电压互感器地原理及结构

1、电压互感器一 电磁式电压互感器的原理及结构 1电压互感器的工作原理与技术特性电压互感器的构造、原理和接线都与电力变压器相同，差别在于电压互感器的 容量小，通常只有几十或几百 VA二次负荷为仪表和继电器的电压线圈，基本上是 恒定高阻抗。其工作状态接近电力变压器的空载运行。电压互感器的高压绕组，并联在系统一次电路中，二次电压 U2与一次电压成比 例，反映了一次电压的数值。一次额定电压 Un，多与电网的额定电压相同，二次额 定电压 U2s 般为 100V 100/ -3V、100/3V。电压互感器的一、二次绕组额定电压之比，称为电压互感器的额定变比Kn,则K n=H -巴（2-1-1）U 2N U

2、2 N 2 式中N 1、N2电压互感器原、副绕组的匝数。由式（2-1-1 ）知，若已知二次电压 U的数值，便能计算出一次电压 U的近似 值，为U 1二kzU由于电压互感器的原绕组是并联在一次电路中，与电力变压器一样，二次侧不 能短路，否则会产生很大的短路电流，烧毁电压互感器。同样，为了防止高、低压 绕组绝缘击穿时，高电压窜入二次回路造成危害，必须将电压互感器的二次绕组、 铁心及外壳接地。2电压互感器的误差及准确度等级与电流互感器类似，电压互感器的误差也分为电压误差和角误差。（一）电压误差厶U是二次电压的测量值U2乘以额定变比 忆（即一次电压的测量值）与一次电压的 实际值U之差，并以一次电压实际

3、值的百分数表示，即 U=kNU2 U1 x 100%（2-1 ）U1（二）角误差3折算到一次侧的二次电压 U 2,逆时针方向转1800与一次电压U之间的夹3, 并规定当-U' 2超前U时，3角为正值，反之，3角为负值。（三）影响误差的因素电压互感器的误差与其工作情况的关系，可由电压互感器根据T形等值电路所作的向量图加以说明，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的比例，并画出一 条角误差的座标轴线(一)3( +)3。从图中看出：O' A为一次电压相量U,是以下三部分电压的相量和：(1) 反方向的二次电压向量

4、即-U ' 2。(2) 励磁电流(空载电流)I O在一次 绕组 的漏阻抗上的压降，即|o (R+jXi)。(3) 反方向的二次电流向量在原、畐I 绕组 漏阻抗的电压降之和，即-I' 2Ri + R 2+j(X 1+X ' 2)从相量图中可以看出，影响电压互感器误差的因素有：(1) 原、副绕组的电阻R、R 2和漏抗X、X ' 2。(2) 空载电流I。(3) 二次负载电流的大小I' 2及其功率 因数CO2。图2-1电压互感器的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 CO2降低时，误差也就增大。(四)

5、电压互感器的准确度等级电压互感器根据误差的不同，划分为不同的准确度等级。我国电压互感器的准确度分为四级，即0.2级、0.5级、1级、3级，每种准确度等级的误差限值见 表 2-1。电压互感器的每个准确度等级，都规定有对应的二次负荷的额定容量S2n（VA）。当实际的二次负荷超过了规定的额定容量时，电压互感器的准确度等级 就要降低。要使电压互感器能在选定的准确度等级下工作，二次所接负荷的总容 量S2刀必须小于该准确度等级所规定的额定容量S2n。电压互感器准确等级与对应的额定容量，可从有关电压互感器技术数据中查取。表2-1电压互感器的准确等级和误差限值准确度等 级最大 容许误差一次电压和二次负荷电压误

6、差（± %角误差（士 分）0.20.210电压：（0.851.15 ） 一次额定电 压0.50.530负荷：（0.251）互感器额定容 量1140功率因数：CO2=0.833不规定3电压互感器的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和三绕组两种，三绕组电压互感 器除了一、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 相数分为单相和三相式，额定电压 35kV及以上的电压互感器均制造为单相式。按 安装地点分为户和户外式，35kV及以下多制成户式。按绝缘及冷却方式可分为干 式、浇注式，油浸式和充气式，干式（浸绝缘胶）结构简单、无着火爆炸危险， 但绝缘强度较低，

7、只适用于6kV以下的户装置；浇注式结构紧凑、维护方便，适 用于335kV户配电装置；油浸式绝缘性能好，可用于 10kV以上的户外配电装 置；充气式用于SF6全封闭组合电器中。此外还有电容式电压互感器。（1）JDZJ-10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，环氧树脂浇注绝缘的户型互感器。可用三个电压互感器组 成三个YNyn/d 接线，供中性点不接地系统的电压、电能测量及接地保护之用，可 取代老型号的JSJW型三相五柱电压互感器。1一次出线2 套管3 主绝缘4 铁心5 二次出线(2) JDJ-10型电压互感器 JDJ-10

8、型电压互感器为单相 油浸式电压互感器，结构如 图2-3所示。铁心和线圈装 在充满变压器油的油箱，线 圈出线通过固定在箱盖上的套管引 出。用于户外配电装置。图2-21铁心2 线圈3次出线4二次出线图2-3(3) JSJW-10型电压互感器JSJW-10型电压互感器为三相五柱式电压互感器，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 接地时的零序磁通通道，使原绕组的零序阻抗增大，从而大大限制了单相接地时通 过互感器的零序电流，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

9、二次绕 组，一组为基本绕组接成星形，中性点也引出，接线端子为a、b、c、o;另一组为辅助绕组接成开口三角形，引出两个接线端子ai、xi。广泛用于小接地电流系统，作为测量相、线电压和绝缘监察之用。畑图2-4(4) JCC-110型电压互感器JCC-110型电压互感器是采用串级式结构，参数相同的原绕组线圈单元分别套 在铁心上下两柱上，串接在相线和地之间，两个线圈单元的连接点与铁心连接在瓷 箱，铁心与底座绝缘。瓷箱兼作油箱和出线套管，减轻了重量和体积，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。铁心和线圈采用分级绝缘，因此，可大量节约绝

10、缘材料。 在中性点直接接地系统中，每个线圈单元上的电压与相电压Uxg成正比，最末一个与地连接的线圈单元具有副绕组，因而能成比例地反映系统相电压Uxg的变化。当副绕组开路时，由于铁芯中的磁通相等，使电压在各单元线圈上分布均匀，如图 2-6 (a)所示，每一线圈单元与铁芯的电位差只有 Uxg/2。但铁芯与外壳之间存在 Uxg/2的电位差，所以必须绝缘。由于瓷外壳是绝缘的，且绝缘的最大计算电压不 超过Uxg/2，所以容易做到，而普通结构的互感器，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 铁芯柱的磁通不相等，破坏了电压在各线圈单元的均匀分布，使准

11、确度降低。为了避免这 种现象，在两单元的铁芯上加装绕向和匝数相同的平衡绕组，并作反极性连接，如图2-6所示。当两单元铁心的磁通不相等时，平衡绕组中将产生环流， 如图中箭头所指方向，使上铁心柱去磁，使下铁芯柱增磁，达到上、下铁心的磁通基本相等，从而使各线圈单元的电压分布较均匀，提高了准确度。图2-5 JCC-110型电压互感器结构图1 油扩器；2瓷外壳；3上柱绕组；4铁心5 下柱绕组；6支撑电木板；7底座图2-6 110千伏串级式电压互感器的原理接线图（a）原理图；（b）绕组的连接1铁芯；2一次绕组；3平衡绕组；4二次绕组JCC-110型电压互感器有两个副绕组，基本二次绕组的电压为100八3 V

12、;辅助二次绕组的电压为100V。这种电压互感器的缺点，是准确较低，其误差随串级元件 数目的增加而加大。国产的JCC型电压互感器的准确度为1级和3级。220kV的串级式电压互感器，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，在两个铁心的相邻铁心柱上，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的必然产物，其与传统的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

13、于是电容型设备，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。油田电网由于输电等级较低，为110kV及以下，目前仅在油田热电厂及宏伟电厂采用了 110kV电容式电压互感器，现将油田电力集团宏伟电 厂电气分厂9516、9517两条线路的CVT测试经验加以分析。对于220kV及以上的 CVT只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） 其由电容分压器和电磁单元两个独立的元件组成 , 电容分压器的中压端子和接 地端子穿过密封的油箱箱盖引入到油箱中分别

14、与电磁单元的高压端子（A）和二次接线板的接地端子（N）相连。载波装置、保护球极（N-E间）在二次接线盒，当电容式电 压互感器作载波使用时，需将N-E间连接片断开；如果不做载波用则须将N-E用连接 片短接。电磁单元的油箱装有中间变压器和补偿电抗器、阻尼器、保护补偿电抗器 的低压避雷器 , 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 元的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件为电 容（C1、C2）,补偿电抗器，中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=KUU

15、1,式中:KU二为分压比,Zi=互感器带负荷Z2后，其阻抗（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 , 在阻抗上将 产生电压降。使 U2 与 U1, 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 , 必须增大电容量 , 这是很不经济的。合理的解决措施是在电路中串联 一电感，即补偿电抗器。电感应按产生串联谐振的条件选择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 （如补偿电抗器和中间变压器等 ）, 在系统合 闸操作或短路故障产生的瞬态过程中 ,由于非线形电感元件的铁心饱和激发稳定的 次谐波谐振 ,

16、 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和中 间变压器绕组击穿损坏。为抑制 CVT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用，在其两端并联氧化锌（ZnO）避雷器。 2.CVT的电容量及介损试验方法C1、C2的测试:考虑到现场正在施工安装，而相邻的线路还在带电运行，有较大 的电磁场干扰 ,因此决定采用自激法。自激法的测量原理为在二次端子如 1a-1n 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 压整定为不超过 3kV, 对二次接线端子盒接线柱不会造成损害。使用的仪器是生产的 AI6000E变频介损

17、测试仪，该仪器将电桥、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和55Hz的试验电压，能有效屏蔽试 验电源谐波干扰和外界强电场干扰 ,因此测试精度较高。设备接线 :测试前二次接线 盒N-E间连接片必须断开，将CVT测试线接入N端子,Cx线接入A点。加压后，高压 由A'进入，则C1与C2可分别做为电桥的一个桥臂由 CVT测试线和Cx线引入电桥， 从而实现其部两个电容的检测。CVT测试线是一根专用的绝缘屏蔽线，是经过出厂校 准的,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

18、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的测量结果，这也大大的缩短了试验时间。现场试 验结果:9516CVT测试:C1中C1(PF)、tg S (%)出厂报告分别为14701、0.05;现场测 试为14720、0.11。C2中C2(PF)、tg S (%)出厂报告分别为33742、0.05;现场测试 为 33760、0.18。9517CVT测试:C1 中 C1(PF)、tg S (%)出厂报告分别为 14399、 0.05;现场测试为14390、0.10。C2中C2(PF)、tg S (%)出厂报告分别为33254、 0.05; 现场测试为 33270、 0. 1 2 。试验表明,电容量的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 , 出厂试验是在电容未组装以 前进行的，是对电容单独采用正接线试验，而现场试验是对整体CVT的测试，附带了 电磁单元部分，因此造成介损值稍大。现场对 C1、C2两只电容的试验效果还是令人 满意的。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