电压互感器培训课件

1、电压互感器目前电力系统广泛应用的电压互感器，用 TV 表示。按其工作原理可分为电 磁式和电容分压式两种。对于 500KV 电压等级，我国只生产电容分压式，本节 将着重分析此种互感器。一、电磁式电压互感器1电磁式电压互感器的工作原理 电磁式电压互感器的工作原理、 构造和接线方式都与变压器相似。 它与变压 器相比有如下特点：（ 1）容量很小，通常只有几十到几百伏 安。（2）电压互感器一次侧的电压 U1 为电网电压，不受互感器二次侧负荷的影 响，一次侧电压高，需有足够的绝缘强度。（3）互感器二次侧负荷主要是测量仪表和继电器的电压线圈，其阻抗很大， 通过的电流很小，所以电压互感器的正常工作状态接近于空

2、载状态。电压互感器一、二次绕组额定电压之比称为电压互感器的额定变（压）比， 即KuUN1/UN2 N1/N2U1/U2（77）Nl，N2互感器一、二次绕组匝数； U1，U2互感器一次实际电压和二次电压测量值；UN1 等于电网额定电压， UN2已统一为 100（或 1003）V，所以 Ku也标 准化了。2电压互感器误差电压互感器的等值电路与普通变压器相同，其简化相量图如图77 所示由于存在励磁电流和内阻抗， 使得从二次侧测算的 一次电压近似值 KuU2与一次电压实际值 Ul 大小不 等，相位差也不等 180，产生了电压误差和相位 误差，两种误差定义如下。电压误差为fu=（KuU2U1）/U110

3、0%KuU2U10 时，fu为负，反之为正图 7 7 电磁式电压互感器简化相量相位误差为旋转 180的二次电压相量 U2与一次电压相量 U1 之间成夹 角 u ，并规定 U2 超前于 U1 时相位误差为正，反之为负。这两种误差除受互感器构造影响外， 还与二次侧负荷及其功率因数有关， 二 次侧负荷电流增大，其误差也增大。国家规定电压互感器准确级等级分为四级， 即 0.2、0.5、 1 和 3 级。电压互感器的准确级， 是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内， 负荷 功率因数为额定值时， 电压误差的最大值。 我国电压互感器准确级和误差限值标 准见表 7 2。由于电压互感器误差与二次负荷有关， 所

4、以同一台电压互感器对应于不同的 准确级便有不同的容量。 通常，额定容量是指对应于最高准确级的容量。 电压互 感器按照在最高工作电压下长期工作容许发热条件，还规定了最大容量。例如： JSTW10 型三相五柱式电压互感器的铭牌参数。准确级： 0.5，1，3，最大容量额定容量（ VA ）：120，200， 480，960 电压互感器二次侧的负荷为测量仪表及继电器等电压线圈所消耗的功率总 和 S2 ，选用电压互感器时要使其额定容量 SN2 S2，以保证准确级等级要求。其 最大容量是根据持久工作的允许发热决定的， 即在任何情况下都不许超过最大容 量。表 7 2电压互感器的准确级和误差限值准确级误差极限一

5、次电压误差范围频率、功率因数 及二次负荷变化 范围电压误差（%）相位误差（）0.20.2100.50.520（0.81.2）UN1（0.251）SN211.04033.0不规定cos 2=0.83P3.0120（0.051）UN1f=fn6P6.02403电磁式电压互感器的分类和使用特点 电磁式电压互感器由铁芯和绕组等构成。 根据绕组数不同，电压互感器可分为双绕组式的和三绕组式的。 按相数分，电压互感器可分为单相式的和三相式的， 20KV 以下才有三相式，且有三相三柱式和三相五柱式之分。在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统 中。三相三柱式一次侧只能接成 Y 形，其中性点不允许接地，这种接线方式

6、不 能测量相对地电压。而三相五柱式电压互感器一次绕组可接成Y 0 形。110KV 及以上的电磁图 7 8 220KV 串级式1铁芯； 2一次绕组； 3平衡绕组； 4连耦绕组； 5二次绕组按绝缘方式分，电压互感器可分为浇注式、油浸式、干式、充气式的。 油浸式电压互感器按其结构型式可分为普通式和串级式的。 3 35KV 的电 压互感器一般均制成普通式，它与普通小型变压器相似。 式电压互感器普遍制成串级式结构。其特点是：绕组 和铁芯采用分级绝缘，以简化绝缘结构；绕组和铁芯 放在瓷套中，可减少质量和体积。图 78 为 220KV 串级式电压互感器的原理接线图。互感器由两个铁芯 （元件）组成，一次绕组分

7、成匝数相等的四个部分， 分别套在二个铁芯的上、下铁芯柱上，按磁通相加方 向顺序串联，接在相与地之间。每一元件上的绕组中 点与铁芯相连， 二次绕组绕在末级铁芯的下铁芯柱上。 当二次绕组开路时，一次绕组电位分布均匀，绕组边 缘线匝对铁芯的电位差为 Uph4（Uph 为相电压）。因 此，绕组对铁芯的绝缘只需按 Uph4 设计，而普通结构的则需要按 Uph 设计，故串级式的可大量节约绝缘材料和降低造价。当二次绕组接通负荷后， 由于负荷电流的去磁作用， 末级铁芯内的磁通小于 其他铁芯的磁通， 从而使各元件感抗不等， 磁通磁势与电压分布不均， 准确级下 降。为了避免这一现象， 在两铁芯相邻的铁芯柱上， 绕

8、有匝数相等的连耦绕组 （绕 向相同，反向对接）。这样， 当各个铁芯中磁电压互感器的原理通不相等时，连 耦绕组内出现电流， 使磁通较大的铁芯去磁， 磁通较小的铁芯增磁， 从而达到各 级铁芯内磁通大致相等和各元件绕组电压均匀分布的目的。 在同一铁芯的上、 下 铁芯柱上，还设有平衡绕组（绕向相同、反向对接） ，借平衡绕组内的电流，使 两铁芯柱上的安匝分别平衡。电压互感器接线方式一般为：单相接线方式， VV 接线方式、三台单相的 接线方式为 Y 0Y 0 C，三相三柱式的接线方式为 Y Y。电磁式电压互感器安装在中性点非直接接地系统中， 且当系统运行状态发生 突变时， 有可能发生并联铁磁谐振。 为防止

9、此类铁磁谐振的发生， 可在电压互感 器上装设消谐器，亦可在开口三角端子上接入电阻或白炽泡。电压互感器与电力变压器一样， 严禁短路。若发生短路， 则应采用熔断器保 护。110500KV 电压级一次侧没有熔断器， 直接接入电力系统 （一次侧无保护）。 35KV 及以下电压级一次侧通过带或不带限流电阻的熔断器接入电力系统。电压 互感器的一次电流很小， 熔断器的熔件截面只能按机械强度选取最小截面， 它只 能保护高压侧， 也就是说只有一次绕组短路才熔断， 而当二次绕组短路和过负荷 时，高压侧熔断器不可能可靠动作， 所以二次侧仍需装熔断器， 以实现二次侧过 负荷和过电流保护。但需注意在以下几种情况下，不能

10、装熔断器：（1）中性线、接地线不准装熔断器；（2）辅助绕组接成开口三角形的一般不装熔断器；（3）V 形接线中， b 相接地， b 相不准装熔断器。用于线路侧的电磁式电压互感器， 可兼作释放线路上残余电荷的作用。 如线 路断路器无合闸电阻， 为了降低重合闸时的过电压， 可在互感器二次绕组中接电 阻，以释放线路上残余电荷， 并且此电阻还可以消除断路器断口电容与该电压互 感器的谐振。二、电容式电压互感器随着电力系统输电电压的增高， 电磁式电压互感器的体积越来越大， 成本随 之增高，因此研制了电容式电压互感器，又称 CVT 。目前我国 500KV 电压互感 器只生产电容式的。1电容式电压互感器的工作原

11、理 电容式电压互感器采用电容分压原理，如图 79 所示。在图中， U1 为电网 电压； Z2表示仪表、继电器等电压线圈负荷。 U2=UC2 ，因此U2=UC2=U1C1/（C1+C2）=KuU1（78）式中 Ku分压比， Ku=C1/（C1+C2）由于 U2与一次电压 U1 成比例变化，故可以 U2 代表 U1，即可测出相对地电 压。为了分析互感器带上负荷 Z2后的误差，可利用等效电源原理， 将图 79画成图图 7 9 电容分压原理图 7 10 电容式电压互感器等值电路710 所示的电容式电压互感器等值电路。从图 710 可看出，内阻抗Zl/ j （C1C2）（ 79）当有负荷电流流过时，在内

12、阻抗上将产生电压降，从而使U2 与 Ul C1/（C1+C2）不仅在数值上而且在相位上有误差，负荷越大，误差越大。要获得一 定的准确级， 必须采用大容量的电容， 这是很不经济的。 合理的解决措施是在电 路图 710中串联一个电感如图 711所示。电感 L应按产生串联谐振的条件选 择，即 2fL=1/2 （fC1+C2） f=50Hz所以 L=1/4 2f2（C1+C2）（710）理想情况下， Z2j L一j1/ （C1C2）0，输出电压 U2与负荷无关，误 差最小，但实际上 Z20 是不可能的，因为电容器有损耗，电感线圈也有电阻， Z20，负荷变大，误差也将增加，而且将会出现谐振现象，谐振过电

13、压将会 造成严重的危害，应力争设法完全避免。为了进一步减小负荷电流所产生误差的影响， 将测量电器仪表经中间电磁式 电压互感器（ TV ）升压后与分压器相连。2电容式电压互感器的基本结构电容式电压互感器基本结构如图 712所示。其主要元件是：电容（C1, C2）， 非线性电感（补偿电感线圈） L2 ，中间电磁式电压互感器 TV 。为了减少杂散电 容和电感的有害影响， 增设一个高频阻断线圈 L1 ，它和 L2 及中间电压互感器一次绕组串联在一起， L1、 L2上并联放电间隙 E1、E2 ，以资保护图 7 11 串联电感电路图 7 12 电容式电压互感器结构原理图电容（C1 ，C2）和非线性电感 L

14、2 和 TV 的一次绕组组成的回路，当受到二 次侧短路或断路等冲击时， 由于非线性电抗的饱和， 可能激发产生次谐波铁磁谐 振过电压，对互感器、仪表和继电器造成危害，并可能导致保护装置误动作。为 了抑制高次谐波的产生，在互感器二次绕组上装设阻尼器D，阻尼器 D 具有一个电感和一电容并联， 一只阻尼电阻被安插在这个偶极振子中。 阻尼电阻有经常 接入和谐振时自动接入两种方式。3电容式电压互感器的误差电容式电压互感器的误差是由空载电流、 负载电流以及阻尼器的电流流经互 感器绕组产生压降而引起的，其误差由空载误差 f0和 0，负载误差 fL和 L，阻 尼器负载电流产生的误差 fD和 D等几部分组成，即f

15、u=f0+fL+fD（711） u=0+L +d（ 712）以上两式中的各项误差， 可仿照本节前述的方法求得。 当采用谐振时自动投 入阻尼器者，其 fD和 D 可略而不计。电容式电压互感器的误差除受一次电压、 二次负荷和功率因数的影响外， 还 与电源频率有关，由式（ 7 10）可知，当系统频率与互感器设计的额定频率有 偏差时，由于 L1/ （C1+C2），因而会产生附加误差。电容式电压互感器由于结构简单、重量轻、体积小、占地少、成本低，且电 压愈高效果愈显著，分压电容还可兼作载波通信耦合电容。因此它广泛应用于 110 500KV 中性点直接接地系统。电容式电压互感器的缺点是输出容量较小、 误差

16、较大，暂态特性不如电磁式电互感器。 4电容式电压互感器的典型结构 图 713 所示为法国 ENERTEC 生产的 CCV 系列电容式电压互感器结构图。 图中电 容器每一电容元件由高纯度纤维纸张 优 质的 VOLTAM 和铝膜卷制而成，组装成一 个电容单元，经真空、加热、干燥，予以除 气和去湿。然后装入套管内， 浸入绝缘油中。 在高压电网中，电容部分由若干个叠装 的单元构成，可拆卸运输。互感器最上部（首 部）有一帽盖，系由铝合金制成，上有阻波 器的安装孔。电压连接端也直接安置于帽盖 的顶部，是一种圆柱状或扁板状的连接端 子，可供选择。帽盖内含有一个弹性的腰鼓形膨胀膜 盒，用以补偿运行时随温度变化

17、而改变的油 的容积。侧面的油位指示器可观察油面的变 化。整个膨胀膜盒均与外界隔绝，密封面不 与气室相接触。三、岱海电厂 500kv 电压互感器简介：图 7 13 CCV 系列电容式电压互感器结 构图1电容器； 2瓷套管； 3高介电强度 的绝缘油； 4密封设施； 5膜盒； 6密 封金属箱； 7阻尼器； 8低压接线盒我厂 500kv 升压站采用上海 MWB 互感器有限公司生产的 TEMP-500IU 型 电压互感器，由电容分压器、中间电压互感器、电抗器和一个阻尼器组成。电容 分压器由一个主电容器和分压电容器组成， 电容分压器浸在油中， 顶部装有一个 金属膨胀器，用于温度补偿； 中间电压互感器一次绕组有许多抽头， 二次绕组与 一个阻尼器连接；串联电抗器的铁心有可调节气隙，且一端接地。 TEMP-500IU型电压互感器有四个绕组，准确度等级分别为 0.2 、0.5、3P、3P，对