在三相PT的二次侧接成开口三角形,用以发生接地故障时做继电保护所用。
当系统发生单相接地故障时,电压互感器一次绕组相电压一相为零,另两相升高√3倍,相应的二次绕组、剩余电压绕组的相电压也升高√3倍。剩余电压绕组的三相绕组中,一相电压为零,另两相电压为√3×100/3伏,且两相电压夹角为60度,所以PT二次侧输出为幅值2√3×U相的两相矢量和,所以开口三角的输出为100伏。
工程竣工交接试验的试验方法是:把二次绕组的三相引出端a、b、c短接,与其中性点端子0之间加上50HZ、100/√3V的单相电压,在开口三角处测得的电压应为100V。 做为绝缘监察用的电压继电器整定值为15—20伏。
多绕组电压互感器的测量与计算
前言
对于多绕组的电压互感器,国家标准GB1207-2006《电磁式电压互感器》中规定:“当订购有两个独立二次绕组的电压互感器时,因为它们之间有相互影响,用户应规定各绕组的输出范围,各输出范围的上限值应符合标准的额定输出值。每个绕组在其输出范围内须满足各自准确级要求,此时,另一绕组所带负荷为0到规定输出范围上限值的100%之间的任一值。为证明是否符合此要求,只需在极限值下进行试验。如果未规定其输出范围,则认为每个绕组的输出范围是其额定输出的25%一100%。如果某一绕组只有偶然的短时负荷,或仅作为剩余电压绕组使用时,则它对其余绕组的影响可以忽略不计。”
因此,在测试和使用过程中,必须严格按照国家标准的要求才能保证互感器的误差测试结果和计量结果。中低压互感器二次负荷的COSΦ多为0.8,在实际的现场校验时,用一个标准负载箱加上直流电阻,根据互感器误差的构成原理,通过简单的换算就可以实现多个功率因数负载同时挂带的互感器误差测试。
2 理论基础
三绕组电压互感器的两个二次绕组(计量绕组+监控绕组)都带有负荷时,每个二次绕组的误差都由三部分组成,以计量绕组为例: ε
u2
=ε
u0
+ε
22
+ε
23
,(%) (1)
δu2=δu0+δ22+δ23,(ˊ) (2) 公式中:
εu0,δu0,互感器的空载误差,它只与铁心的材料、一次电压、一次绕组空载漏抗有关,对于成品的互感器,空载误差仅仅和一次电压有关;
ε22,δ22,计量绕组的负荷误差,计量绕组负荷电流在一次绕组和该绕组阻抗中产生的压降误差; ε
22
=-(ur12COSΦ2+ux12SINΦ2),(%) (3)
δ22=34.4(ur12SINΦ2-ux12COSΦ2),(ˊ) (4) ur12,二次绕组负荷电流压降的电阻分量, ux12,二次绕组负荷电流压降的电抗分量
ε23,δ23,监控绕组的负荷电流分量在一次绕组等值阻抗中产生的压降造成的负荷误差。
ε
23
=-(ur123COSΦ3+ux123SINΦ3),(%) (5)
δ23=34.4(ur123SINΦ3-ux123COSΦ3),(ˊ) (6)
如果在试验中能通过测试实际得出Ur123、Ux123的数值,那么就可以求得监控绕组对计量绕组在各个负荷下的误差。 其中:
Ur123=S3nR1ˊ/100 Ux123=S3nX123/100*3
(7)
(8)
测得监控绕组负荷电流分流对计量绕组压降误差的比差值ε23和角差值δ23,那么(5)(6)联立,即可由求得Ur123和Ux123,对于一台给定的互感器Ur123和Ux123仅仅与负荷大小成正比,那么再代入(5)、(6)就可以求得其他负荷大小和功率因数下的负载误差值。
3 测试方法
实际试验时,先在计量绕组接额定负荷、监控绕组空载时测得计量绕组的误差数据,为εu20、δu20,然后不改变其他参数,投入带电阻R3(COSΦ=1,SINΦ=0)的监控绕组,此时误差数据εu20ˊ、δu20ˊ。 δ δ
u20u20
ε
u20
=ε
u0
+ε
22
,(%)
=δu0+δ22,(ˊ) ε
u20
ˊ=ε
u0
+ε
22
+ε
23
,(%)
=δu0+δ22+δ23,(ˊ)
S3nˊ=U3n2/R3,VA
两式相减得出监控绕组对计量绕组的负荷误差影响,既 则ε
23
ˊ=ε
u20
u20
ˊ-ε
u20
δ23ˊ=δˊ-δ
u20
结合(5)~(8),可以得出监控绕组的任意负载S3n下,对计量绕组的误
差影响值为εu2 ,δu2:
,(%) (9)
,(ˊ) (10)
对应计量绕组的总误差值为:
ε
u2
=ε
u20
+ε
23
(11)
δu2=δu0+δ
23
(12)
带电源绕组的电压互感器故障 分析
带电源绕组的电压互感器故障 分析
1前言
为适应电能计量现代化管理的要求,预购制、远方抄表及在线监控等先进功能正不断地融入当前的计量装置中。作为电能计时装置的重要组成部分,电压互感器(PT)的内部结构及运行方式必然随着新功能的引入而表现出传统计量方式下不具备的特性,因此,对此类PT的分析和处理已经成为计量人员的一项新任务。
2故障描述
预购制计量装置可实现"先购电,后用电"的功能,它能根据用户的用电量对输入的购电量进行递减,当剩余电量低于设置的报警门限时,启动报警回路报警;当剩余电量为0时,启动跳闸回路跳闸,用户断电,重新购电后才能用电。所以,它除了普通的计量功能外,还必须提供报警及开关跳闸需要的电源。考虑到独立性、封闭性的要求,安装于用户侧的计量装置显然不能像变电站那样外接电源,在计量PT上增加一套220V的电源绕组是一个现实的途径,这就是使用带电源绕组PT的原因。我局从2006开始的预购制改造工程使用的即是此类PT,采用三相三线制的计量方式,电压回路的基本配置如图1所示。图1中,a2-x2为~220V的电源绕组,容量为1000VA,为预购制相关功能提供电源的绕组集中于AB相。PJ1、PJ2分别为报警和跳闸接点,由带预购制功能的电能表启动;SJ为DH48S-S型时间继电器,SJ1用于启动报警电铃。它有间断及保持两种可调的时间间隔,其中保持时间t1为每次响铃的持续时间;间断时间t2为两次响铃之间的间隔时间,现场一般调整为t1=5s,t2=60min。运行至今,改造的13套计量装置已有10套发生了PT损坏甚至爆炸的事故,其故障表现有:(1)损坏的TV全在AB相,即为预购制功能提供电源的那一相。且AB相的PT损坏时,CB相PT仍然完好,但换到AB相后,一段时间内又会发生损坏;更换为不带电源绕组的普通计量PT后,运行一直正常。(2)PT损坏的程度有轻有重,但所有的一次绕组全部烧毁。轻者一次绕组周围绝缘层炭化,严重时PT整体炸裂。(3)损坏发生的时间一般为PT投运后半年内,且故障发生时天气良好,一次设备的防雷措施也比较完善,可以排除雷击及产品质量方面的原因。
3故障原因分析
3.1故障定位PT烧毁以至爆炸的直接原因是一次绕组流过了大电流,由于三相三线接线方式下PT一次绕组与地之间不形成回路,不构成铁磁谐振的条件,经现场核实也不存在系统运行及产品质量问题,所以事故的原因只能是预购制计量PT自身的结构及运行方式。针对故障表现(1),比较AB、CB两套PT配制情况,发现两者最主要的区别是AB相PT的电源绕组配备了随时间周期性启动的电铃(指示灯、SJ和ZJ的线圈、带电显示器的阻抗很大,接近于开路状态运行,对PT的影响可以忽略)。相对于预购制用户而言,不同于欠费跳闸,低电费告警是一种经常状态,所以将事故原因定为二次电源绕组所带二次负载(电铃)的周期性启停对PT运行的冲击。对于运行PT电源绕组的实测数据如下:电铃启动后:I=0.36A;功率因数角φ=73.4?;等效电阻R=175Ω,X=585Ω。开关跳闸时,I=0.98A,合闸时,I=2.15A,均未见电源电压明显波动。3.2理论分析SJ1的周期性的开闭相当于周期性地改变PT的二次负载,随着SJ1的断开及闭合,PT相应地由一种稳定平衡状态过渡到另一种稳定平衡状态,在这两种状态之间需要经历一个过渡过程。产生这种暂态过渡过程的原因是PT内部(漏抗、励磁电抗)及二次负载中电感元件的存在,在SJ1接通或断开的瞬间,电感电流不能突变,中间包含有瞬变分量,它会经过一个呈指数规律的衰减过程,最终达到新的稳定值。因此,PT损坏的程度取决于暂态过渡过程中冲击电流大小及持续的时间。由电工原理可知,电流大小取决于状态改变时原电流的初值,衰减持续时间取决于衰减常数τ,而τ由回路中电感与电阻的比值决定。由于SJ1接通或断开时电路的结构不同,两种情况必须分开讨论。3.3理论计算3.3.1几点基本假设(1)PT运行时带有计量及电源两套绕组,即使SJ1未启动,绕组中也有一定的电流,但因其他负载小而且稳定,因此在分析中略去,只考虑电源绕组中电铃的影响。(2)过渡过程中,视PT的励磁阻抗不变,衰减系数τ为常数。(3)电源绕组的容量虽然标注为1000VA,但不能理解为额定容量,应为瞬时能提供的极限容量,它不能体现PT的本质特性,分析内部结构及参数计算时仍以计量绕组为基础。(4)归算后的二次电压保持稳定,二次负载的接入或断开对一次电压没有影响。以上假设会使结果有一定的偏差,但可以简化分析过程。3.3.2PT基本参数的测试电压互感器相当于空载运行的变压器,正常运行时磁通密度约为0.67T~0.8T,接近于饱和状态。简化后PT等效电路图如图2所示。R1、X1及R2′、X2′分别为折算至一次侧后PT一、二次绕组的电阻及漏抗;Rm、
Xm为PT的励磁阻抗,R′、L′为电铃折算至一次侧后电量的等效电阻及电抗,R′=4.4MΩ,L′=14.8MΩ。PT的漏抗及励磁阻抗的测试接线图如图3所示,其中,漏抗测试时在一次侧加压,计量绕组二次侧短接,调节调压器的输出电压,当二次电流达到0.2A的额定电流时,即可计算出电阻及漏抗。为减少二次负载对测试结果的影响,采用钳表测试电流。现场测试的结果如下:U=196V时,
=196cosI=0.2A,功率因数角φ=62.7?,则折算至一次侧的阻抗值为:R1+R2′φ0.2蛐350=0.16MΩX1+X2′=196sinφ0.2蛐350=0.29MΩ用万用表测试一次绕组电阻为0.03MΩ。励磁阻抗测试时,一次开路,二次加压,调压器输出100V时,通过毫安表的电流即可计算出励磁阻抗,现场测试的结果为:U=100V,I=67mA,功率因数角显示数不稳定,在87.3?~90.2?之间波动,无法计算,但至少说明励磁电抗比励磁电阻大许多。由于励磁阻抗是PT铁心因磁滞及涡流的影响而产生的等值电阻和电抗,受其他条件的影响,上面简单的方法可能无法准确测试出具体的电阻和电抗值。咨询厂家,厂家认可电流大小,同时提供了励磁电抗与励磁电阻的参考比值K为1200,实际上真正对分析有作用的还是K值,则:Xm=1000.067×3502=182.8MΩRm=182.81200=0.15MΩ可见,相对于折算后的二次负载及励磁阻抗,绕组的漏抗是很小的,分析时可忽略。3.3.3SJ1接通时的计算在SJ1未合上之前,i2=0,i1=i0,等效电路图如图4所示。SJ1接通瞬间,由于电感电流不能突变,维持在断开前的状态,随后,电路进入暂态的过渡过程,最终i2达到正常的稳定值0.36A。对于电流i2,有:Ldidt+iR=Umsinωt(1)这是一个简单的一阶电路,由拉普拉斯变换,可得:(SL+R)I(S)=UmS2+ω2(2)I(S)=Um(S2+ω2)(SL+R)(3)对式(3)进行展开,得到:I(S)=UmAS+B(S2+ω2)+C(SL+R)!"(4)由拉普拉斯反变换,得到电流i的表达式为:i(t)=Acosωt+Bsinωt+Ce(-t蛐τ)=Nsin(ωt+φ0)+Ce(-t蛐τ)(5)理论的常数求解比较麻烦,可根据现场实测结果确定。第一项为过渡完成后新的稳态分量,为0.36A(在220V的绕组中),则N=0.51×220100=1.12(为了分析方便,折算到计量侧的二次电流不影响最终的分析结果),在t0时,i2=0,C=-1.12sin(t0+φ0);τ为回路中电感与电阻的比值,略去励磁感抗,τ即为电铃的电感与电阻比值,因XL=2πfL,L=0.047,τ=0.047蛐4.4=0.011,则i2的表达式为:i(t)=1.12sin(ωt+φ0)-1.12sin(t0+φ0)e(-t蛐0.011)可见,在过渡过程中,电流是一个呈指数规律的上升过程,电流关系始终满足于i1=i0+i2,一次绕组流通的电流始终不大于稳定后的电流,而且τ值小,按照衰减时间为3τ~4τ考虑,约为0.05s;而从磁路结构分析,因一次、二次绕组存在完整的
磁回路,可以认为一次电流产生的磁势始终有二次电流与之抵消,通过励磁阻抗的电流基本不变,不存在励磁冲击。所以,SJ1接通时的暂态过程不是PT损坏的主要原因。3.3.4SJ1断开时的计算由于SJ1需要接通5s,所以断开前电路已进入稳态。等效电路如图5所示。在断开的暂态过程中,通过一次绕组的电流是由初值i0+i2衰减为终值i0;而且,满足基尔霍夫电流定理,在SJ1断开的瞬间,流过励磁阻抗的电流会由i0强制跳变为i0+i2,这中间包含了一个冲击响应,流过励磁阻抗的电流也由i0+i2衰减为i0,其表达式与式(5)相同,但参数有区别。i(t)=Nsin(ωt+φ0)+Ce(-t蛐τ)N为稳态励磁电流幅值,SJ1在t0时刻断开,断开瞬间i=i0+i2,i2=1.12sin(ωt0+φ0),取厂家提供的数据,τ=1200蛐314=3.82,有:i(t)=0.095sin(ωt+φ0)+1.12sin(ωt0+φ0)e(-t蛐3.82)这样,流过励磁阻抗的电流就与断开的时刻t0有很大的关系。
φ0=π蛐2,此时的瞬间电流可达正常励磁电流的13倍;最极端的情况,ωt0+
而且衰减周期很长,可达到4τ=15.2s;从磁路关系分析,尽管流过绕组的电流没有超过正常值,但一次电流包含断开前二次电流的信息,由于需强制流过励磁阻抗,这个二次电流的初值只能通过励磁电阻消除,类似于变压器空载合闸的情况。因SJ1已断开,一次电流在铁心中产生的磁势没有二次电流来抵消,全部作为励磁电流,且持续的时间长。按照现场设置,SJ1每天要开闭24次,且是一种经常状态。所以,SJ1断开时的过渡过程是PT损坏的主要原因。3.3.5需考虑两个附加因素(1)当励磁电流达到正常值的13倍时,已经过了PT励磁曲线的拐点,这时铁心已深度饱和,励磁曲线变得平缓,反映出的阻抗值比饱和前小,综合考虑,虽然衰减时间常数τ会减小,但一次绕组流过的励磁电流值可能会远远大于13倍正常值,这是一个恶性循环。(2)铁心对过励磁冲击有记忆效应,SJ1即使在最恶劣的情况下断开,一次冲击造成PT损害的可能性不大。但频繁、长时间的过励磁冲击对PT铁心励磁特性的伤害作用会累积,最终达到损坏的临界点。对一只尚未损坏PT的现场误差测试结果,如表1所示。由表1可见,PT的运行特性已经明显恶化,这同时也说明了PT为什么投运半年后才损坏。
4改造方法的验证
确定了故障原因后,笔者从2007年下半年开始对新装PT进行了改造,主要措施是拆除电铃,使用终端远方告警;或者使用功率小于5VA的电笛代替电铃。
至今运行已经超过半年,没有发生PT损坏事故,证明笔者的理论分析及改造措施是正确的。
5结束语
随着制造工艺的进步,现在PT的励磁电流在逐步减小,这对降低PT的空载误差无疑是有好处的,但不利于二次负载频繁变化的情况。因为二次负载的变化等于改变了PT的运行结构,PT必须经历暂态的过渡过程,励磁电流小的铁心不但会降低PT对过渡产生冲击的承受能力,而且会延长冲击持续的时间;同时,这种冲击是由PT的结构及励磁阻抗的参数决定的,它产生的机理不同于铁磁谐振,很难用常规的消谐方法来消除。所以,PT在运行时应尽量避免出现此类情况,以保证其安全稳定运行。
电压互感器辅助绕组极性接反的处理
电压互感器辅助绕组极性接反的处理
《农村电i}2oo7年第7期
积圃瑶鳊圈固
栏目主持张敬安
10kV配电变压器
(46380{})河南省上蔡县电业局朱学玲李秀梅周亚 随着农村电网改造工程的全面竣工,S厂M,S--一 M系列三相全密封式10kV配电变压器已经在10kV 配电网络中得到了广泛应用.对于有着丰富叠铁心10 kV配电变压器维修经验的基层修试技术人员来说,S 或S一M系列变压器在检修工艺上,与老型号的64 系列及73系列配电变压器并无本质的不同.基本程序 仍为:拆下上铁轭,绕制绕组,套装绕组,重叠上铁轭 等.但是,有一种全新铁心制造工艺10kV配电变压 器,是广大基层电力修试人员所未遇见的,这就是: S.一MR,S一MR系列三相全密封卷铁心式10kV配 电变压器.
普通叠铁12,变压器与MR型卷铁t2,变压器在工作 原理上是一致的,不同之处在于铁心的制造工艺.叠铁 心变压器的铁心普遍采用全斜接工艺叠制而成.首先 将整张硅钢板裁剪成宽窄不同的硅钢带,然后将硅钢 带冲剪成合适的硅钢片,最后在专用工作台上叠制固 定而成.卷铁t2,变压器的铁心,则是按设计将硅钢板裁 剪成宽窄不同的硅钢带后,直接在专用绕片机上绕制 成合格的铁t2,.这样绕成的铁t2,,其上下铁轭与三相心 柱成为了一个整体,并无拆卸的可能.那么,三相绕组 是如何制作的呢?我们知道,普通叠铁t2,变压器的绕组
是在绕线机上绕成后,套装在已去掉上铁轭的铁t2,三 相心柱上的;而卷铁t2,变压器在制作绕组时,是直接将 0々?々?00
电压互感器辅助绕组
铁t2,横向固定在专用绕线设备上,心柱两端安装上特 制的绕线齿轮,绕线齿轮由电动机带动围绕心柱转动, 从而将低,高压绕组一次制作完成.
以上2种变压器由于存在不同铁t2,制造工艺,因 此其实际运行性能主要有以下2点差异.(1)卷铁t2,变 压器铁t2,采用一体化设计,铁轭与心柱实现了无缝连 接,不存在气隙磁密,磁阻更小,铁t2,损耗降低很多,空 载电流相应也有大幅下降.根据笔者在试验室所做的 数据分析:卷铁心变压器空载电流比同等级,同容量叠 铁心变压器空载电流下降约12%-25%.特别值得一提 的是,叠铁心变压器无论是在组装还是在维修过程中 由于存在人为因素,均不可避免地影响到铁心与心柱 的结合,即拆卸铁轭一次,变压器性能劣化一次.(2)卷 铁心变压器铁心不但是一个整体,而且进一步进行了 回火及浸漆处理,铁心片间,极间结合极其紧密牢固, 因此卷铁心变压器在实际运行中的振动和噪音极小. 不可否认的是,由于卷铁心变压器铁心构造的特 殊性,带来了一个先天不足之处:变压器一旦损坏只能 返厂维修,基层电力设备维修企业依靠自己的技术和 设备是无法完成的.这也正是阻碍卷铁心变压器大面 积推广的原因所在.但在大力提倡节约能源的今天,已 有业内专家将该型变压器与非晶合金铁心变压器一 起,作为课题提到了研究日程上来.2007—04—17收稿 0—一々?
懿昭蕊越国貔踏
(73()(1(1())甘肃省兰州市农电公司高峰
我公司苦水变电所10kV母线JSJW一10型电压 互感器烧坏后,更换了一组新购的同型号电压互感器. 由于急于抢修供电,对电压互感器只做了简单的工频 耐压及计量方面的比差,角差试验,没有做极性试验, 投入运行后发生单相接地保护动作.此时仪表盘电压 指示正常.起初我们以为是没有带负荷,线路对地电容 不平衡造成的,但带上负荷后接地现象仍未消失.这时 进行了分析,也没有发现异常.于是我
们又从互感器原理入手分析.苦水变电
所安装的JSJW一10型电压互感器一
次绕组接线方式为Y.,二次侧计量绕
组的接线方式也为Y.,而辅助绕组则
为开口三角形接线方式.从三相五柱式
电压互感器的开口三角形处,可取得3
倍的零序电压分量.正常情况下,由于
三相绕组中的零序电压是同相的,而开口三角形系由 3个相同绕组的首尾串接而成,所以开口三角形处的 电压等于3倍的零序电压.正序和负序电压三相之和 恒等于零,三角形开口处不会出现正序或负序电压分 量.当辅助开口三角形绕组一相极性接反(如W相绕 组极性接反),三相矢量和就不等于零,即约等于66.7 V
测量辅助绕组开口三角形两端有60V左右的电压.为根据分析结果,决定对电压互
感器进行吊心检查.
此,对二次接线和互感器接线进行详细检查,但未发现当对各绕组的极性逐个进行
试验,发现辅助绕组W相
异常,最后判断可能是互感器内部问题.绕组极性接反,将其焊点焊开后重新连接
焊牢,进行带
我们对互感器试验数据和现场二次线路检查记录电实验,异常现象消失.2007,
04-02收稿
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电流互感器电压互感器的选择
(1)电流互感器一次电流选择:
测量表计回路的电流选择。测量表计回路用的电流互感器选择应考虑以下因素:连接测量仪表用的电流互感器的额定一次电流,应使正常负荷下仪表指示在刻度标尺的三分之二,并应考虑过负荷运行时能有适当的指示。因此,电流互感器的一次电流可选择为I1>=1.25Ie,(其中I1为电流互感器一次电流;Ie为发电机和变压器的额定电流,对线路应取最大负荷电流)。对于直接启动电动机的测量仪表用电流互感器应选用I1>1.5Ie。
(2)电流互感器二次电流选择:一般为5A,但为了增加电流互感器二次允许负荷,减小连接电缆的导线截面及提高准确等级,应尽可能选用二次额定电流为1A的电流互感器。
(3)电压互感器一次电压选择:一次电压等级有0.5、3、6、10、15、18、20、35、60、110、220、330、500KV。上述电压等级是指电压互感器一次绕组接于电网的线电压。若电压互感器接于电网的相电压上,其一次绕组的额定电压为Uxe=Ux_xe/3。(其中Uxe为额定一次相电压,Ux_xe为额定一次线电压);所选择的电压互感器应符合下列条件,即1.1Ux_xe>Ue>0.9 Ux_xe或1.1Uxe>U1e>0.9 Uxe; (4)电压互感器二次电压选择:
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