電壓互感器的容量的選擇

1、淺談在配電自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中電壓互感器的容量的選擇廈門興廈控電氣有限公司徐躍進(jìn)擇要本文從裝于開關(guān)設(shè)備的電壓互感器容量選定的角度，分析電壓互感器的 容量對(duì)測(cè)量精度的影響，分析了可能引起的電壓互感器故障的原因，并提出了解 決辦法。關(guān)鍵詞電壓互感器的精度和容量；計(jì)量：PT的過載1. 問題的提出(1) 在配電自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中用戶內(nèi)部的電能考核目前節(jié)能減排的要求下日益 顯得很重要。用戶反饋內(nèi)部計(jì)量考核中分計(jì)量之和總小于供電局的計(jì)量總表；產(chǎn) 生計(jì)量不準(zhǔn)原因不明。(2) 用戶反饋PT柜的電壓互感器經(jīng)常燒毀(特別是保護(hù)和事故音響回路均采用 交流AC220V操作)2. 分析造成計(jì)量不準(zhǔn)的原因是a.電流互感器的變比

2、、容量、精度。b.電壓互感器的 容量、精度。c.二次回路的電壓損失d.計(jì)量表計(jì)本身的精度等等。中壓開關(guān)設(shè)備中常用計(jì)量柜電流互感器以及電壓互感器的精度均為級(jí)，計(jì)量 柜的互感器專用于供電局計(jì)量，僅用于計(jì)量表計(jì)，因此計(jì)量精度可以獲得最大范 圍的保證。而常用進(jìn)出線柜計(jì)量采用的電流互感器以及電壓互感器的精度為級(jí)。 供電局計(jì)量的精度儼然已經(jīng)比進(jìn)出線柜的計(jì)量精度高，因此總表計(jì)量值肯定會(huì)有 差異，但應(yīng)在互感器和表計(jì)的累計(jì)誤差范圍內(nèi)。然而實(shí)際的差異值遠(yuǎn)不止于精度 的誤差。通過對(duì)一些10KV高壓配電系統(tǒng)的實(shí)際情況分析，來探討影響測(cè)量差異 的其它原因。下圖分別為進(jìn)出線柜2CT, 2PT三相三線制計(jì)量回路的二次原理圖

3、 和一次系統(tǒng)圖(計(jì)量表計(jì)裝在高壓柜上為例)。圖1電流測(cè)量回路H.r1. r(:OOO圖3配電系統(tǒng)一次系統(tǒng)圖如北京某熱電廠配電系統(tǒng)（計(jì)量表計(jì)裝在高壓柜上為例）有進(jìn)出線柜約17臺(tái)，其交流電壓信號(hào)均取自PT的100V電壓。系統(tǒng)中，裝長(zhǎng)沙威勝電子有限公司的多功能表DSSD331 3X100V （6） A級(jí)有功）交流電壓回路功耗=4VA共17只， 電能表總的消耗功率17X4VA二68VA ;裝ABB的微機(jī)REX521 （交流電壓100V回路） 的功耗二共17只，微機(jī)交流電壓回路的總功耗二；對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說，交流100V 電壓的總功耗為68+=（未考慮二次導(dǎo)線功耗）。所以按的容量來選PT,則應(yīng)該選 100V

4、A熱極限輸出500VA,才能滿足系統(tǒng)有級(jí)的測(cè)量精度，電能測(cè)量才準(zhǔn)確。若 PT錯(cuò)選30VA,熱極限輸出150VA,首先表計(jì)負(fù)載容量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過30VA，測(cè)量精 度肯定有較大偏差；其次PT長(zhǎng)期過載，就如小馬拉大車，很容易燒毀。而每一 臺(tái)柜的電流回路CT如LZZBJ9-12/150B/2S的級(jí)的容量是10VA：裝在本柜電流回 路的精度和容量是能夠保證的；若計(jì)量表計(jì)集中組屏（與高壓柜的距離）也要考 慮CT的容量的選則。再比如，廈門嵩嶼碼頭配電系統(tǒng)有進(jìn)出線柜20臺(tái)，裝有20只上海金陵的機(jī) 械表DS862-2 3X100V 3（6）A功耗 = 8VA,電能表總的消耗功率20X8=160VA; 另有20只施耐

5、德的微機(jī)Sepam 20,因無交流電壓100V輸入，所以微機(jī)交流100V 電壓的功耗不再考慮；對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說交流100V電壓的總功耗為160VA （未考 慮二次導(dǎo)線功耗）。若3PT接法選用JDZX10-10 30VA熱極限150VA的PT,則 會(huì)因超過極限容量而過熱燒壞。因此只能選JDZX9-10 180VA熱極限400VA的電 壓互感器；這樣才能保證一定的測(cè)量精度，同時(shí)保護(hù)了 PT不致?lián)p壞。所以在10KV系統(tǒng)的變電站有較多出線的情況可能增加互感器的負(fù)載，或因 配網(wǎng)自動(dòng)化需要配套的電力監(jiān)控裝置，或因各種計(jì)量表計(jì)，或甚至取自PT的交 流操作電源等等。當(dāng)系統(tǒng)中電流回路或電壓回路的負(fù)荷超過互感器標(biāo)示

6、的精度范 圍內(nèi)的額定容量時(shí)，互感器測(cè)量精度會(huì)明顯下降；負(fù)荷超出額定輸出越大，二次 輸出衰減越厲害，進(jìn)而造成計(jì)量值大幅降低，與供電局計(jì)量總表形成明顯差距； 負(fù)荷如果超出或接近熱極限輸出，則長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行必然造成電壓互感器過熱，導(dǎo)致 電壓互感器爆炸等一系列事故。安全、可靠的供電計(jì)量必須對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行各部分能耗的評(píng)估， 選擇合適規(guī)格的互感器，既要滿足測(cè)量精度也要滿足電壓互感器的容量。造成PT柜（3PT-Y形接法）的電壓互感器燒毀的原因有三方面（1）電壓互感器 的諧振；（2）電壓互感器的過載；（3）PT的二次短路。（備注：電壓互感器簡(jiǎn)稱 PT）（1）PT的鐵廣諧振在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，由于高壓電纜

7、和開關(guān)設(shè)備母排存在對(duì)地電容，它 與中性點(diǎn)接地的PT的高壓繞組形成并聯(lián)。一旦變壓器、電壓互感器、消弧線圈 等電牘設(shè)備的高壓繞組受到某種原因擾動(dòng)，電感飽和程度不一樣，與對(duì)地電容形 成諧振回路，就有可能激發(fā)產(chǎn)生持續(xù)的鐵磁諧振。鐵磁諧振可以是基波諧振、高 頻諧振、分頻諧振?；ㄖC振通常表現(xiàn)為兩相電壓升高，一相電壓降低，基頻諧 振和工頻電壓是同頻率，比較容易從電源獲得能量，所以基頻諧振能產(chǎn)生很大的 過電流，有時(shí)表現(xiàn)得非常強(qiáng)烈，比較容易造成PT爆炸。高頻諧振其主要危害在 于過電壓倍數(shù)較高，往往引起主設(shè)備的絕緣被擊穿或PT爆炸，后果十分嚴(yán)重。 分頻諧振總是表現(xiàn)為三相電壓同時(shí)升高，它的主要危害也是產(chǎn)生過電流，

8、分頻諧 振引起的過電流雖沒有基頻諧振過電流大，但也往往超過了 PT的熱穩(wěn)定允許電 流值，在長(zhǎng)期分頻諧振作用下也可能燒毀PT。諧振產(chǎn)生的過電壓的幅值雖然不高，但因過電壓頻率往往遠(yuǎn)低于額定頻 率，鐵心處于高度飽和狀態(tài)，其表現(xiàn)形式可能是相對(duì)地電壓升高，勵(lì)牘電流過大， 或以低頻擺動(dòng)，引起絕緣閃絡(luò)、避雷器炸裂、高值零序電壓分量產(chǎn)生、虛幻接地 現(xiàn)象出現(xiàn)和不正確的接地指示。嚴(yán)重時(shí)還可能誘發(fā)保護(hù)誤動(dòng)作或在電壓互感器中 出現(xiàn)過電流引起PT柜的PT燒壞。具體表現(xiàn)為本體炸裂、內(nèi)部絕緣物質(zhì)噴出故障， 使系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。鐵觸諧振的常用消除辦法除了選用勵(lì)饌特性比較好的PT外，還有：（a ） PT次的中性點(diǎn)加裝非線性阻尼

9、電阻（見圖4）通過中性點(diǎn)電阻，吸收諧振的能量，因此阻值只要足夠大，可以碇壞產(chǎn)生 諧振的條件即可消諧，中性點(diǎn)電壓在1kV左右，對(duì)PT不會(huì)產(chǎn)生絕緣問題，對(duì)分 頻諧振效果好。該方法在已廣泛采用，生產(chǎn)定型產(chǎn)品的廠家比較多，在實(shí)際運(yùn)用 中都取得了滿意的效果。缺點(diǎn)是阻值太大吋，開口三角電壓太低，接地保護(hù)可能 失效：（b ）在卩丁開口三角側(cè)并聯(lián)固定（或可變）阻尼電阻（見圖5）在PT開口三角接入阻尼電阻，用電流抵消鐵芯的零序磁通，電流越大，效 果越好。電阻的選擇須遵循以下原則：保證接地指示的靈敏度；能有效消除諧振， 系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)PT不被燒壞。該方法對(duì)高頻和基頻諧振效果好。（c ）采用4PT接法（見圖6）

10、4PT接法的閉口三角、零序PT的大電阻和大電感可以消除不同性質(zhì)的諧波， 零序PT的大電阻可有效防止高壓保險(xiǎn)的熔斷，同時(shí)解決了中性點(diǎn)絕緣問題，解 決了開口三角并聯(lián)電阻阻值不易確定的問題，但成本高，外形尺寸偏大。1TJ11bL -1 圖5 PT開口三角 圖6 4PT接法圖4 PT中性點(diǎn)加裝阻尼電阻(d )采用微機(jī)消諧 微機(jī)裝置監(jiān)測(cè)PT三相電壓和開口三角電壓，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障.裝置開始對(duì)此信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算，得出故障類型。如果是鐵磁諧振，系統(tǒng)產(chǎn)即啟動(dòng)消諧電路，讓鐵z茲諧振在阻尼作用下迅速 消失。如呆是過電壓或單相接地故障，微機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)后，分別給出顯示和報(bào)警，。 此

11、種方法相對(duì)比較簡(jiǎn)單，與開口三角方案的優(yōu)缺點(diǎn)相似，不必?fù)?dān)心阻值問題。(2) PT的過載電壓互感器二次負(fù)荷偏重，一、二次電流較大，使二次側(cè)負(fù)載電流的總和超 過額定值，造成PT內(nèi)部繞組發(fā)熱增加，尤其是在電壓高于PT額定電壓(10kV) 情況下，PT內(nèi)部發(fā)熱更加嚴(yán)重；再者，該系統(tǒng)屬于中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)，容 易發(fā)生鐵磁諧振，諧振導(dǎo)致PT過載，PT更加容易發(fā)生熱膨脹爆裂。b.以下是PT柜內(nèi)的事故音響二次的回路a.以下是PT柜3PT的二次的操作電源AC220V回路-uLT.n-【 !r *I3ZJLiJ2遠(yuǎn)I7：3H.rU> W 4 r會(huì)號(hào)小戦跚器上述高壓系統(tǒng)（1進(jìn)線+計(jì)量+ PT柜+ 1出線）釆用

12、真空斷路器為ABB 的VD4-12/630-25KA AC220V合閘脫扣器消耗功率250VA；分閘脫口器消耗 功率250VA;微機(jī)保護(hù)采用ABB的SPAJ140C AC220V微機(jī)的電源和輸出繼電 器模塊動(dòng)作條件下的消耗功率為6VA,靜止條件下的消耗功率為4VA:當(dāng)系 統(tǒng)出線短路：微機(jī)動(dòng)作；發(fā)出指令跳VD4：同時(shí)事故回路電笛報(bào)警響；開斷 成功系統(tǒng)總消耗功率為250+6+4+40二300VA;（在交流AC220V操作系統(tǒng)的 事故回路的電源XMa和XMc經(jīng)常被安裝公司的也接線到PT的KMa和KMc A C220V回路；此時(shí)事故回路電笛DDJ1 AC220V的消耗功率為40VA ）其它繼電 器和燈

13、的消耗功率暫不計(jì)算。若PT柜電壓互感器選30VA熱極限輸出150VA：PT容量就不夠嚴(yán)重過載；發(fā)生熱膨脹爆裂(300VA>150VA)o因此只能選JDZX9-10級(jí)/180VA熱極限400VA的電壓互感器，既滿足要 求又可以裝在手車?yán)铮夯蛘哌x如右圖AH3系統(tǒng)方案；采用熔 _口斷器手車和固定安裝在柜體內(nèi)的多種大容量的非標(biāo)準(zhǔn)電壓互 感器；如JDZX11-10C 120VA熱極限800VA的選擇。這種系統(tǒng) 方案可以滿圧測(cè)量精度和容量的要求。(3) PT的二次短路PT二次不允許短路，電壓互感器二次側(cè)線圏匝數(shù)比一次側(cè)線圈匝數(shù)要少，但線徑較大，一旦二次側(cè)短路，勢(shì)必在二次側(cè)引起很大的 短路電流，短路造成PT單相諧振，造成互感器燒毀。3.結(jié)束語從供電安全和維護(hù)方便出發(fā)，選擇可靠性高的開關(guān)設(shè)備一直是各生產(chǎn) 廠商和用戶的共同的希寄。本文僅從裝于開關(guān)設(shè)備的互感器容量選定的角 度，分析互感器的變比、容量對(duì)測(cè)量精度的