定性分析了由于容性电流与感性电流复合影响的原因,为GIS电磁式TV励磁特性试验提供参考。
关键词：GIS,电磁式TV,励磁特性曲线,电容
参考文献
[1]保定天威保变电气股份有限公司.变压器试验技术[M].北京:机械工业出版社,2004.
电磁式电流互感器 篇5
继电器是电力控制系统中重要的控制器件, 继电器的选型与应用是否合适, 直接关系到电力控制系统运行的可靠性。本文就继电保护中电磁式电流继电器的选型与应用进行分析。
1 继电器概述
1.1 继电器的作用
在电力系统中, 为了保证供电的安全可靠性, 供电系统主要电气设备及线路都要装设继电保护装置。其基本任务是:当被保护设备或线路发生故障时, 保护装置迅速动作, 有选择地将故障元件与电源切开, 以减轻故障危害, 防止事故蔓延, 保护其他部分, 以便于迅速恢复生产;当线路及设备出现不正常运行状态时, 保护装置将会发出信号, 减负荷或跳闸, 此时一般不要求保护迅速动作, 而是带有一定的时限, 以保证动作的选择性。为了使继电保护装置能及时、正确地完成任务, 必须满足选择性、快速性、灵敏性和可靠性等4个基本要求。对作用于跳闸的保护装置, 这4个要求必须同时满足;而对于不正常运行状态并作用于信号的装置, 则可降低要求。
1.2 继电器的分类
继电保护中最重要的元件是继电器。
继电器的种类很多, 其分类方法主要有以下几种:
(1) 依反应参数划分。包括电量的和非电量的电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器、温度继电器、瓦斯继电器等。
(2) 依继电器的工作原理划分。可分为电磁式、感应式、电动式、热力式、半导体式、计算机集成式。
对各种继电器的选型和应用都有一定的要求, 现以电磁式电流继电器的选型和应用为例进行简单分析。
2 电磁式电流继电器的工作原理和特性
电磁型继电器多应用于定时限的过流保护和电流速断保护中, 归于DL型电流继电器系列。其动作原理是:当交流电流通过继电器线圈时, 在线圈铁芯中产生一个交变磁通, 对继电器的可动舌片产生一个电磁吸引的转动力矩, 由弹簧做成的游丝同时产生一个与电磁力矩相反的力矩起阻尼作用。当线圈电流增加, 使转动力矩大于弹簧的反作用力矩时, 可动舌片便沿顺时针方向转动, 使其带动触点桥也转动, 动静触点闭合, 继电器动作。当电流减小时, 电磁转动力矩减小, 在弹簧的反作用力矩下, 可动舌片返回, 动静触点分离, 继电器从动作状态返回到原始状态。
能够使过流继电器开始动作的最小电流, 称为电流继电器的动作电流。当继电器动作后电流均匀减小, 使继电器可动触点返回到原始状态的最大电流即继电器的返回电流。返回电流与动作电流的比值就是继电器的返回系数。对于过流继电器而言, 由于动作电流总是大于返回电流, 所以返回系数总是<1。一般情况下, 过电流继电器的返回系数要求在0.85～0.90之间。如果返回系数<0.85, 则认为不合格;如果返回系数>0.90, 则有可能造成继电器动作后动触点与静触点的接触压力不够, 需要进行调整。
3 电磁式电流继电器的选型与应用
3.1 电磁式电流继电器的选型条件
(1) 有辅源电流继电器需要提供的条件:
触点形式 (常开点、常闭点和转换点的组数) 、辅助电压等级, 电流整定范围, 以及安装方式 (柜内安装、面板开孔式、导轨式) 。
(2) 无辅源电流继电器需要提供的条件:
触点形式 (常开点、常闭点和转换点的组数) 、电流整定范围, 以及安装方式 (柜内安装、面板开孔式、导轨式) 。
3.2 电磁式电流继电器在电力系统中的应用
电磁式电流继电器为瞬动过电流继电器, 广泛用于电力系统二次回路继电保护装置线路中, 作为过电流启动元件。在继电保护中主要监控线路中电流的大小, 通过电流监控保护用电设备的安全, 当系统发生故障时 (例如短路) 电流会非常大。或者有时电流太小设备无法工作, 时间长了烧毁设备, 这时电流继电器会迅速动作, 对负载进行保护。电磁式电流继电器一般与电路串联连接, 也可通过电流监控控制发热元件对设备进行保护。在电力系统中, 如果采用过电流保护装置的动作值与时间匹配得不合理会导致其误动作, 造成整个电路系统故障。因此, 随着电网结构的日趋紧密, 继电器动作的选择性、快速性、灵敏性和可靠性, 对于电力系统的安全、稳定运行非常重要。
3.3 电磁式电流继电器在其他领域的应用
目前, 继电器在工业热控系统和建筑控制系统中得到了广泛应用, 保护系统大多通过继电器的组合来构成, 继电器的可靠性直接影响到整个保护系统的可靠性。电磁式电流继电器广泛应用于火力发电厂和焦化厂的温度和变频控制系统、煤矿提升机、皮带机变频控制系统、化工企业生产线的自动控制以及制造业中的成型控制等保护电路中。随着控制系统的结构从最初的CCS (计算机集中控制系统) , 到第二代的DCS (分散控制系统) , 发展到现在流行的FCS (现场总线控制系统) , 电流继电器从工业应用逐渐发展到现代民用建筑中。
现代建筑的显著特点是自动化程度高、电气控制设备和线路多, 电流继电器在民用建筑中的作用变得尤为重要。如在空调工程中, 不同的新风机组对风量、温度和相对湿度的控制要求非常高, 制冷系统的制冷机组和热源系统的热水机组对水温和水量调节的要求也较高, 而对水泵和风机控制的保护电路常采用电磁式继电器。在高层建筑中, 生活用水和消防用水要进行水位和压力控制、消防按钮控制、自动喷水灭火系统控制以及防排烟设备的控制, 供电和配电系统要对整个建筑物提供可靠的电能, 对于这些设备和线路的电气控制首选电磁式继电器保护。随着高层建筑的兴建而发展起来的电梯这一垂直交通工具, 目前应用较多的是晶闸管变频装置和可编程控制器进行控制, 对于设备和电路仍采用电磁式继电器来保护。
汽车工业正在越来越广泛地使用继电器。比较常见的继电器有:启动电动机的启动继电器、嗽叭继电器、电动机或发电机断路继电器、充电电压和电流调节继电器、转变信号闪光继电器、灯光亮度控制继电器以及空调控制继电器、推拉门自动开闭控制继电器、玻璃窗升降控制继电器等。
在家用电器领域, 继电器用于洗衣机、微波炉、电加热器等。
4 正确使用继电器的注意事项
4.1 继电器触点类型的选择
在设计继电器控制电路时, 应尽量多采用动合触点, 少用动断触点。其原因是:动合触点在动作时触点回跳次数比动断触点少, 继电器动作时产生机械冲击, 引起抖动, 触点抖动既会对电路产生不良影响, 又缩短了触点的寿命。
4.2 继电器触点连接方式
在设计继电器控制电路时, 应将继电器动触点接电源阴极, 固定触点接电源阳极, 以延长触点的寿命。因为根据触点电弧测试, 在相同负载下, 动触点接阴极, 触点分断时其燃弧时间要比动触点接阳极缩短一半以上。
4.3 继电器触点的串并联使用
(1) 不能用触点并联方式提高触点的负载功率。
(2) 继电器触点并联使用可提高电路接通的可靠性。
(3) 继电器触点串联使用可提高电路断开的可靠性。
5 结语
电磁式电流互感器 篇6
目前, 我国电力系统35k V及以下中压电网中, 普遍使用的是电磁式电压互感器。近年来, 10~35k V电磁式电压互感器运行中高压熔断器熔丝熔断、互感器本体烧损、绝缘击穿、外绝缘开裂或龟裂等故障时有发生。由于缺乏有效的故障记录手段, 使得供电单位对故障原因分析存在诸多困难, 无法消除故障根源, 往往容易造成设备的再次损坏。本文将介绍我公司在运行中针对此类问题的原因分析及相应的治理措施。
2 铁磁谐振过电压导致电压互感器熔断器熔断
目前, 我国10~35k V配电系统大多采用中性点不接地方式运行。电磁式电压互感器低压侧负荷很小, 接近空载, 高压侧具有很高的励磁阻抗。在系统网络发生某些干扰, 如某些切换操作时, 或者接地故障发生又消失后, 都可使电压互感器铁芯出现不同程度的饱和, 励磁阻抗变小, 此时若与系统对地电容或者其他设备的杂散电容间相匹配, 就会形成特殊的三相或者单相谐振回路, 并能激发起各种谐波的铁磁谐振过电压。
由于系统回路参数及外界激发条件的不同, 可能造成分频、工频或高频铁磁谐振过电压。经验表明, 工频谐振与高频谐振过电压幅值一般不超过3倍额定线电压, 一般不易引起绝缘事故;分频谐振过电压幅值通常不超过2倍额定线电压, 但因其频率低, 会使互感器励磁阻抗严重下降, 使得励磁电流急剧上升, 可高达100倍以上额定电流, 将引起高压保险丝的频繁熔断, 并可使电压互感器严重过热, 造成烧毁乃至爆炸事件, 严重影响系统的安全稳定运行。
3 瞬时性接地故障消失对地电容放电导致电压互感器熔断器熔断
在中性点不接地系统中, 当系统发生瞬时单相接地时, 非故障相的相电压值会瞬间升至线电压值, 其对地电容上则充以与线电压相对应的电荷。在接地故障持续期间, 此电荷会通过接地点形成电容电流回路。此时由于电压互感器的励磁阻抗很大, 其一次绕组流过的电流很小, 熔断器不会熔断。
当接地故障消失后, 非故障相的电压值会瞬间由线电压值恢复到正常电压水平。但此时由于故障接地点已经断开, 原来的电流回路被切断, 非故障相在接地故障期间充至线电压下的电荷只能从电压互感器的一次绕组流入大地。在这一瞬变过程中, 电压互感器一次绕组中将流过一个幅值极高的低频电流 (可称作低频震荡电流或低频饱和电流) , 互感器铁芯严重饱和, 使得熔断器熔断, 乃至互感器受损。
4 防范及治理措施
近几十年来, 国内外专家对铁磁谐振防治等问题做了大量的研究和试验分析, 揭示了其内在规律, 提出了许多防护措施, 并研发了多种消谐装置, 在电网运行中发挥了一定作用。我公司结合实际运行经验和我省10~35k V电压互感器防损坏专项治理成果, 总结防范治理方法主要有以下几点:
(1) 选用励磁特性好的电压互感器
要彻底解决铁磁谐振及低频振荡电流问题, 选用励磁特性好的电压互感器是最根本的措施, 使其铁芯不易饱和, 避免励磁感抗值的减小, 因而较难构成谐振的匹配参数。根据电力系统运行特点与国家电网公司十八项反措要求, 中性点非有效接地系统中, 励磁拐点电压应大于 , 且在拐点电压下的励磁电流应小于1A (如出现拐点电压较高, 而对应的励磁电流过大, 即励磁特性曲线较为平缓, 一般说明其铁芯质量较差或安装工艺存在问题) 。
(2) 安装消谐装置
消谐装置可分为一次消谐装置和二次消谐装置。
二次消谐装置的基本原理是在电压互感器的开口三角绕组接阻尼电阻。当电网正常运行时, 由于没有零序电压, 阻尼电阻上消耗的能量很少;当系统发生故障时, 因阻尼电阻阻值较小, 开口三角绕组两端近似于短接, 能起到改变电压互感器参数的作用, 防止电压互感器发生磁饱和谐振。
但就目前的运行经验来说, 由于二次消谐装置本身比较复杂, 元器件在运行中容易出现故障, 且在实际运行中, 常发现部分消谐装置消谐效果不理想, 熔丝熔断、互感器烧损故障仍时有发生。因此, 目前建议优先采用一次消谐装置。
一次消谐装置串接在互感器高压侧中性点, 主要由非线性Si C电阻片组成。系统正常运行时, 消谐装置上电压较低、呈高阻状态, 使谐振在起始阶段不易发展;在单相接地时, 消谐装置出现上千伏电压, 呈低阻状态, 能满足开口三角电压不小于80V的要求, 使其不影响接地保护装置正常工作;在间歇性弧光接地时, 非线性电阻可以限制线路电容对电压互感器的低频振荡电流。同时一次消谐装置具有体积小、散热好、安装方便等特点, 是目前防止互感器故障的一种十分有效而简便的方法。
需要注意的是, 在系统出现三次谐波或接地故障消失恢复正常运行后, 开口三角绕组可能会产生零序电压, 引起中性点电压偏高, 可能会导致接地指示装置误动作。为确保装置动作的正确性, 需要降低开口三角在稳态时的零序电压, 可在互感器中性点加装三次谐波滤波器, 目前已有部分消谐装置产品配备此功能。
(3) 采用四PT接线法
对于电压互感器组数量不多的变电站, 可以考虑采用四PT接线方式。如图1所示。
图1所示中, 三台为主PT, 一次侧接成星形, 其中性点通过一台零序PT接地, 主PT二次开口三角绕组与零序电压互感器的一个补偿绕组串联后接电压继电器 (主要是为了避免开口三角绕组热容量不够而烧坏的隐患) 。此接线使得电压互感器零序阻抗显著增大, 在系统发生单相接地故障时, 既能使铁芯很难进入饱和区而产生铁磁谐振过电压, 又能有效抑制超低频振荡过电流导致的电压互感器损坏。
5 结束语
35k V及10k V系统电磁式电压互感器熔断器频繁熔断、互感器损坏故障近年来严重威胁电力系统安全运行, 尤其是目前此类互感器广泛应用于高压开关柜中, 极易导致事故的扩大化。因此, 要求变电站运行及检修人员在发现此类问题时, 要及时进行分析和检测, 尽快采取有效措施, 消除故障根源, 保障电力系统的安全稳定运行。
摘要：针对运行中35kV及以下电磁式电压互感器熔断器频繁熔断、互感器烧毁的典型问题, 对故障原因进行了分析, 并提出了相应的防范和治理措施。
关键词：电磁式电压互感器,熔断器,铁磁谐振
参考文献
[1]赵海林.35k V及以下电压互感器熔丝熔断原因分析及对策[J].江苏电机工程, 2011.
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[3]高伟.配电网电磁式电压互感器谐振过电压抑制措施研究[D].西安理工大学, 2009.
[4]国家电网公司运维检修部.国家电网公司十八项电网重大反事故措施 (修订版) 及编制说明[M].中国电力出版社, 2012.
电磁式电流互感器 篇7
变电站数字化建设和改造过程中,常规设备仍在运行的情况下,数字化母线差动保护(简称母差保护)需同时接入电子式互感器和电磁式互感器。本文结合广东电网220 kV三乡数字化变电站(下文简称三乡站)改造工程实例,在母差保护基础上阐述了电磁式互感器接入时数据同步及合并单元收发时序控制方法。
1 母差保护中电磁式互感器接入存在问题
母差保护是电网安全稳定运行的重要保证,它的安全性、可靠性、灵敏性和快速性对保证整个区域电网的安全具有决定性的意义。
1.1 电磁式互感器设备的接入
将传统母差保护更换为数字化母差保护最大的难点在于其工程实施过程。对于新建工程,全部间隔同时接入母差保护才投运,不影响运行;而对于扩建或改造工程,由于母差保护已经投运,不可能长时间退出运行,必定出现电磁式互感器和电子式互感器共存的情况[1]。
图1列出了在过程层中接入电子式和电磁式互感器的各种方案。其中,间隔A只使用了变电站总线,过程层仍采用电缆接入电磁式互感器;间隔B没有过程总线,但使用了合并单元,采样值传输基于IEC 61850-9-1的单向多路点对点串行通信连接方式;间隔C中使用了过程总线,可通过合并单元将采样值以多播方式发布到过程总线[2]。
过程层中可考虑采用小型电子式数据采集单元来实现电磁式互感器的接入[3]。
1.2 电子式和电磁式互感器同时接入的误差
电子式互感器和电磁式互感器同时接入母差保护,工厂测试中电子式电流互感器与电磁式标准电流互感器串接,同时进行一次升流,并将二次采样值输入母差保护及故障录波装置,两者电流数据存在6°～7°的角差;电子式电压互感器与电磁式电压互感器分别接入合并单元U1和U2通道进行同步测试,结果如表1所示。
2 2种互感器同时接入母差保护存在问题的解决
2.1 同步必要性分析
电子式互感器必须满足电量同步测量的要求。电子式互感器同步采样是指在电力系统的不同采样点同时开始采用固定采样频率进行等间隔采样,而且必须使不同互感器采样点的采样结果在时间上具有同步性[4,5]。同步采样对故障判断、系统稳定分析与控制等都具有重要意义。
在数字化改造过程中2种互感器共存时,其同步采集对于变电站母差保护的稳定性、可靠性很重要,处理两者的数据同步问题是改造中的一项关键技术[6,7]。
2.2 母差保护改造过程中的互感器接入方案
三乡变电站在220 kV,110 kV母差保护改造工程中,引入了数字化母差保护子站装置,解决了母差保护无法长时间停运的问题,如图2所示。母差保护子站装置的作用是将各支路的模拟电流、电压量等相关量转变成数字量,再接入数字化母差保护装置,解决了电磁式和电子式互感器共存的难题。
2.3 电子式与电磁式互感器数据误差的消除
分析电子式和电磁式互感器同时接入母差保护时存在角差的原因如下:母差保护子站装置的模数转换插件存在小电流互感器和小电压互感器;母差保护只考虑了电子式电流互感器数据的光纤传输延时[8],未考虑子站装置小互感器所产生的数据采集延时,因此造成了表1中的角差。
为解决传统电磁式互感器与电子式互感器的同步问题,母差保护子站采集电磁式互感器的输出电流(或电压),并将双路冗余的A/D采样数据分别对应保护和测量值计入光纤输出数据,子站输出数据帧格式完全符合电子式互感器的帧格式标准,所以可以做到与电子式互感器合并单元无缝切换。主站接收子站或电子式电流互感器的合并单元光纤,主站主控板通过总线发布时间基准,光纤采集板记录接收采样数据的时刻,根据接收时刻和时间基准实时插值就可以得到同步的采样数据[9]。电子式互感器光纤延时参数分别为3 290μs(支路合并单元)和1 690μs(母线合并单元);接入电磁式互感器的母差保护子站延时理论计算值为269μs(考虑的延时环节为:传输等待150μs,低通延时219μs,装置内小互感器超前100μs),实测延时约为273μs。经理论分析和工程实测,对母差保护修改了采样数据延时参数,子站光纤的工程实施延时设置为270μs,消除了2种互感器数据的角差,实现了数据同步。
2.4 合并单元数据收发时序控制
电子式互感器采样频率为每周期200个数据点。合并单元数据采用曼彻斯特编码同步传输,合并单元采样周期T=100μs,每帧发送数据包括5个采样点数据,采用乒乓帧机制读取数据,CPU写入A和B两个RAM区(每个区可写入5个采样点数据)。在CPU写入A区时,发送模块同时读取B区的数据进行发送;CPU写完A区立即写入B区,发送模块同时读取A区的数据进行发送。
工程测试时,合并单元输出波形出现“毛刺”,录波器中波形无法还原为正弦波。通过分析采样点数值和合并单元发送的原始数据,可以看出故障录波装置接收到的连续10个采样点数值中,第1个点的数值变成了第6个点的数值,造成采样差异。
经研究发现:合并单元数据同步传输时,发送时序控制RAM区翻转延迟T/2(50μs),导致发送模块读取RAM数据时出现跨区情况,发送数据顺序移位。人工设定一组输入采样数据,采样数据接收和发送时序如图3所示。
为解决这一问题,采取对CPU写入A和B两个RAM区的写入时序切换增加T/2(50μs)的延时,与发送时序一致,保证发送模块有足够时间读取数值。人工设定一组输入采样数据,数据输出正确。增加延时后的采样数据接收和发送时序见图4。
通过对收发时序控制逻辑的调整,解决了合并单元数据的同步传输问题,消除了采样波形的“毛刺”现象。
3 结语
本文介绍了数字化变电站改造过程中电磁式互感器的接入方案,对电子式与电磁式互感器共存的数据同步采集和合并单元收发时序控制进行了研究。结合三乡变电站的数字化改造工程案例,阐述了基于母差保护的数据同步采集和数据收发时序控制实施方案,为数字化变电站的建设和改造提供了一定经验。
摘要：变电站数字化建设过程中电磁式互感器仍在使用,文中介绍了数字化变电站改造过程中电磁式互感器接入方案。在母线差动保护的基础上,分析了电子式和电磁式互感器同时接入产生的误差原因,提出通过设置采样数据延时参数消除误差的方法,讨论了2种互感器的数据同步问题,提出了对收发时序控制逻辑的调整,解决了合并单元采样数据同步传输问题。结合三乡数字化变电站的改造实际案例进行了分析和说明,并提出了解决方案。
关键词：数字化变电站,母线差动保护,电子式互感器,电磁式互感器,数据同步
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电磁炉的电流电压模块检测系统 篇8
对于电磁炉控制器而言, 其单片机外电路内最为重要的组成部分便是电流与电压检测电路, 这些电路主要使对电磁炉内的工作电流与工作电压实现实时检测, 以此来保证控制器可以对电磁炉运行状态进行精准的控制, 确保电磁炉能够安全稳定的运行。电流与电压检测电路对于电磁炉控制器而言是极为重要的, 其精度与可靠性便是保证电磁炉安全稳定运行的前提。
一、现有检测系统方式及其缺点
目前市场通用的电磁炉控制器之中, 主要采用的电流与电压方面的检测电路方式有如下两种, 其一为采取特定单片机, 诸如HT45R4T等, 通过单片机自身内部已经集成的比较器与运算放大器来形成一个相对为简单的检测电路, 通过这种方式所构成的单片机外电路一般较为简单, 但是也存在一些致命的缺陷, 诸如检测误差大等[1]。而且因为这类单片机进行控制时资源较少, 仅仅能对相对较为简单的控制进行执行, 通常情况下, 仅将采取单片机形式的检测电路运用在相对低档的电磁炉之中。其二使采取通用芯片形式, 通过在外部采用专用比较器与放大运算器, 这样能够有效地提升检测精度, 性能也更为的稳定可靠, 通常将这种方式运用在中档和高档电磁炉之中[2]。但是这一方案也存在一定的缺陷, 即外围元件相对较多, 要具有相对较大的印制电路板空间, 并且要想确保检测精度, 通常要在此基础上安装1~2个微调电位器, 而且每一个印制电路板都要对其进行相应的较准, 导致加工难度相对较大, 工艺要求也相对增加, 因此生产质量控制相对较难[3]。
二、电流与电压模块检测系统的设计内容
本文所设计的电流与电压检测线路将上文提到的采用单片机与通用芯片形式所具有的特点进行分析, 将各个方案中的优点实现互补, 将采取通用芯片方案内的电流与电压检测电路进行相应的改变, 使其形成相对独立的模块, 在进行使用过程中仅需将其最为一个元件进行使用即可。
本次设计的产品主要包含如下几部分,
第一, 同步电路U1A, 在炉盘线圈处获取两端电压信号, 并通过降压与限流后将其传输至比较器U1A两端, 经由U1A比较后将同步信号进行输出。
第二, 过压保护电路U1B, 在炉盘线圈处获取两端电压信号, 通过U1B和设定分压值进行比较, 一旦电压过高便输出低电平, 对PWM输出脉宽加以一定的限制, 以此对电压实现保护。
第三, 导通时间控制电路U1D, 将U1A与U1B输出信号通过U1D进行比较并输出, 通过对三极管Q1和Q2通断控制实现对IGBT的控制, 最终实现对IGBT导通时间的控制。
第四, 电流采集放大电路U2A, 在铜丝两端实现电压采样, 通过运算放大器U2A进行放大, 并将其输入到单片机之中, 利用单片机实现电流值计算。
三、模块检测系统所具有的优势与效果
通过本文的设计, 通过电流与电路检测模块的使用能够对电路设计与元件参数得到了有效地优化, 将原有的微调电位器加以取消, 这对印制电路板加工方面有着极大的好处, 可以有效地降低加工难度, 有效地提升印制电路板方面的加工效率, 并且对印制电路板所具有可靠性加以提升。并且不再通过调节电位器对放大倍数进行调节, 使操作更为简单, 性能也愈发的可靠。
此外, 该检测模块具有空间占用小的特点, 能够有效的降低控制器成本与安装空间。
四、结语
终上所述, 由于目前市场所采用的电磁炉控制器关于电流与电压检测电路方面主要是采用单片机或者是通用芯片, 但是或多或少均存在一定的问题, 导致电磁炉发展与使用过程中存在一定的限制, 对此本提出一种基于模块化检测电路, 这对于电磁炉控制器内的电流与电压检测系统性能提升有着极大的作用。对电磁炉今后的发展与应用均有着非常大的作用。
摘要：随着人们生活质量得到了极大的提升, 电磁炉作为现代厨房中的重要组成, 已经受到了人们的普遍使用, 其由于具有节能、环保、安全等优势, 在日常生活中已经得到了人们的大量使用。但是目前所普遍使用的电磁炉中的电流与电压检测上存在诸多的技术问题, 对此本文提出一种全新的模块检测系统, 并对涉及内容与优势进行一定的介绍。
关键词：电磁炉,电流电压检测,模块检测系统,系统设计,系统优势
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电磁式电流互感器 篇9
随着电力系统智能化水平的提高,以计算机和微电子技术为基础的微机保护装置在电力系统中已得到广泛的应用。微机保护装置被安装在电磁环境恶劣的高压开关柜内或靠近高压电气设备的地方,很容易遭受电磁干扰而误动或拒动。因此它们的电磁兼容性越来越引起了人们的关注。
电磁兼容(EMC)指的是设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。EMC是评价产品质量的一个重要指标。EMC分为电磁干扰(EMI)和电磁抗扰度(EMS)[1]。目前,微机保护装置抗电压、抗浪涌、防静电技术已经比较成熟,而电快速瞬变脉冲群骚扰由于具有上升时间和持续时间短、幅值和重复频率高等特点,它对微机保护装置的干扰长期以来难以克服[2,3,4,5],总之,控制器的电磁兼容设计关系到控制器在现场复杂的电磁环境下能否稳定、可靠动作。
1 电流保护控制器工作原理
配电网户外断路器的控制器大多都在户外运行,控制器安装于断路器操动机构箱体外侧面或者控制箱内。断路器采用全封闭结构,其接线方式如图1所示。图中,A、C相电流互感器(CT)的二次侧电流分别输入到控制器内部,用以采集电流信号量并为控制器提供电源;控制器的输出端提供两路信号,一路连接操动机构的脱扣线圈,通过内部电容放电给脱扣线圈控制断路器的分闸动作;另一路提供一路开关量输出信号,可以控制断路器的分闸回路。为了满足线路上下级之间保护的配合,通过拨码开关,调整控制器的过流延时时间、短路电流倍数、短路速断延时时间等数值。
控制器采用的保护算法要点是识别线路过流、短路与涌流。采用通过计算电流有效值启动故障判别程序,延时加上二次谐波制动法来识别线路过流、短路状态和涌流[6]。即在装置上电时加入延时,避开本级线路突然合闸时出现的涌流;在稳定运行后如果计算出电流有效值超过整定值,利用二次谐波制动来识别线路过流、短路或是涌流,以避开下级线路出现的涌流,并对本级线路实施保护。
2 控制器设计中的EMC解决方案
2.1 控制器信号采集进线端的设计方案
为了抑制电磁干扰,在输入通道前端加装EMI滤波器以滤掉共模和串模的干扰信号[7]。另外,线路工作时各种过电压会对控制器造成冲击,因此在A、C两相分别接入瞬态电压抑制器(TVS)以泄放能量,如图2所示。
图2中,TVS1、TVS2、TVS3为瞬态电压抑制器P6KE系列,分别进行两相之间、A相对地、C相对地的保护。CY1和CY2为共模抑制电容,选择耐压为50 V,容量为10 n F的陶瓷电容,其公共端和TVS2、TVS3公共端通过控制器外壳接入大地。CX1和CX2为差模抑制电容,选择耐压63 V,容量为0.1μF的薄膜电容。由于CX1上电荷的积累会影响滤波特性,所以在CX1上并联大阻值的泄放电阻RX。共模扼流圈L进一步滤除共模干扰,参数可选择为额定电流6 A,电感量0.4 m H。
图2中的共模扼流圈L可以衰减掉一些高频干扰成分,由于电感的阻抗随着频率的增加而升高。耦合电容和共模电感组成了一条LC串联谐振电路,谐振点处的干扰信号幅度最强(谐振点处阻抗最小),而如果此时的电快速脉冲波形恰好在过零点,那么在谐振频率处不会有问题;但如果谐振频率恰好发生在脉冲的峰值时刻,那么设备就会受到很强的干扰从而失效。所以,要根据设备对何种干扰频率敏感的特性来调整共模电感的电感量:增大电感值,谐振频率降低,对频率较低的干扰抑制效果好;减小电感值,谐振频率升高,对频率较高的干扰抑制效果明显。
2.2 控制器电源进线端的改进方法
电源电路的进线端利用电源滤波器来滤除电源高频干扰,如图3所示。
图3中,L1、L2、C1起滤除串模干扰的作用,L3、L4、C2、C3具有抑制共模干扰的功能,电感量一般为1～2 mH。电容要求选用高频特性好的陶瓷或聚酯电容。C1可选0.047～0.22μF,C2、C3可选1 000～2 200 pF,对于抑制共模干扰的L3、L4线圈的铁芯选用铁氧体磁环,采用双线并绕在同一磁环上,绕成两个相同匝数的线圈[8]。高频共模干扰受到扼制,而对串模信号基本上无扼制作用。
3 电磁兼容测试
3.1 电快速瞬变脉冲群测试平台
测试仪器分别为电快速瞬变脉冲群(EFT)发生器和容性耦合夹,通过EFT发生器调节所需要的参数,分别进行电快速瞬变脉冲群等级三、四的试验,容性耦合夹把进线端的导线夹在其中,用于模拟进线端的干扰,所用仪器型号为EMC NSG 2025,测试对象是电流保护控制器。
3.2 进行电磁兼容试验的电流保护控制器
本次电磁兼容试验的对象为电流保护控制器,该控制器内部结构如图4所示。
正常情况时,当满足过流脱扣条件时,信号指示灯闪烁一次,继电线圈导通,控制器过流脱扣;当不满足过流脱扣条件时,信号指示灯不闪烁,继电线圈不导通,控制器不脱扣。其他情况被视为控制器误动作。
4 电磁兼容性能测试结果与分析
4.1 对电流保护控制器进行电磁兼容测试
利用上述电磁兼容设备对控制器进行电快速瞬变脉冲群试验,测试结果如表1所示。
4.2 测试结果分析
4.2.1 电流保护控制器的电磁兼容性能等级
电流保护控制器EMC性能通过电快速瞬变脉冲群四级测试,即电流保护控制器电快速脉冲干扰特性在电压等级上已经达到了四级即严酷工业环境等级下正常运行的标准。
4.2.2 电流保护控制器的EFT临界测试
在4 k V、2.5 k Hz状态下进行电快速瞬变脉冲群测试中,电流保护控制器运行正常,当2 k V、5 k Hz状态下时,未通过测试。说明5 kHz是电流保护控制器对电快速瞬变脉冲群抗干扰能力的一个临界值。其产生的原因分析应为EFT信号通过电源线进入后,经过集成电路(IC)信号端口时,在2.5 kHz的干扰信号全部被滤除,电流保护控制器工作正常。当EFT干扰的脉冲频率加大到5 kHz时,将有一部分干扰信号通过输入端滤波进入后继电路,对寄生电容的充电,经过众多脉冲的逐级累积,最后达到并超过IC的抗扰度限值,直接触发或感应耦合触发,使数字电路工作异常。其中寄生电容受干扰的累积受IC回路运行状态,输入滤波效果等影响,为离散型故障发生,符合测试数据汇总表中故障出现的规律。
5 结语
电磁兼容在电子产品的研制过程中有三个重要环节是缺一不可的,那就是电磁兼容的设计、电磁兼容的诊断和调试以及电磁兼容标准检测。每一个项目所开发出的产品都希望能顺利通过国家的相应电磁兼容标准检测,但如果没有很好的把握电磁兼容的设计和诊断,那么就很难通过标准的检测。
该控制器的关键是如何抑制高频的影响。合理的布局与布线,加入必要的抗干扰抑制电路是可以提高控制器抑制电快速瞬变脉冲群骚扰能力。
摘要：10kV电压等级的配电网,主要是架空线路。断路器用的电流保护控制器很容易受到电磁辐射、静电感应、静电放电、高频噪声等的电磁干扰。为了验证该控制器是否具有在户外稳定工作的可靠性,将断路器用电流保护控制器进行了电磁兼容试验,试验结果表明,所采取的抑制方法有效地抑制了高频干扰。
关键词：控制器,电磁兼容,电快速瞬变脉冲群
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