風電場電氣工程 第3章 風電場主要一次設備3(導體、電抗器和電容器、互感器)

1、風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備關注的問題關注的問題各種載流導體的作用是什么？其特征又是什么？各種載流導體的作用是什么？其特征又是什么？電抗器和電容器電抗器和電容器電壓互感器和電流互感器的基本知識電壓互感器和電流互感器的基本知識教學目標教學目標基本掌握風電場中母線和輸電線路、電抗器和電容器、電基本掌握風電場中母線和輸電線路、電抗器和電容器、電壓互感器和電流互感器的結構和工作原理壓互感器和電流互感器的結構和工作原理對風電場上述電氣設備的功能、結構、外觀等有具體認知對風電場上述電氣設備的功能、結構、外觀等有具體認知風電場電氣系統(tǒng)風電場電

2、氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.4 載流導體載流導體 風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.4.1導體的材料導體的材料 導體通常由導體通常由銅、鋁、鋁合金或鋼材料銅、鋁、鋁合金或鋼材料制成。多數(shù)制成。多數(shù)載流導體一載流導體一般使用鋁或鋁合金材料般使用鋁或鋁合金材料 純鋁純鋁的成型導體一般為的成型導體一般為矩形、槽形和管形矩形、槽形和管形。強度稍低，當。強度稍低，當110kV及以上配電裝置敝露布置時不宜采用。及以上配電裝置敝露布置時不宜采用。 鋁合金鋁合金導體有導體有鋁錳合金和鋁鎂合金鋁錳合金和鋁鎂合金兩種，均為兩種，均為管形管形。鋁錳合。鋁錳合

3、金導體載流量大，但強度較差。鋁鎂合金導體機械強度大，金導體載流量大，但強度較差。鋁鎂合金導體機械強度大，但載流量小，主要缺點是焊接困難，因此使用受到限制。但載流量小，主要缺點是焊接困難，因此使用受到限制。 銅導體銅導體一般在下列情況下才使用：一般在下列情況下才使用： 位于化工廠附近的屋外配電裝置，化工廠排出的大量腐蝕位于化工廠附近的屋外配電裝置，化工廠排出的大量腐蝕性氣體對鋁制材料有不良影響；性氣體對鋁制材料有不良影響； 發(fā)電機出線端子處位置特別狹窄，鋁排截面太大穿過套管發(fā)電機出線端子處位置特別狹窄，鋁排截面太大穿過套管有困難時；有困難時； 持續(xù)工作電流在持續(xù)工作電流在4000A以上的矩形導體

4、，由于安裝有要求以上的矩形導體，由于安裝有要求且采用其他型式的導體有困難時。且采用其他型式的導體有困難時。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.4.1導體的材料導體的材料 風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.4.2導體的形狀導體的形狀風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.4.2導體的形狀導體的形狀 矩形導體矩形導體 單片矩形導體具有單片矩形導體具有集膚效應系數(shù)小、散熱條件好、安裝簡單、集膚效應系數(shù)小、散熱條件好、安裝簡單、連接方便連接方便等優(yōu)點。一般適用于等優(yōu)點。一般適用于工作電流工作電流I2

5、000A的回路中。的回路中。 載流量不是隨導體片數(shù)增加而成倍增加的載流量不是隨導體片數(shù)增加而成倍增加的，尤其是每相超過，尤其是每相超過三片以上時，導體的集膚效應系數(shù)顯著增大。三片以上時，導體的集膚效應系數(shù)顯著增大。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.4.2導體的形狀導體的形狀 槽形導體槽形導體 槽形導體的槽形導體的電流分布比較均勻電流分布比較均勻，與同截面的矩形導體相比，與同截面的矩形導體相比，其優(yōu)點是其優(yōu)點是散熱條件好、機械強度高、安裝也比較方便散熱條件好、機械強度高、安裝也比較方便。 在回路持續(xù)工作電流為在回路持續(xù)工作電流為40008000A時，一般可選

6、用雙槽形時，一般可選用雙槽形導體導體 管形導體管形導體 管形導體是管形導體是空心導體空心導體，集膚效應系數(shù)集膚效應系數(shù)小，且有利于提高電暈小，且有利于提高電暈的起始電壓。戶外配電裝置使用管形導體，具有的起始電壓。戶外配電裝置使用管形導體，具有占地面積小、占地面積小、構架簡單、布置清晰構架簡單、布置清晰等優(yōu)點。但導體與設備端子連接比較復等優(yōu)點。但導體與設備端子連接比較復雜，用于戶外時易產生微風振動。雜，用于戶外時易產生微風振動。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.4.2導體的形狀導體的形狀 （2）軟導體）軟導體 常見的軟導體為常見的軟導體為鋼芯鋁絞線鋼芯鋁絞線

7、，由，由鋼芯承受主要機械負荷鋼芯承受主要機械負荷，鋁鋁作為主要載流部分作為主要載流部分。 軟導線應根據軟導線應根據環(huán)境條件環(huán)境條件（環(huán)境溫度、日照、風速、污穢、海（環(huán)境溫度、日照、風速、污穢、海拔高度）和拔高度）和回路負荷電流、電暈、無線電干擾回路負荷電流、電暈、無線電干擾等條件，確定等條件，確定導線的截面和導線的結構型式導線的截面和導線的結構型式。 當負荷電流較大時，應根據負荷電流選擇較大截面的導線。當負荷電流較大時，應根據負荷電流選擇較大截面的導線。當電壓較高時，為保持導線表面的電場強度，導線最小截面當電壓較高時，為保持導線表面的電場強度，導線最小截面必須滿足電暈的要求，可增加導線外徑或增

8、加每相導線的根必須滿足電暈的要求，可增加導線外徑或增加每相導線的根數(shù)。數(shù)。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.4.3導體的功能導體的功能 風電場和變電站中的常見導體有風電場和變電站中的常見導體有母線、連接導體、跳線和輸母線、連接導體、跳線和輸電線路電線路，輸電線路又可分為，輸電線路又可分為架空線和電纜線路架空線和電纜線路。 （1）母線）母線 母線是將電氣裝置中各截流分支回路連接接在一起的導體。母線是將電氣裝置中各截流分支回路連接接在一起的導體。它是它是匯集和分配電能的載體匯集和分配電能的載體，又稱，又稱匯流母線匯流母線。風電場中風電場中35kV母線（軟導線）

9、母線（軟導線）風電場中風電場中220kV母線（硬導線）母線（硬導線）風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.4.3導體的功能導體的功能 （2）連接導體）連接導體 連接導體連接導體是將發(fā)電廠和變電站內部電氣設備進行連接的導體。是將發(fā)電廠和變電站內部電氣設備進行連接的導體。跳線其實也是連接導體，不過為了跨越某一設備或建筑物，跳線其實也是連接導體，不過為了跨越某一設備或建筑物，需要提升高度，所以稱為需要提升高度，所以稱為跳線跳線。 （3）架空線）架空線 架空線是通過鐵塔、水泥桿塔架設在空氣中的導線，一般為架空線是通過鐵塔、水泥桿塔架設在空氣中的導線，一般為裸導線裸導線

10、。由。由導線、避雷線、桿塔、絕緣子和金具導線、避雷線、桿塔、絕緣子和金具等組成等組成風電場升壓站內的出線風電場升壓站內的出線架構及站外架構及站外220kV架空架空線路線路風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.4.3導體的功能導體的功能 （4）電纜）電纜 電纜通常是由電纜通常是由幾根或幾組導線（每組至少兩根）絞合而成幾根或幾組導線（每組至少兩根）絞合而成的的類似繩索的電纜。類似繩索的電纜。 電纜有電力電纜、控制電纜、補償電纜、屏蔽電纜、高溫電電纜有電力電纜、控制電纜、補償電纜、屏蔽電纜、高溫電纜、計算機電纜、信號電纜、同軸電纜、耐火電纜等等。纜、計算機電纜、信號

11、電纜、同軸電纜、耐火電纜等等。 都是由多股導線組成，用來都是由多股導線組成，用來連接電路、電器連接電路、電器等。等。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.5 電抗器和電容器電抗器和電容器 3.5.1電抗器電抗器 3.5.1.1電抗器的作用電抗器的作用 電抗器在電路中是電抗器在電路中是用于限流、穩(wěn)流、無功補償及移相用于限流、穩(wěn)流、無功補償及移相等功能等功能的一種的一種電感元件電感元件。 電力系統(tǒng)中，電抗器的作用主要是兩個：電力系統(tǒng)中，電抗器的作用主要是兩個： 1、限流（或串聯(lián)）電抗器限流（或串聯(lián)）電抗器，用于限制系統(tǒng)的短路電流，并能，用于限制系統(tǒng)的短路電流，并能使

12、母線電壓維持在一定水平；使母線電壓維持在一定水平； 2、補償（或并聯(lián)）電抗器補償（或并聯(lián)）電抗器，用于補償系統(tǒng)的電容電流，防止，用于補償系統(tǒng)的電容電流，防止線路端電壓的升高。從而使線路的傳輸能力和輸電線的效率線路端電壓的升高。從而使線路的傳輸能力和輸電線的效率都能提高，并使系統(tǒng)的內部過電壓有所降低。都能提高，并使系統(tǒng)的內部過電壓有所降低。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.5.1.2電抗器的分類電抗器的分類 電抗器電抗器按結構按結構可分為三大類：可分為三大類：空芯電抗器、帶氣隙的鐵芯電空芯電抗器、帶氣隙的鐵芯電抗器和鐵芯電抗器抗器和鐵芯電抗器。 （1）空芯電

13、抗器）空芯電抗器 只有繞組而無鐵芯，實際上是一個只有繞組而無鐵芯，實際上是一個空芯的電感線圈空芯的電感線圈。磁路磁。磁路磁導小，電感值也小，且不存在磁飽和現(xiàn)象導小，電感值也小，且不存在磁飽和現(xiàn)象 （2）帶氣隙的鐵芯電抗器）帶氣隙的鐵芯電抗器 其磁路是一個其磁路是一個帶氣隙的鐵芯帶氣隙的鐵芯。導磁性能較好，所以電抗值比。導磁性能較好，所以電抗值比空芯電抗器大，但電流達到一定數(shù)值后，鐵芯飽和，電抗值空芯電抗器大，但電流達到一定數(shù)值后，鐵芯飽和，電抗值逐漸減小逐漸減小 （3）鐵芯電抗器）鐵芯電抗器 其磁路為一其磁路為一閉合鐵芯閉合鐵芯。由于鐵芯具有高的磁導率，電抗器的。由于鐵芯具有高的磁導率，電抗器

14、的電抗值很大，在容量相同時，其體積最小電抗值很大，在容量相同時，其體積最小風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.5.1.2電抗器的分類電抗器的分類 電抗器按電抗器按絕緣方式絕緣方式可分為可分為油浸式電抗器和干式電抗器油浸式電抗器和干式電抗器。 （1）油浸式電抗器）油浸式電抗器 油浸式電抗器是一個油浸式電抗器是一個帶間隙鐵芯帶間隙鐵芯的線性電感線圈。它的鐵芯的線性電感線圈。它的鐵芯和線圈浸泡在盛有變壓器油的油箱中，采用和線圈浸泡在盛有變壓器油的油箱中，采用油浸自冷油浸自冷的冷卻的冷卻方式方式 （2）干式電抗器）干式電抗器 干式電抗器多采用干式電抗器多采用空芯結構

15、空芯結構，是一個不帶鐵芯的線性電感線，是一個不帶鐵芯的線性電感線圈，采用圈，采用空氣自冷式空氣自冷式的冷卻方式的冷卻方式風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.5.1.2電抗器的分類電抗器的分類 限流電抗器限流電抗器有有普通電抗器和分裂電抗器普通電抗器和分裂電抗器兩種。兩種。帶有中間抽頭帶有中間抽頭的混凝土電抗器稱為的混凝土電抗器稱為分裂電抗器分裂電抗器。 并聯(lián)電抗器按并聯(lián)電抗器按鐵芯結構鐵芯結構可分為兩種，即可分為兩種，即殼式電抗器和芯式電殼式電抗器和芯式電抗器抗器。 殼式電抗器殼式電抗器線圈中的主磁通是空芯的，不放置導磁介質，線圈中的主磁通是空芯的，不放置導

16、磁介質，也就是線圈內無鐵芯，在線圈外部裝有用硅鋼片疊成的框架也就是線圈內無鐵芯，在線圈外部裝有用硅鋼片疊成的框架以引導主磁通。以引導主磁通。 芯式電抗器芯式電抗器具有帶多個氣隙的鐵芯，外套線圈。主要缺點具有帶多個氣隙的鐵芯，外套線圈。主要缺點是加工復雜，技術要求高，振動和噪聲較大。是加工復雜，技術要求高，振動和噪聲較大。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.5.2電容器電容器 3.5.2.1并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器 并聯(lián)電容器是一種并聯(lián)電容器是一種無功補償設備無功補償設備，也稱，也稱移相電容器移相電容器。 變電所通常采取變電所通常采取高壓集中的方式高壓集中的方式，

17、將補償電容器接在，將補償電容器接在變電所變電所的低壓母線上的低壓母線上，補償變電所低壓母線電源側所有線路及變電，補償變電所低壓母線電源側所有線路及變電所變壓器上的所變壓器上的無功功率無功功率，使用中往往與有載調壓變壓器配合，使用中往往與有載調壓變壓器配合，以以提高電力系統(tǒng)的電能質量提高電力系統(tǒng)的電能質量。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.5.2.1并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器 并聯(lián)電容器的結構可分為并聯(lián)電容器的結構可分為箱式和集合式箱式和集合式兩種。兩種。 箱式電容器箱式電容器，主要由油箱、膨脹器、器身、芯子（電容元件），主要由油箱、膨脹器、器身、芯子（電容元件）

18、組成組成 集合式并聯(lián)電容器集合式并聯(lián)電容器，也稱為密集型并聯(lián)電容器，有單相和三，也稱為密集型并聯(lián)電容器，有單相和三相兩種。集合式電容器的結構可分為器身、油枕、油箱、出相兩種。集合式電容器的結構可分為器身、油枕、油箱、出線套管等部分。線套管等部分。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.5.2.1并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器 10kV高壓并聯(lián)電容器裝置高壓并聯(lián)電容器裝置由斷路器、隔離開關、電流互感器、由斷路器、隔離開關、電流互感器、繼電保護裝置、測量和指示儀表、串聯(lián)電抗器、放電線圈、繼電保護裝置、測量和指示儀表、串聯(lián)電抗器、放電線圈、氧化鋅避雷器、接地隔離開關、單臺電容器

19、保護用熔斷器、氧化鋅避雷器、接地隔離開關、單臺電容器保護用熔斷器、并聯(lián)電容器及連接母線和鋼構架等組成。并聯(lián)電容器及連接母線和鋼構架等組成。 其其布置方式布置方式有圍欄式、柜式和集合式（按安放地點可分為戶有圍欄式、柜式和集合式（按安放地點可分為戶內式、半戶內式、戶外式）內式、半戶內式、戶外式）風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.5.2.2電容器放電裝置電容器放電裝置 為防止帶電荷合閘及防止人身觸電傷亡事故，電容器組必須為防止帶電荷合閘及防止人身觸電傷亡事故，電容器組必須加裝加裝放電裝置放電裝置。 放電裝置的放電裝置的放電特性應滿足下列要求放電特性應滿足下列要求

20、： 手動投切手動投切的電容器組的放電裝置，應能的電容器組的放電裝置，應能使電容器組三相及中使電容器組三相及中性點的剩余電壓在性點的剩余電壓在5min內自額定電壓（峰值）降至內自額定電壓（峰值）降至50V以下以下； 自動投切自動投切的電容器組的放電裝置，應能的電容器組的放電裝置，應能使電容器組三相及中使電容器組三相及中性點的剩余電壓在性點的剩余電壓在5s內自電容器組額定電壓（峰值）降至內自電容器組額定電壓（峰值）降至0.1倍電容器組額定電壓及以下倍電容器組額定電壓及以下。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.5.2.3耦合電容器耦合電容器 耦合電容器耦合電容器對

21、對50Hz的工頻的工頻所呈現(xiàn)的阻抗，要比對高頻所呈現(xiàn)所呈現(xiàn)的阻抗，要比對高頻所呈現(xiàn)的阻抗值大的阻抗值大6001000倍，基本上倍，基本上相當于開路相當于開路，而，而對于高頻對于高頻信號來說，則相當于短路信號來說，則相當于短路。所以耦合電容器可作為載波高頻。所以耦合電容器可作為載波高頻信號的通路，并可隔開工頻高壓電流。信號的通路，并可隔開工頻高壓電流。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.6 互感器互感器 3.6.1互感器簡介互感器簡介 在風電場和電力系統(tǒng)運行過程中，需要監(jiān)視其運行狀態(tài)。對在風電場和電力系統(tǒng)運行過程中，需要監(jiān)視其運行狀態(tài)。對電氣一次系統(tǒng)運行狀態(tài)的最

22、直接反映就是電氣一次系統(tǒng)運行狀態(tài)的最直接反映就是電流和電壓電流和電壓。 互感器正是起互感器正是起電壓和電流變換作用電壓和電流變換作用的傳感器。它的傳感器。它將一次系統(tǒng)將一次系統(tǒng)的高電壓、大電流按照比例變成標準的低電壓和小電流提供的高電壓、大電流按照比例變成標準的低電壓和小電流提供給二次系統(tǒng)中的測量設備和繼電保護裝置給二次系統(tǒng)中的測量設備和繼電保護裝置使用。這樣二次系使用。這樣二次系統(tǒng)可以采用功耗小、精度高的標準化、小型化的元件和設備。統(tǒng)可以采用功耗小、精度高的標準化、小型化的元件和設備。 互感器分為互感器分為電流互感器（電流互感器（CT）和電壓互感器（）和電壓互感器（PT）。 電流互感器串接于

23、一次系統(tǒng)的電路中，將電流互感器串接于一次系統(tǒng)的電路中，將大電流變?yōu)樾‰娏鞔箅娏髯優(yōu)樾‰娏?；而電壓互感器并接于一次系統(tǒng)的電路中，將而電壓互感器并接于一次系統(tǒng)的電路中，將高電壓變換為低高電壓變換為低電壓電壓。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.6.2 電流互感器（電流互感器（CT）3.6.2.1CT的結構的結構（1）CT的原理性結構的原理性結構 電流互感器的基本組成，包括電流互感器的基本組成，包括鐵心、一次繞組、二次繞組鐵心、一次繞組、二次繞組由于是大電流變小電流，一次繞組的匝數(shù)很少由于是大電流變小電流，一次繞組的匝數(shù)很少導體的截面形狀可以制成導體的截面形狀可以制

24、成圓形、管形、槽型圓形、管形、槽型。電流互感器二次側采用圓截面的銅漆包線，纏繞于鐵心之上。電流互感器二次側采用圓截面的銅漆包線，纏繞于鐵心之上。1231 一次繞組2 鐵心3 二次繞組風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.6.2.1CT的結構的結構 電流互感器的鐵心電流互感器的鐵心一般要裝設多個以適應測量和繼電保護的一般要裝設多個以適應測量和繼電保護的不同需求。不同需求。 鐵心可由鐵心可由條狀熱軋電工鋼片疊積為矩形條狀熱軋電工鋼片疊積為矩形（疊積式鐵心）、或（疊積式鐵心）、或采用帶狀電工鋼片卷制成圓形、矩形或扁圓形采用帶狀電工鋼片卷制成圓形、矩形或扁圓形（卷鐵心

25、），（卷鐵心），或或在卷鐵心的基礎上按要求切成兩瓣或多瓣形成開口鐵心在卷鐵心的基礎上按要求切成兩瓣或多瓣形成開口鐵心。疊積式鐵心卷鐵心（圓形）卷鐵心（矩形）卷鐵心（扁圓形）風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.6.2.1CT的結構的結構 對于對于110kV及以上及以上的電流互感器，其的電流互感器，其一次繞組分為兩段或四一次繞組分為兩段或四段段，以實現(xiàn)電流互感器變比的調整。，以實現(xiàn)電流互感器變比的調整。 圖中電流互感器的一次繞組分為兩段，第一組的起、末端標圖中電流互感器的一次繞組分為兩段，第一組的起、末端標為為P1、C2，第二組的起、末端標為，第二組的起、末端標

26、為C1、P2。 當當C1端和端和C2端相連時，一次繞組的兩組串聯(lián)連接；端相連時，一次繞組的兩組串聯(lián)連接； 當當C1端與端與P1端相連，端相連，C2端與端與P2端相連時一次繞組的兩組并端相連時一次繞組的兩組并聯(lián)連接。聯(lián)連接。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.6.2.1CT的結構的結構電流互感器二次繞組的標記方法：電流互感器二次繞組的標記方法：P2S1S2P1當當二次繞組抽頭較多時二次繞組抽頭較多時，二次端，二次端子依次標記為：子依次標記為：S1、S2、S3、P2S1S3P1S2當當有多個二次繞組時有多個二次繞組時，各繞組的，各繞組的出頭相應標記為：出頭相應標記

27、為：1S1、1S2、2S1、2S2、3S1、3S2、P21S12S2P11S22S1端子標志一經標定，就決定了電流互感器的極性。端子標志一經標定，就決定了電流互感器的極性。GB 12082006規(guī)定：所有標有規(guī)定：所有標有P1、S1和和C1的端子，在同一的端子，在同一瞬間具有同一極性（稱為同名端）。瞬間具有同一極性（稱為同名端）。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.6.2.1CT的結構的結構 所謂的所謂的減極性原則減極性原則是指，當互感器的一次繞組和二次繞組同是指，當互感器的一次繞組和二次繞組同時由同名端（極性側）注入電流時候，所產生的磁通在鐵心時由同名端（

28、極性側）注入電流時候，所產生的磁通在鐵心中相互疊加中相互疊加 當一次繞組的極性側輸入電流時，二次繞組的同名端會輸出當一次繞組的極性側輸入電流時，二次繞組的同名端會輸出電流電流風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.6.2.1CT的結構的結構（2）CT產品實例產品實例ABB某型某型110kV油浸式電流互感器油浸式電流互感器1-氣墊2-充油裝置3-絕緣填充物4-紙絕緣的一次導體5-鐵芯和二次繞組6-二次接線盒7-二次接線端8-膨脹容器9-油位監(jiān)視玻璃10-一次接線端子11-接地端子一次繞組一次繞組4為為U型結構，和外部接型結構，和外部接線端子線端子10相連接，一次繞組

29、由單股相連接，一次繞組由單股或多股鋁或銅材料構成，其外部包或多股鋁或銅材料構成，其外部包裹有絕緣紙。裹有絕緣紙。一次繞組裝設于磁套管和油箱內，油一次繞組裝設于磁套管和油箱內，油箱中還裝設有鐵心箱中還裝設有鐵心5和二次繞組。和二次繞組。二次繞組采用銅導體，纏繞于鐵心之二次繞組采用銅導體，纏繞于鐵心之上，其接線端子上，其接線端子7裝設于接線盒裝設于接線盒6中。中。在油箱的外部裝設有用于接地的端子在油箱的外部裝設有用于接地的端子11，一次繞組采用電容絕緣結構。，一次繞組采用電容絕緣結構。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.6.2.1 CT的結構的結構屋內澆鑄絕緣支柱

30、式電流互感器屋內澆鑄絕緣支柱式電流互感器12123456771-一次接線端子2-二次接線端子3-一次繞組4-鐵心5-二次繞組6-樹脂混合料7-銘牌當電流較小時，一次繞組用玻璃絲包線繞制；大電流時，用當電流較小時，一次繞組用玻璃絲包線繞制；大電流時，用銅帶或銅母線繞制。二次繞組用玻璃絲包線繞制；層間絕緣銅帶或銅母線繞制。二次繞組用玻璃絲包線繞制；層間絕緣用聚脂薄膜或膜紙復合絕緣紙。用聚脂薄膜或膜紙復合絕緣紙。如果是卷鐵心，二次繞組直接繞在鐵心上。如果是疊積式鐵如果是卷鐵心，二次繞組直接繞在鐵心上。如果是疊積式鐵心，則二次繞組繞制在酚醛紙筒或玻璃紙筒上，然后再裝配心，則二次繞組繞制在酚醛紙筒或玻璃

31、紙筒上，然后再裝配鐵心。鐵心。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.6.2.2 CT的工作原理的工作原理 電流互感器的工作原理類似于變壓器，電流互感器的額定電電流互感器的工作原理類似于變壓器，電流互感器的額定電流比流比Ki為其基本參數(shù)。為其基本參數(shù)。 式中式中I1N、I2N分別為分別為一、二次繞組的額定電流一、二次繞組的額定電流； N1、N2分別為分別為一、二次繞組的匝數(shù)一、二次繞組的匝數(shù)。 電流互感器的電流互感器的額定一次電流標準值額定一次電流標準值為：為：10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、75A，以及它們的十進位倍數(shù)或小數(shù)，以及它們

32、的十進位倍數(shù)或小數(shù)，有下標線的是優(yōu)先值。有下標線的是優(yōu)先值。 額定二次電流額定二次電流一般為一般為1A或或5A。1221NiNINKIN風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.6.2.2 CT的工作原理的工作原理風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.6.2.4 CT的誤差的誤差 由于互感器存在勵磁損耗，使由于互感器存在勵磁損耗，使I1、I2在數(shù)值和相位上均有差異，在數(shù)值和相位上均有差異，即測量結果有即測量結果有誤差誤差。這種誤差通常用電。這種誤差通常用電流誤差流誤差fi和相位誤差和相位誤差i來表示。來表示。 電流誤差電流誤差fi定

33、義為定義為: 相位誤差相位誤差i通常很小，計入通常很小，計入 等，經分析可知：等，經分析可知：211100iiK IIfI21/iKNN01110111sin() 100(3 17)sincos() 3440(3 18)iiiI NfI NI NI N 風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.6.2.4 CT的誤差的誤差 根據電磁感應定律、磁動勢方程根據電磁感應定律、磁動勢方程 和二次側回路和二次側回路方程方程 等電磁關系，整理可得：等電磁關系，整理可得： 式中式中S,Lav分別為鐵心截面（分別為鐵心截面（m2）和磁路平均長度（）和磁路平均長度（m）；）； 鐵心

34、磁導率（鐵心磁導率（H/m）。）。 電流誤差和相角誤差常用于表示儀表用電流互感器的性能。電流誤差和相角誤差常用于表示儀表用電流互感器的性能。01av/I NL B22EI ZZ22L（+）22222222()sin() 100(3 19)222()cos() 3440(320)222LaviLaviZZLfN SZZLN S 風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.6.2.4 CT的誤差的誤差 對于對于保護用電流互感器保護用電流互感器，則常用，則常用復合誤差復合誤差來表示其誤差限值。來表示其誤差限值。 所謂的所謂的復合誤差復合誤差是指，當一次電流與二次電流的正符

35、號與端是指，當一次電流與二次電流的正符號與端子標志的相一致時，穩(wěn)態(tài)情況下，下列二者之差的方均根值：子標志的相一致時，穩(wěn)態(tài)情況下，下列二者之差的方均根值：一次電流的瞬時值，一次電流的瞬時值，二次電流的瞬時值乘以額定電流比。二次電流的瞬時值乘以額定電流比。即：即： 其中其中 Kn為額定電流比，為額定電流比， I1為一次電流的方均根值，為一次電流的方均根值， i1,i2分別為一次電流和二次電流的瞬時值，分別為一次電流和二次電流的瞬時值， T 為一個工頻周期的時間。為一個工頻周期的時間。cn011001%TK iidtIT221（- ），風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設

36、備 3.6.2.4 CT的誤差的誤差 當一次繞組過電流（如外部短路）時，由于鐵磁材料的當一次繞組過電流（如外部短路）時，由于鐵磁材料的非線非線性特性性特性，勵磁電流中，勵磁電流中高次諧波分量很大高次諧波分量很大，波形呈尖頂形波形呈尖頂形，與，與正弦波相去甚遠，即使一次電流是理想的正弦波，二次電流正弦波相去甚遠，即使一次電流是理想的正弦波，二次電流也不是正弦形也不是正弦形 非正弦波不能用相量圖進行分析，所以要采用復合誤差的概非正弦波不能用相量圖進行分析，所以要采用復合誤差的概念來分析。念來分析。0i2i1i風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.6.2.5 CT的

37、準確級和誤差限值的準確級和誤差限值 對于對于電流互感器的誤差電流互感器的誤差常用常用誤差限值誤差限值來描述，來描述，電流互感器測電流互感器測量的準確程度（即準確級）量的準確程度（即準確級）也以誤差限值來確定。測量儀表也以誤差限值來確定。測量儀表用的電流互感器的準確級有用的電流互感器的準確級有0.1, 0.2, 0.5, 1和和3，共，共5級級風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.6.2.5 CT的準確級和誤差限值的準確級和誤差限值對于對于穩(wěn)態(tài)保護用的電流互感器穩(wěn)態(tài)保護用的電流互感器，其準確級由，其準確級由復合誤差復合誤差來確定來確定風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)

38、風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.6.2.6 CT的額定容量的額定容量 電流互感器的電流互感器的額定容量額定容量 S2N，指的是電流互感器在額定二次電，指的是電流互感器在額定二次電流流I2N和額定二次阻抗和額定二次阻抗Z2N下運行時，二次繞組輸出的容量，即下運行時，二次繞組輸出的容量，即 因因電流互感器的誤差和二次負荷有關電流互感器的誤差和二次負荷有關，故同一臺電流互感器，故同一臺電流互感器使用在不同準確級時，會有不同的額定容量。使用在不同準確級時，會有不同的額定容量。2222NNNSIZ風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.6.2.7 CT的保安系數(shù)

39、的保安系數(shù) 電力系統(tǒng)中使用的電流互感器往往會有電力系統(tǒng)中使用的電流互感器往往會有很大的過電流流過其很大的過電流流過其一次繞組一次繞組。為避免互感器二次回路的儀器、儀表不致受到大。為避免互感器二次回路的儀器、儀表不致受到大電流的沖擊，希望測量用電流互感器在過電流情況下電流的沖擊，希望測量用電流互感器在過電流情況下二次電二次電流不再嚴格按比例增長流不再嚴格按比例增長. 儀表保安系數(shù)儀表保安系數(shù)(FS)是指儀表保安電流與額定一次電流的比值是指儀表保安電流與額定一次電流的比值 而所謂的而所謂的儀表保安電流儀表保安電流則是指測量用電流互感器在額定二次則是指測量用電流互感器在額定二次負荷下，其復合誤差不小

40、于負荷下，其復合誤差不小于10%的最小一次電流。的最小一次電流。 對對測量用電流互感器測量用電流互感器的儀表保安系數(shù)，是要求的儀表保安系數(shù)，是要求復合誤差超過復合誤差超過10%；對；對保護用電流互感器保護用電流互感器則是要求在規(guī)定的則是要求在規(guī)定的準確限值系數(shù)準確限值系數(shù)下復合誤差不超過規(guī)定值下復合誤差不超過規(guī)定值。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.6.2.8 CT的開路電壓的開路電壓 電流互感器的電流互感器的二次回路必須接有負荷或直接短路二次回路必須接有負荷或直接短路 如果如果二次開路二次開路，當一次繞組流過電流時則二次磁動勢不存，當一次繞組流過電流時則

41、二次磁動勢不存在，在，一次磁動勢全部用來勵磁一次磁動勢全部用來勵磁，勵磁磁勢為，勵磁磁勢為 鐵心中的磁密急劇增加達到飽和狀態(tài)，鐵心中的磁密急劇增加達到飽和狀態(tài)，磁通波形成為平頂波磁通波形成為平頂波。根據電磁感應定律根據電磁感應定律0111I NI N22deNdt 在一個周波內，當磁通由正變到在一個周波內，當磁通由正變到負或由負變到正時，二次感應電負或由負變到正時，二次感應電勢急劇上升；而在磁通飽和變化勢急劇上升；而在磁通飽和變化平緩期間，二次感應電勢很小。平緩期間，二次感應電勢很小。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.6.2.8 CT的開路電壓的開路電壓二次

42、開路會產生不良后果二次開路會產生不良后果：出現(xiàn)的高電壓將危及人身及設備安全；出現(xiàn)的高電壓將危及人身及設備安全；鐵心高度飽和將在鐵心中產生較大的剩磁；鐵心高度飽和將在鐵心中產生較大的剩磁；長時間作用可能造成鐵心過熱。長時間作用可能造成鐵心過熱。因此，因此，電流互感器在使用中必須與二次負荷可靠連接電流互感器在使用中必須與二次負荷可靠連接。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.6.2.8 CT的分類的分類 根據根據安裝地點安裝地點，電流互感器可分為，電流互感器可分為屋內式和屋外式屋內式和屋外式。 按照按照安裝方式安裝方式，電流互感器可分為，電流互感器可分為支持式、裝

43、入式和穿墻式支持式、裝入式和穿墻式等等。 按照按照絕緣方式絕緣方式，電流互感器可分為，電流互感器可分為干式、澆注式、油浸式，干式、澆注式、油浸式，氣體絕緣式氣體絕緣式等。等。 按按一次繞組的匝數(shù)一次繞組的匝數(shù)，電流互感器可分為，電流互感器可分為單匝式和多匝式單匝式和多匝式。 按按工作原理工作原理，電流互感器可分為，電流互感器可分為電磁式、電容式、光電式和電磁式、電容式、光電式和無線電式無線電式。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.6.2.8 CT的分類的分類 110kV及以上電壓等級及以上電壓等級的電流互感器常采用的電流互感器常采用屋外支持式電流屋外支持式電

44、流互感器互感器頂部的油箱表明其絕緣方式為油浸式。其左側為隔離開關、頂部的油箱表明其絕緣方式為油浸式。其左側為隔離開關、右側為斷路器，這也表明電流互感器串接入電路，將其布設于右側為斷路器，這也表明電流互感器串接入電路，將其布設于斷路器旁邊是為了測量和控制對象的統(tǒng)一。斷路器旁邊是為了測量和控制對象的統(tǒng)一。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.6.3 電壓互感器（電壓互感器（PT） 3.6.3 .1 PT的分類的分類 按照按照安裝地點安裝地點，電壓互感器可分為，電壓互感器可分為戶內式和戶外式戶內式和戶外式。 按照按照相數(shù)相數(shù)，電壓互感器可分為，電壓互感器可分為單相式

45、和三相式單相式和三相式。 按按每相繞組數(shù)目每相繞組數(shù)目，電壓互感器可分為，電壓互感器可分為雙繞組和三繞組式雙繞組和三繞組式。 按按絕緣方式絕緣方式，電壓互感器可分為，電壓互感器可分為干式、澆注式、油浸式、串干式、澆注式、油浸式、串級油浸式和電容式級油浸式和電容式等。等。 按按結構和工作原理結構和工作原理，電壓互感器可分為，電壓互感器可分為電磁式和電容式電磁式和電容式兩種。兩種。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.6.3 .1 PT的分類的分類電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器的剖面圖。的剖面圖。1 一次接線端子一次接線端子2

46、油面監(jiān)視玻璃油面監(jiān)視玻璃3 油油4 石英填充物石英填充物5 絕緣套管絕緣套管6 起重用吊耳起重用吊耳7 二次接線盒二次接線盒1 膨脹系統(tǒng)膨脹系統(tǒng)2 電容器元件電容器元件3 中間電壓套管中間電壓套管4 油位玻璃油位玻璃 5 補償電抗器補償電抗器6 鐵磁諧振的阻尼電路鐵磁諧振的阻尼電路7 一次和二次繞組一次和二次繞組8 一次接線端子一次接線端子9 氣墊氣墊10 鐵芯低壓接線端鐵芯低壓接線端11 接線盒接線盒12 鐵芯鐵芯風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.6.3.2 電磁式電磁式PT及誤差及誤差 電磁式電壓互感器和電磁式電流互感器一樣，電磁式電壓互感器和電磁式電

47、流互感器一樣，由于勵磁回路由于勵磁回路的存在的存在，電磁式電壓互感器也必然有誤差。，電磁式電壓互感器也必然有誤差。 其其電壓誤差電壓誤差 定義為：定義為： 其中，其中，額定電壓比額定電壓比u21u1100 (%)K UUfUu12/NNKUU風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.6.3.2 電磁式電磁式PT及誤差及誤差 電壓互感器也有相位誤差電壓互感器也有相位誤差u，當，當U2超前于超前于U1時時u為正，常為正，常以分以分()為單位。為單位。 當當u很小時，很小時，fu和和u可用可用空載電壓降在所選坐標軸上的投影空載電壓降在所選坐標軸上的投影表示，即表示，即

48、fu 和和 u 都由兩部分組成：都由兩部分組成：前為空載誤差，后為負載誤差前為空載誤差，后為負載誤差。0 10 12122212211sincos()cos()sin 100uI rI xIrrIxxfUU 0 1012122212211cossin()sin()cos 3440uI rI xIrrIxxUU風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.6.3.2電磁式電磁式PT及誤差及誤差 電磁式電壓互感器的準確級電磁式電壓互感器的準確級，是指在規(guī)定的一次電壓和二次，是指在規(guī)定的一次電壓和二次負荷變化范圍內，負荷功率因數(shù)為額定值時，電壓誤差的最負荷變化范圍內，負荷功

49、率因數(shù)為額定值時，電壓誤差的最大值。大值。 測量用電壓互感器測量用電壓互感器的準確級有的準確級有0.1、0.2、0.5、1、3級級風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.6.3.2電磁式電磁式PT及誤差及誤差保護用電壓互感器保護用電壓互感器的準確級為的準確級為3P和和6P風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.6.3.3 接地接地PT的剩余電壓繞組的額定電壓的剩余電壓繞組的額定電壓 在分析系統(tǒng)在分析系統(tǒng)單相接地情況下單相接地情況下接地電壓互感器的工作特性時，接地電壓互感器的工作特性時，一般都是對一般都是對中性點絕緣和中性點直接接地中性點絕緣和中性點直接接地兩種典型情況加以兩種典型情況加以討論。討論。 當中性點絕緣系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，當中性點絕緣系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，兩完好相的對地電兩完好相的對地電壓升高壓升高3倍倍，而且它們之間的，而且它們之間的相位差由相位差由2 2/3/3變?yōu)樽優(yōu)?3 /3 ，接，接于于故障相的電壓互感器的一次電壓為零故障相的電壓互感器的一次電壓為零，剩余電壓繞組電壓剩余電壓繞組電壓也為零也為零。完好相的電