电压互感器的原理及结构

1、电压互感器-电磁式电压互感器得原理及结构1电压S感器得工作原理与技术特性电压互感器得构造、原理与接线都与电力变压器相同，差别在于电压互感器得容 量小,通常只有几十或几百VA,二次负荷为仪表与继电器得电压线圈，基本上就是恒定 高阻抗。其工作状态接近电力变压器得空载运行。电压互感器得高压绕组，并联在系统一次电路中，二次电压U2与一次电压成比例， 反映了一次电压得数值。一次额定电压UlN,多与电网得额定电压相同二次额定电压 U2n,般为 100V、100/V. 100/3Vo电压互感器得一、二次绕组额定电压之比,称为电压互感器得额定变比Kn,则Kn= (2-1-1)式中N1、N2一压互感器原、副绕组

2、得匝数。由式(2-1-1)知若已知二次电压5得数值,便能计算出一次电压U1得近似值,为Ul=kNU2由于电压互感器得原绕组就是并联在一次电路中，与电力变压器一样，二次侧不能 短路,否则会产生很大得短路电流，烧毁电压互感器。同样,为了防止高、彳氐压绕组绝 缘击穿时，高电压窜入二次回路造成危害，必须将电压互感器得二次绕组、铁心及外 壳接地。2电压互感器得误差及准确度等级与电流互感器类似，电压互感器得误差也分为电压误差与角误差。()电压误差 U就是二次电压得测量值U2乘以额定变比Kn(即一次电压得测量值)与一次电压得 实际值U1之差,并以一次电压实际值得百分数表示，即 U = xlOO%(2-1)(

3、-)角误差6折算到一次侧得二次电压U* 2,逆时针方向转180。与一次电压U1之间得夹5 , 并规定当Lr 2超前U1时Q角为正值，反之Q角为负值。(三)影响误差得因素电压互感器得误差与其工作情况得关系,可由电压互感器根据T形等值电路所作 得向量图加以说明，如图2-1所示，其中二次侧各量均折算到一次侧，二次部分各相量 省略未画，为了使相量显得清楚放大了各阻抗压降部分得比例，并画出一条角误差得 座标轴线(一)5 +)6。从图中瞧出:O* A为一次电压相量5,就是以下三部分 电压得相量与：(1)反方向得二次电压向量即LT 2o(2 )励磁电流(空载电流)Io在一次绕组得漏阻抗上得压降，即Io(Ri

4、+jXi)o(3 )反方向得二次电流向量在原、副绕组漏阻抗得电压降之与，即-r 2Ri+R 2+j(Xi+X 2)从相量图中可以瞧出，影响电压互感器误差得因素有：R 2 与漏抗 Xl、X* 2o(1) 原、副绕组得电阻R1、AVEA-(2 )空载电流looo(3)二次负载电流得大小r 2及其功率 因数cosct)2o图2-1电压互感器得相量图 前两个因素与制造有关，第三因素决定于工作条件，即与二次负载有关。当二次电 流增大功功率因素cose 2降低时，误差也就增大。（四）电压互感器得准确度等级电压互感器I艮据误差得不同,划分为不同得准确度等级。我国电压互感器得准确 度分为四级，即0、2级、0、

5、5级、1级、3级,每种准确度等级得误差限值见表厶 lo电压互感器得每个准确度等级，都规定有对应得二次负荷得额定容量S2n（VA）o 当实际得二次负荷超过了规定得额定容量时，电压互感器得准确度等级就要降低。 要使电压互感器能在选定得准确度等级下工作，二次所接负荷得总容量$22必须小 于该准确度等级所规定得额定容量S2No电压互感器准确等级与对应得额定容量， 可从有关电压互感器技术数据中查取。表21电压互感器得准确等级与误差限值准确度等级最大容许误差次电压与一次负何电压误差仕）角误差仕分）0、20、210电压:（0、85、15）次额定电 压0、50、530负荷:（0、25-1）互感器额定容量114

6、0功率因数:COSO) 2=0. 833不规定3电压互感器得类型及基本结构电压互感器种类较多，按绕组数分为双绕组与三绕组两种，三绕组电压互感器除了 、二次绕组外还有一组（个）辅助二次绕组供绝缘监测及零序回路。按相数分为单 相与三相式，额定电压35kV及以上得电压互感器均制造为单相式。按安装地点分 为户内与户外式35kV及以下多制成户内式。按绝缘及冷却方式可分为干式、浇注 式，油浸式与充气式，干式（浸绝缘胶）结构简单、无着火爆炸危险，但绝缘强度较低，只适用于6kV以下得户内装置;浇注式结构紧凑、维护方便适用于335kV户内配 电装置油浸式绝缘性能好,可用于lOkV以上得户内外配电装置;充气式用于

7、SF6全 封闭组合电器中。此外还有电容式电压互感器。(l)JDZJ10型电压互感器JDZJ-10型电压互感器为环氧树脂浇铸绝缘，外形结构如图2-2所示。这种电压 互感器为单相三绕组，环氧树脂浇注绝缘得户内型互感器。可用三个电压互感器组成 三个YN/yn/d接线，供中性点不接地系统得电压、电能测量及接地保护之用,可取代 老型号得JSJW型三相五柱电压互感器。1 -次出线2套管3 主绝缘4亠铁心5二次出线图22(2)JDJ-10型电压互感器JDJ-10型电压互感器为单相 油浸式电压互感器,结构如 图23所示。铁心与线圈装 在充满变压器油得油箱内，线 圈出线通过固定在箱盖上得套管引 出。用于户外配电

8、装置。1 铁心2七圈3次出线4二次出线 图23(3)JSJW-10型电压互感器JSJW-10型电压互感器为三相五彳主式电压互感器，其外形及铁芯、绕组接线，如图 2-4所示。绕组分别绕在中间在个铁心上，两侧有两个辅助铁芯柱，作为单相接地时得 零序磁通通道，使原绕组得零序阻抗增大，从而大大限制了单相接地时通过互感器得 零序电流,而不致危害互感器。每个铁心柱均绕有三个绕组，一次绕组接成星形并引 出中线，因此在油箱盖上有四个高压瓷瓶端子。每相有两个二次绕组，一组为基本绕 组接成星形冲性点也引出，接线端子为a、b、c、另一组为辅助绕组接成开口三角 形，引出两个接线端子ai、xio广泛用于小接地电流系统,

9、作为测量相、线电压与绝 缘监察之用。图24(4)JCC-11O型电压互感器JCC-11O型电压互感器就是采用串级式结构，参数相同得原绕组线圈单元分别 套在铁心上下两柱上串接在相线与地之间,两个线圈单元得连接点与铁心连接在瓷 箱内，铁心与底座绝缘。瓷箱兼作油箱与出线套管，减轻了重量与体积，如图2-5所 示。由于每个单元参数相同，电压在各个单元上均匀分布，所以，每一级只处在该装置这一部分电压之下。铁心与线圈采用分级绝缘，因此，可大量节约绝缘材料。在中性 点直接接地系统中，每个线圈单元上得电压与相电压Uxg成正比，最末一个与地连接 得线圈单元具有副绕组，因而能成比例地反映系统相电压Uxg得变化。当副

10、绕组开 路时，由于铁芯中得磁通相等，使电压在各单元线圈上分布均匀，如图26所示，每一 线圈单元与铁芯得电位差只有Uxg/2。但铁芯与外壳之间存在Uxg/2得电位差”所 以必须绝缘。由于瓷外壳就是绝缘得，且绝缘得最大计算电压不超过Uxg/2,所以容 易做到，而普通结构得互感器,必须按全电压Uxg设计绝缘。当副绕组接通负荷后，由于副绕组电流产生去磁磁势，产生漏磁通，使上、下铁芯 柱内得磁通不相等，破坏了电压在各线圈单元得均匀分布使准确度降低。为了避免 这种现象，在两单元得铁芯上加装绕向与匝数相同得平衡绕组，并作反极性连接如图 2-6所示。当两单元铁心内得磁通不相等时，平衡绕组中将产生环流如图中箭头

11、所 指方向，使上铁心柱去磁，使下铁芯柱增磁，达到上、下铁心内得磁通基本相等，从而使各线圈单元得电压分布较均匀，提高了准确度。o+O图25 JCC-110型电压互感器结构图1一油扩张器;2 外壳;3上柱绕组;一_失心5一下柱绕组;6支撑电木板;7底座图26 110千伏串级式电压互感器得原理接线图(a)原理图;(b)绕组得连接M4(b)I I Z3X11一铁芯;2L次绕组;3平衡绕组;4一二次绕组JCC-110型电压互感器有两个副绕组，基本二次绕组得电压为;L00/V;辅助二次 绕组得电压为lOOVo这种电压互感器得缺点，就是准确较彳氐其误差随串级元件数目 得增加而加大。国产得JCC型电压互感器得

12、准确度为1级与3级。220kV得串级式电压互感器，有两个口字形铁心由四个线圈单元串联组成，除下 铁心装有平衡线圈外，在两个铁心得相邻铁心柱上，还设有连耦线圈，其作用与平衡线 圈相似。二电容式电压互感器电容式电压互感器(CVT)成为电力系统高压远距离输电技术发展得必然产物，其 与传统得电磁式电压互感器相比具有四个特点:绝缘性能较好，耐压水平高，不会与断 路器断口电容产生铁磁谐振;电压等级越高，其相对成本越低，节省设备投资;可兼作载波通讯使用;由于就是电容型设备，实现绝缘在线监测更加容易。CVT在220kV及以 上电网中应用较为广泛。大庆油田电网由于输电等级较低为llOkV及以下目前仅 在油田热电

13、厂及宏伟电厂采用了 llOkV电容式电压互感器，现将大庆油田电力集团宏伟电厂电气分厂9516、9517两条线路得CVT测试经验加以分析。对于220lV 及以上得CVT,只就是增加了上节分压电容器，并对分压电容器单独进行介损正接线 试验，与传统方法无异。1、CVT结构特点及工作原理。（以TYD110/-0. 01H型电容式电压互感器为例）其由电容分压器与电磁单元两个独立得元件组成电容分压器得中压端子与接地 端子穿过密封得油箱箱盖引入到油箱中分别与电磁单元得高压端子（A）与二次接线板 得接地端子（N）相连。载波装置、保护球极（NE间）在二次接线盒内,当电容式电压 互感器作载波使用时，需将N-E间连

14、接片断开;如果不做载波用则须将NE用连接片 短接。电磁单元得油箱内装有中间变压器与补偿电抗器、阻尼器、保护补偿电抗器 得彳氐压避雷器，并充有变压器油。中间变压器高压绕组与补偿电抗器串联。电磁单元 得二次绕组端子及接地端子均由二次接线盒引出。其结构接线图中主要元彳牛为电容（C1、C2）补偿电抗器冲间电磁式电压互感器TV及阻尼器等。CVT工作原理采用电容分压原理。U1为电网电压;Z2表示仪表、继电器等电压线圈负荷。U2 = UC2=U1=KUU1,式中:KU=为分压比,Zi二互感器带负荷Z2后，其内阻抗（利用等效电源原理，将 电容分压原理转化成电容式电压互感器等值电路）,当有负荷电流流过时，在内阻

15、抗上 将产生电压降。使U2与Uh不仅在数值上而且在相位上有误差，负荷越大，误差越大。要获得定得准确级,必须增大电容量，这就是很不经济得。合理得解决措施就是在电路中串联一电感，即补偿电抗器。电感应按产生串联谐振得条件选择L。由于电容式电压 互感器含有电容元件及多个非线形电感元件（如补偿电抗器与中间变压器等），在系统 合闸操作或短路故障产生得瞬态过程中,由于非线形电感元件得铁心饱与激发稳定得 次谐波谐振，使得在补偿电抗及中间变压器上产生过电压，最终导致补偿电抗器与中 间变压器绕组击穿损坏。为抑制CVT内部铁磁谐振，在互感器二次绕组上并联阻尼 装置。为保护补偿电抗器及加大抑制谐振作甩在其两端并联氧化

16、锌（ZnO）避雷器。2、CVT得电容量及介损试验方法C1、C2得测试:考虑到现场正在施工安装，而相邻得线路还在带电运行,有较大得电磁场干扰，因此决定采用自激法。自激法得测量原理为在二次端子如la-ln处 施加一个小电压，在中间变压器一次侧产生高压作为试验电压来进行测试。试验电压泛华生产得AI6000E变频介损测试仪j亥仪器将电桥、试验变压器、标准电容器整 合在一起,简单、轻便。且在现场测试过程中分别输出45Hz与55Hz得试验电压，能有效屏蔽试验电源谐波干扰与外界强电场干扰,因此测试精度较高。设备接线:测试 前二次接线盒内NE间连接片必须断开，将CVT测试线接入N端子Q线接入A 点。加压后，高

17、压由A进入，则C1与C2可分别做为电桥得一个桥臂由CVT测试线 与Cx线弓I入电桥，从而实现其内部两个电容得检测。CVT测试线就是一根专用得绝 缘屏蔽线，就是经过出厂校准得,不可以用其它线替代，测试中可直接放置地上,可为试 验带来很大便利。现场接好试验接线后，介损仪可以在一个加压试验过程中,先测量C1然后自动倒线测量C2,试验结束后统一给出C1与C2得测量结果,这也大大得缩短了试验时间。现场试验结果9516CVT测试:Cl中Cl(PF)、tgS (%)出厂报告分别为 14701. 0、05现场测试为 14720、0、11。C2 中 C2(PF)、tg5 (%)出厂报告分别为33742、0、05

18、;现场测试为33760、0、1& 9517CVT测试:C1中C；L(PF)、tg6 (%)出厂报告分别为 14399、0、05;现场测试为 14390、0、10。C2中C2(PF)、tg6(%)出厂报告分别为33254. 0、05;现场测试为33270、0、12。试验表明，电容量得测量值几乎与出厂值相同,介损值比出厂值稍稍偏大。经分析认 为，两者试验方法不同,出厂试验就是在电容未组装以前进行得,就是对电容单独采用 正接线试验，而现场试验就是对整体CVT得测试，附带了电磁单元部分,因此造成介损 值稍大。现场对C1、C2两只电容得试9佥效果还就是令人满意得。其余绝缘电阻、 直流电阻及工频耐压等试验与常规相同。3电容式电压互感器按照其安装位置不同,可分为母线、线路等几种。对于母线CVL由于该CVT与氧化锌避雷器M