《放电线圈讲稿》PPT课件.ppt

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1、放电线圈,系统集成部马红波2010.8,主要内容,一、放电线圈的相关定义二、放电线圈分类及型号三、放电线圈相关技术要求四、放电线圈接线方式五、放电线圈的原理及放电实验六、放电线圈和电压互感器,一、放电线圈的相关定义,放电线圈（discharge coils）当电容器从电源脱开后能将电容器端子上的电压在规定时间内降到规定值的带有绕组的器件。高压端子（high voltage terminal）与电容器并联连接构成泄放电容器剩余电荷的放电线圈的出线端子。,相关定义,一次绕组（primary winding）与高压端子相连的绕组。接地端子（earth terminal）使与放电线圈的线圈相绝缘的外壳

2、接地或使电位固定在外壳上而设置的端子。外壳端子（shell terminal）对一次绕组的一端与外壳同电位结构的放电线圈为使该端子连接到外部回路而在外壳上设置的端子。,相关定义,额定一次电压(U1n)rated primary voltage(U1n)放电线圈一次绕组端子间能连续承受的工频电压设计值的有效值。额定二次电压(U2n)rated secondary voltage(U2n)二次绕组端子间的工频电压设计值的有效值。额定二次负荷（rated secondry burden）在额定频率和额定二次电压下，二次端子间连接的每一相的负荷伏安数。,相关定义,最大配套电容器容量（maximum r

3、eactive power of capacitor coordination for a discharge coil）能满足电容器的剩余电压在规定时间内降至规定电压以下时电容器组的单相或三相容量上限值为最大配套电容器容量。由上、下限值所包含的容量为配套电容器容量范围。最高工作电压（maximum operation voltage）连续施加于放电线圈一次绕组端子间的不致使其寿命显著缩短的工频电压限值。,相关定义,最高工作电压（maximum operation voltage）连续施加于放电线圈一次绕组端子间的不致使其寿命显著缩短的工频电压限值。额定绝缘水平（rated insulatio

4、n level）放电线圈绝缘所能承受的耐压强度。额定输出（rated output）在额定二次电压下及接有额定二次负荷时，由放电线圈所供给的二次回路的视在功率值（在规定功率因数下以V A 表示）。,相关定义,电压误差(比值差)（voltage error(ratio error)）当有二次绕组时，放电线圈在测量电压时所出现的误差，它是由于实际电压比不等于额定电压比而产生的。准确级（accuracy class）当有二次绕组时放电线圈所指定的误差等级，即在规定使用条件下的误差应在规定的限值内。常用电压误差(比值差)的百分限值表示。,相关定义,额定频率（rated frequency）按相关规定对

5、放电线圈的要求所依据的规定频率值。一次绕组中间抽头（terminal in the middle of primary winding）供差动保护使用的放电线圈，每相具有两个独立磁路，一次绕组有三个高压端子，其中一个高压端子处于中间电位。这种结构称作有一次绕组中间抽头。,二、产品分类及型号,2.1 分类 放电线圈分为油浸式和干式两类。,干式户内型放电线圈,干式户内型放电线圈,户外油浸式放电线圈,端子标志,如上图，大写字母A、X表示一次绕组首末端接线端子，小写字母a、x表示对应的二次绕组首末端接线端子，大写字母A1表示两个绕组的公共端子。标有同一字母的大写和小写的端子，在同一瞬间具有同一极性。,

6、产品分类及型号,2.2 型 号 表 示 放电线圈型号表示方式如下：,型号,例1 额定一次电压为123kV的油浸铁芯式带有二次绕组的放电线圈，配套电容器容量范围为1.73Mvar，单相户外式。表示为：FDE12/3-3-1W。例2 当放电线圈一次绕组有中间抽头时，且高压端子A1、A2 间电压与A2、X 间电压之比为4：6，其余参数同例1。表示为：FDEC(4.8/3+7.2/3)-3-1W。额定一次电压按下图表示：,三、相关技术要求,3.1 使用条件 环境条件：安装位置：户外或户内。环境温度：户外-40+40，-25+45，-5+55。户内-5+40。海拔：不超过1000m。抗污秽能力：外绝缘的

7、爬电比距不小于25mm/kV（相对于系统最高电压）。对重污秽区应适当加大爬电比距。,环境条件,安装地点无腐蚀性气体、蒸汽，无导电性或爆炸性尘埃。安装场所无剧烈的机械振动。最大风速：35m/s。（相当于五级风）相对湿度：户内放电线圈，月平均相对湿度不超过90%，日平均相对湿度不超过95%。,使用条件,3.1.2 运行条件 稳态过电压。放电线圈的工频稳态过电压和相应允许施加时间应符合下表1 的规定。,运行条件,操作过电压及放电储存能量。用无重击穿开关正常操作电容器组，关合时可能发生第一个峰值不大于22 倍施加电压(有效值)，持续时间不大于1/2 周波的过渡过程；开断时可能受到1.372 倍施加电压

8、(有效值)的电容器储能放电的作用。工频加谐波过电压。如果放电线圈在不高于1.1U1n 下长期运行，则包括所有谐波分量在内的电压峰值应不超过1.22 U1n。储存、运输条件 周围空气温度符合环境温度要求。,3.2 额定值,3.2.1 额定频率：工频50Hz。3.2.2 相数：单相或三相。3.2.3 额定一次电压：星形接线的放电线圈，且其中性点与电容器组中性点相连接时其额定一次电压按下表2选取。当电容器组为三角形接线放电线圈为星形接线时，其额定一次电压取系统标称电压除以3 后的1.05 倍。三相放电线圈的额定一次电压为上述单相放电线圈额定一次电压的3 倍。,额定一次电压,额定值,3.2.4 额定二

9、次电压：100V或100/3 V3.2.5 额定放电容量及配套电容器容量范围 每一个放电线圈可以满足某一容量范围内的并联电容器的放电要求。单相放电线圈的额定放电容量见下表3。三相容量为单相容量的三倍。,额定输出及准确级,3.2.6 额定输出及准确级:50VA，0.5 级；100VA，1 级。当一次绕组有中间抽头时每一个二次绕组的额定输出和准确级也应分别满足上述要求。,3.3 性能,3.3.1 绝缘电阻 一次绕组对二次绕组 铁芯和外壳的绝缘电阻不小于1000(20时)。二次绕组对铁芯和外壳的绝缘电阻不小于 500(20时)。3.3.2 放电性能 在额定频率和额定电压下，放电线圈与对应表4 中规定

10、容量上限值的并联电容器相并接，当电容器断电以后其端子间的电压在5s 后，应由2U1n降至50V以下。放电线圈应能承受在1.582U1n电压下电容器储能放电的作用。,性能,3.2.3 准确级 在额定频率，0.91.3 倍额定电压和0%100%额定二次负荷(为0.8 滞后)下，0.5级或1 级的产品分别满足比值差不超过0.5%或 1%，相位差不超过20或 40。,性能,3.3.4 绝缘要求 a）安装在地面上的放电线圈的额定绝缘水平从下表4中选取。安装在绝缘台架上的放电线圈(无二次绕组或有二次绕组并带有对地隔离装置时)的额定绝缘水平不按表4选取。例如用于35kV 电容器组的11kV 和12kV 放电

11、线圈采用10kV 级的额定绝缘水平 放在绝缘台架上的一次绕组准备接壳的端子与外壳绝缘时它应能承受额定短时工频耐受电压3kV(有效值)。,绝缘要求,绝缘要求,b）放电线圈的绝缘耐受电压值见下表5。,温升,3.3.5 温升 在1.1 倍额定电压、额定频率和额定二次负荷(在0.81)的条件下试验时，油浸式放电线圈的绕组温升不应超过表6规定之值。干式放电线圈的绕组温升不应超过表7 规定之值，最热点温度不应超过表7 中的绝缘系统温度。,温升,性能,3.3.6 介质损耗因数 油浸式放电线圈的介质损耗因数值：35kV 产品应不大于3%(20时)；66kV 产品应不大于2%(20时)。3.3.7 机械强度 全

12、密封型和 66kV 非全密封放电线圈套管应能承受500N 的静载荷。3.3.8 短路承受能力 在额定电压下能承受二次短路电流在1s 时间内所产生的热和机械力的作用而无损伤。,局部放电,3.3.9 局部放电 局部放电的要求对全部电压等级的干式放电线圈均适用。并适用于20kV 及以上油浸式放电线圈。局部放电水平应不超过表8 所列的限值。预加电压及测量电压也列在同一表中。,声级水平,3.3.10 声级水平 在空载状态下，以额定频率、额定电压激励，放电线圈的声级水平应不超过44dB。测量声级时，油浸式放电线圈的规定轮廓线应距基准发射面0.3m；35kV级及以下电压等级的干式放电线圈的规定轮廓线应距基准

13、发射面1m，66kV级干式放电线圈的规定轮廓线应距基准发射面2m。,3.4 结构,3.4.1 放电线圈外露空气中金属部分应有良好的防腐蚀层并符合户外防腐电工产品的涂漆标准及相应技术文件的要求。3.4.2 油浸式放电线圈的密封性能应足以保证在最高运行温度下不出现渗漏。全密封油浸式放电线圈应保证在下限温度下不出现负压，而在最高运行温度下油箱内部压力不大于0.1MPa。3.4.3 户内干式放电线圈应具有良好的绝缘防潮性能，并符合相关标准的要求。,结构,3.4.4 安装在地面上的放电线圈两个高压端子之间、高压端子与外壳之间以及支柱绝缘子带电部分对地间的电气距离应符合表9 的要求。安装在台架上的放电线圈

14、的电气距离按相应电压等级考虑。,结构,3.4.5 620kV电压等级放电线圈外壳接地螺栓直径应不小于8mm；3566kV电压等级应不小于12mm。3.4.6 二次出线端子螺杆直径不得小于 8mm，并用铜或铜合金制成。3.4.7 产品结构部件应有足够的机械强度，并必须安装方便。3.4.8 放电线圈应有保证绝缘油与外界空气不直接接触，或完全隔离装置或其他防油老化措施。对35kV 及以上电压等级产品应装有上、下限油位指示装置(全密封型除外)。注油孔应有防止绝缘油受潮的措施。,结构,3.4.9 对 35kV 及以上电压等级产品，油箱下部应有取油样或放油用的阀门，且能放出最低处之油(全密封型除外)。3.

15、4.10 全密封型放电线圈在预期寿命期内不必更换部件。3.4.11 20kV 及以下放电线圈不装压力释放器，对35kV 及以上放电线圈是否装压力释放器由用户和制造厂协商。3.4.12 高压端子、二次端子、接地端子和铭牌等齐全，固定牢固。,四、放电线圈接线方式,4.1 放电线圈的接线方式 优先使用的放电线圈接线方式见下图10,接线方式,单相放电线圈的额定一次电压U1n选取原则：图1(a)中：U1n=UCN 图1(b)中：U1n=1.05 USN/3 图1(c)中：U1n=UC1N+UC2N,接线方式,接线方式,五、放电线圈的原理及放电实验,放电线圈是高压并联电容器装置的专用配套设备，与电容器组端

16、子直接联接，当电容器从电网断开后，使其存储的电荷自行泄放，在规定时间内将电容器剩余电压降到规定值以下，是电容器装置确保设备自身和维修人员安全的主要技术措施之一。因此，放电线圈必须具备以下两方面的基本性能要求：一是放电性能要求，即在配套电容器组容量范围内，满足电容器组的放电要求：放电起始至5 s内，将电容器的剩余电压自额定值下降到50 V以内。二是正常分闸操作时，应能承受最大放电电流冲击和最大储存能量的消耗。,放电线圈的原理,5.1 放电线圈放电过程 正常运行时，放电线圈工作在交流电压下（并接于电容器组两端子间）呈一很高的励磁阻抗。电容器组被断开后，实质上为一衰减直流放电过程，其放电等值电路如图

17、2，其中L为放电线圈的铁芯电感，在直流电压的作用下，铁芯很快饱和，铁芯电感迅速下降，电容器储能在R上消耗吸收。当电压衰减到较低时，由于放电电流亦随之减少，此时铁芯的饱和程度会减轻，其电感L开始回升。R为放电线圈的功耗等值电阻，主要是线圈的直流电阻，而放电线圈的直流电阻一般较大，如10 kV级产品多在2 k左右，35kV级为34 k。由于铁芯电感L在放电过程中是非线性的，可有几百到上千倍变化幅度。因此，在正常配套情况下，放电过程通常是一非周期的衰减过程，对于某些厂的产品，在放电后期，有可能出现振荡过程。当配套电容器组容量很小时，或是放电起始电压足够低时，放电过程也许出现衰减的振荡过程。,放电线圈

18、的原理,放电过程的分析表明：对于不同的放电线圈，相同的放电条件下（即同一容量电容器组并充有相同电压时），其放电电流峰值大小主要决定于放电线圈的等值电阻，而对于同一放电线圈，起始放电电压越高，则其放电电流峰值亦越大，在同样的起始放电电压下，电容器容量则是影响其放电时间长短的主要因素，电容量C越大，其放电时间则越长。,放电线圈的放电试验,5.2 放电线圈的放电试验放电试验要求的依据在我国，高压并联电容器安装运行仅限于666 kV电网，均为中性点非有效接地系统，并联电容器组所配用的放电线圈多为单相式，与并联电容器组直接并联。因此，其工作条件将直接与电容器组的工作条件及其接线方式相关连。就其放电性能言

19、，主要有：第一，高压并联电容器允许连续工作的工频稳态过电压为11倍额定电压。第二，电容器组正常分闸时，各相电容器上的操作过电压与开断顺序有关，每次开断时，哪一相首开是随机的，但开断后每相电容器上的电压则是基本确定的：首开相电容器上的电压为2Uc、第二相为0.372Uc、第三相为1372Uc(Uc为开断时电容器组的相电压）。显然，放电线圈在电容器退出运行后的放电过程将直接受制于各相电容器上剩余电压的状况，其中以第三相的条件为最恶劣。,放电试验,根据三相的放电条件，在标准中分别给出如下规定：（1）放电线圈的放电性能要求是以首开相的放电条件提出的，为了确定放电线圈的放电性能，并以此为鉴别其性能能否满

20、足运行要求，标准规定在最大配套电容器组容量时，充电达电容器组的额定电压峰值条件下，该放电线圈应能在放电5 s时，使其电压降至50 V以下。（2）放电线圈应能承受住以第三相的放电条件下的电流冲击和能量消耗，考虑到电容器组频繁操作的特点，其充电电压按第三相放电时的电容器电压1.372Uc，并同时考虑电容器允许连续运行的1.1倍稳态过电压，再加上5的裕度，即1.371.11.052Uc=1.582Uc,在这一放电条件下，放电线圈不应出现任何异常，在试验中，将以试验前后的空载电流结果对比来判断之。,放电试验,5.2.2 放电试验方法验证如前述，标准规定放电线圈的放电试验分两步进行，分别考核其放电承受能

21、力及放电性能。试验在同一试验接线下完成,放电试验接线如图3。,放电试验,根据规定：脉冲电容器的电容量由放电线圈规定的配套电容器组容量上限和额定电压计算确定，其充电电压对于试验的两次不同要求，分别为2倍及1.582倍的放电线圈额定电压。在验证试验中，应分别对不同容量及不同充电电压下的放电过程作测量比较，具体要求如下：（1）电容量按规定值（即最大配套电容器组容量相对应的电容量）及其1/2值两种情况进行。（2）充电电压按运行条件下的电压进行，而最高的则按1.582Uc来选。（3）用高压电阻分压器取样供记忆示波器纪录波形，在示波器上进行测量。试验过程中记录下相关数据（如下表示例）和放电电压波形。,六、

22、放电线圈和电压互感器,6.1 放电线圈和电压互感器两者相同点 1)都是利用电磁感应原理制成的;2)主要工作物质都是铜和铁，即线圈和硅钢片铁心;3)所用的绝缘介质种类，都是变压器油、气体、固体，绝缘介质只对带电体起隔离绝缘作用。,差异,6.2 电压互感器和放电线圈两者差异 6.2.1 用途上的差异 电压互感器是互感器的一种，一般有多个二次绕组，容量、精度各不相同，分别用于计量、测量和保护。高压并联电容器组所配用的单相放电线圈，与高压并联电容器组并联连接，使电容器从电力系统切除后的剩余电荷能够快速泄放，使电容器的剩余电压在规定时间内达到要求值。当放电线圈有二次绕组时，还可用于提供电容器组开口三角形

23、电压不平衡器保护。,差异,6.2.2 额定电压的差异 电压互感器线与地的额定一次电压为该系统标称电压的1/3倍。而一般情况下，放电线圈的额定一次电压为与其并联电容器的额定电压。6.2.3 误差试验的差异 电压互感器应在80%、100%和120%额定电压、额定频率及25%和100%额定二次负荷下保证一定的测量精度。而放电线圈应在90%-130%额定电压、额定频率及0%100%额定二次负荷下满足一定的测量精度。,差异,6.2.4 铁心及接线方式的差异 电压互感器铁心有单框式、三柱式、五柱式等。接线方式有单相式、三相式、V型接线式、接地式、不接地式等，并经高压限流熔丝接入对应的标称电压系统。放电线圈

24、的铁心只有单框式。接线方式只有单相不经高压限流熔丝，并与高压并联电容器组并联连接一种。供差动保护使用的单相放电线圈，一次绕组由中间抽头三套管输出的单相放电线圈，有两个独立铁心，两端头与高压并联电容器组并联连接，其中间抽头端与高压并联电容器组串联段(N/2)点连接，并接在并联电容器装置对地绝缘的铁构架上。,差异,6.2.5 并接系统的电容量差异 放电线圈与电容器并接，电容器的电容量较大，为uF级；而电压互感器线圈与系统并接，系统一般为杂散电容或者等效电容，其对应的电容量一般较小，是pF级。,主要特点,6.3 放电线圈的主要特点 通过以上内容和与电压互感器的比较，可以总结放电线圈的主要特点如下：1

25、)放电线圈目前只有单相（主流、主要），每个一次绕组具有独立的铁心。2)放电线圈都有配套电容器容量范围要求，每个放电线圈可以满足某一容量范围内的并联电容器的放电要求，选用放电线圈必须考虑所并联的电容器的容量。3)放电线圈标准中的型式试验项目规定中有放电试验，这是与电压互感器的最大区别。放电试验包括两部分:其一，是放电性能检查，在额定频率和额定电压下，放电线圈与对应配套电容器容量上限值的并联电容器相并接，当电容器断电以后，其端子间的残余电压在放电线圈放电作用下，在5S后应由2U1n降至50V以下；其二，是放电能力考核，放电线圈应能承受在 1.582U1n(考虑操作过电压)电压下电容器储能放电的作用。,谢谢！,