電壓互感器的原理及結構

1、電壓互感器_電時電壓互歸得原輙躺1電壓亙感器得工作原理與技術特性電壓互感器得構造、原理與接線都與電力變壓器相同，差別在于電壓互感器得容 量小,通常只有幾十或幾百VA,二次負荷為儀表與繼電器得電壓線圈，基本上就是恒定 高阻抗。其工作狀態(tài)接近電力變壓器得空載運行。電壓互感器得高壓繞組，并聯在系統一次電路中，二次電壓U2與一次電壓成比例, 反映了一次電壓得數值。一次額定電壓Uin,多與電網得額定電壓相同二次額定電壓U2n,般為 100V、1OO/VS 100/3Vo電壓互感器得一、二次繞組額定電壓之比,稱為電壓互感器得額定變比Kn,則Kn= (2-1-1)式中Ni、N2一壓互感器原、副繞組得匝數。由

2、式(2-1-1)知若已知二次電壓氏得數值,便能計算出一次電壓5得近似值,為Ui 二 InU2由于電壓互感器得原繞組就是并聯在一次電路中，與電力變壓器一樣，二次側不能 短路,否則會產生很大得短路電流，燒毀電壓互感器。同樣,為了防止高、低壓繞組絕 緣擊穿時，高電壓竄入二次回路造成危害，必須將電壓互感器得二次繞組、鐵心及外 殼接地。2電壓互感器得誤差及準確度等級與電流互感器類似，電壓互感器得誤差也分為電壓誤差與角誤差。()電壓誤差厶U就是二次電壓得測量值U2乘以額定變比Kn(即一次電壓得測量值)與一次電壓得 實際值Ui之差,并以一次電壓實際值得百分數表示，即 U=xlOO%(二)角誤差6(2-1)折

3、算到一次側得二次電壓U 2,逆時針方向轉180。與一次電壓5之間得夾6 , 并規(guī)定當U 2超前Ui時Q角為正值，反之Q角為負值。(三)影響誤差得因素電壓互感器得誤差與其工作情況得關系,可由電壓互感器根據T形等值電路所作 得向量圖加以說明，如圖2-1所示，其中二次側各量均折算到一次側，二次部分各相量 省略未畫,為了使相量顯得清楚，放大了各阻抗壓降部分得比例,并畫出一條角誤差得 座標軸線(一)6 +)8 o從圖中瞧出:O A為一次電壓相量5,就是以下三部分 電壓得相量與：(1)反方向得二次電壓向量即U 2o(2 )勵磁電流(空載電流)1。在一次繞組得漏阻抗上得壓降，即Io(Ri+jXi)o(3 )

4、反方向得二次電流向量在原、副繞組漏阻抗得電壓降之與，即-I 2Ri+R 2+j(Xi+X 2)從相量圖中可以瞧出，影響電壓互感器誤差得因素有：(1)原、副繞組得電阻Ri、R 2與漏抗Xi、X 2o(2 )空載電流loo(3)二次負載電流得大小I 2及其功率 因數COSO2。圖2-1電壓互感器得相量圖前兩個因素與制造有關，第三因素決定于工作條件，即與二次負載有關。當二次電 流增大功功率因素cose 2降低時,誤差也就增大。（四）電壓互感器得準確度等級電壓互感器根據誤差得不同，劃分為不同得準確度等級。我國電壓互感器得準確 度分為四級，即0、2級、0、5級、1級、3級，每種準確度等級得誤差限值見表2

5、 lo電壓互感器得每個準確度等級，都規(guī)定有對應得二次負荷得額定容量S2n（VA）o 當實際得二次負荷超過了規(guī)定得額定容量時，電壓互感器得準確度等級就要降低。 要使電壓互感器能在選定得準確度等級下工作，二次所接負荷得總容量S2I必須小 于該準確度等級所規(guī)定得額定容量S2No電壓互感器準確等級與對應得額定容量， 可從有關電壓互感器技術數據中查取。表21電壓互感器得準確等級與誤差限值準確度等級最大容許誤差次電壓與一次負何電壓誤差仕）角誤差仕分）0、20、210電壓:（0、85 1、15）次額定電壓0、50、530負何:（0、25-1）互感器額定容量1140功率因數:COSO2=0s 833不規(guī)定3電

6、壓互感器得類型及基本結構電壓互感器種類較多，按繞組數分為雙繞組與三繞組兩種，三繞組電壓互感器除了 、二次繞組外還有一組（個）輔助二次繞組供絕緣監(jiān)測及零序回路。按相數分為單 相與三相式，額定電壓35kV及以上得電壓互感器均制造為單相式。按安裝地點分 為戶內與戶夕卜式,35kV及以下多制成戶內式。按絕緣及冷卻方式可分為干式、澆注 式，油浸式與充氣式，干式（浸絕緣膠）結構簡單、無著火爆炸危險，但絕緣強度較低，只 適用于6kV以下得戶內裝置;澆注式結構緊湊、維護方便,適用于3 35kV戶內配 電裝置;油浸式絕緣性能好,可用于10kV以上得戶內外配電裝置;充氣式用于SF6全 封閉組合電器中。此外還有電容

7、式電壓互感器。(l)JDZJ10型電壓互感器JDZJ-10型電壓互感器為環(huán)氧樹脂澆鑄絕緣，外形結構如圖2-2所示。這種電壓 互感器為單相三繞組，環(huán)氧樹脂澆注絕緣得戶內型互感器。可用三個電壓互感器組成 三個YN/yn/d接線，供中性點不接地系統得電壓、電能測量及接地保護之用,可取代 老型號得JSJW型三相五柱電壓互感器。1 -次出線2套管3 主絕緣4T失心5二次出線圖22(2) JDJ-10型電壓互感器JDJ-10型電壓互感器為單相油浸式電壓互感器,結構如圖23所示。鐵心與線圈裝在充滿變壓器油得油箱內，線圈出線通過固定在箱蓋上得套管引出。用于戶外配電裝置。1 鐵心2七圈3次出線4二次出線 圖23

8、(3) JSJW-10型電壓互感器JSJW-10型電壓互感器為三相五柱式電壓互感器,其外形及鐵芯、繞組接線，如圖 2-4所示。繞組分別繞在中間在個鐵心上，兩側有兩個輔助鐵芯柱，作為單相接地時得 零序磁通通道，使原繞組得零序阻抗增大，從而大大限制了單相接地時通過互感器得 零序電流,而不致危害互感器。每個鐵心柱均繞有三個繞組，一次繞組接成星形并引 出中線，因此在油箱蓋上有四個高壓瓷瓶端子。每相有兩個二次繞組，一組為基本繞 組接成星形,中性點也引出，接線端子為a、b、c、。;另一組為輔助繞組接成開口三角 形，引出兩個接線端子ai、xi。廣泛用于小接地電流系統,作為測量相、線電壓與絕 緣監(jiān)察之用。圖2

9、4JCC-110型電壓互感器JCC-110型電壓互感器就是采用串級式結構，參數相同得原繞組線圈單元分別 套在鐵心上下兩柱上，串接在相線與地之間,兩個線圈單元得連接點與鐵心連接在瓷 箱內，鐵心與底座絕緣。瓷箱兼作油箱與出線套管，減輕了重量與體積，如圖2-5所 示。由于每個單元參數相同,電壓在各個單元上均勻分布，所以，每一級只處在該裝置 這一部分電壓之下。鐵心與線圈采用分級絕緣，因此，可大量節(jié)約絕緣材料。在中性 點直接接地系統中，每個線圈單元上得電壓與相電壓Uxg成正比，最末一個與地連接 得線圈單元具有副繞組，因而能成比例地反映系統相電壓Uxg得變化。當副繞組開 路時，由于鐵芯中得磁通相等，使電壓

10、在各單元線圈上分布均勻，如圖26(a)所示，每一 線圈單元與鐵芯得電位差只有Uxg/2O但鐵芯與外殼之間存在Uxg/2得電位差，所 以必須絕緣。由于瓷外殼就是絕緣得，且絕緣得最大計算電壓不超過Uxg/2,所以容 易做到，而普通結構得互感器,必須按全電壓Uxg設計絕緣。當副繞組接通負荷后，由于副繞組電流產生去磁磁勢，產生漏磁通，使上、下鐵芯 柱內得磁通不相等，破壞了電壓在各線圈單元得均勻分布，使準確度降低。為了避免 這種現象，在兩單元得鐵芯上加裝繞向與匝數相同得平衡繞組，并作反極性連接，如圖 2-6所示。當兩單元鐵心內得磁通不相等時，平衡繞組中將產生環(huán)流,如圖中箭頭所 指方向，使上鐵心柱去磁，使

11、下鐵芯柱增磁，達到上、下鐵心內得磁通基本相等，從而使各線圈單元得電壓分布較均勻，提高了準確度。圖25 JCC-110型電壓互感器結構圖1一油擴張器;2瓷外殼;3上柱繞組;4一_失心5一下柱繞組;6支撐電木板;7底座圖2-6 110干伏串級式電壓互感器得原理接線圖(a)原理圖;(b)繞組得連接(b)1一失芯;2一次繞組;3平衡繞組;4一二次繞組JCC-110型電壓互感器有兩個副繞組，基本二次繞組得電壓為100/V;輔助二次 繞組得電壓為100Vo這種電壓互感器得缺點,就是準確較低，其誤差隨串級元件數目 得增加而加大。國產得JCC型電壓互感器得準確度為1級與3級。220kV得串級式電壓互感器，有兩

12、個口字形鐵心，由四個線圈單元串聯組成，除下 鐵心裝有平衡線圈外，在兩個鐵心得相鄰鐵心柱上，還設有連耦線圈，其作用與平衡線 圈相似。二電容式電壓互感器電容式電壓互感器(CVT)成為電力系統高壓遠距離輸電技術發(fā)展得必然產物，其 與傳統得電磁式電壓互感器相比具有四個特點:絕緣性能較好，耐壓水平高，不會與斷 路器斷口電容產生鐵磁諧振;電壓等級越高，其相對成本越低，節(jié)省設備投資;可兼作載 波通訊使用;由于就是電容型設備，實現絕緣在線監(jiān)測更加容易。CVT在220kV及以 上電網中應用較為廣泛。大慶油田電網由于輸電等級較低，為llOkV及以下,目前僅 在油田熱電廠及宏偉電廠采用了 llOkV電容式電壓互感器

13、，現將大慶油田電力集團 宏偉電廠電氣分廠9516、9517兩條線路得CVT測試經驗加以分析。對于220kV 及以上得CVT,只就是增加了上節(jié)分壓電容器，并對分壓電容器單獨進行介損正接線 試驗，與傳統方法無異。1、CVT結構特點及工作原理。（以TYD110/-0. 01H型電容式電壓互感器為例）其由電容分壓器與電磁單元兩個獨立得元件組成，電容分壓器得中壓端子與接地 端子穿過密封得油箱箱蓋引入到油箱中分別與電磁單元得高壓端子（A）與二次接線板 得接地端子（N）相連。載波裝置、保護球極（NE間）在二次接線盒內,當電容式電壓 互感器作載波使用時，需將N-E間連接片斷開;如果不做載波用則須將NE用連接片

14、 短接。電磁單元得油箱內裝有中間變壓器與補償電抗器、阻尼器、保護補償電抗器 得低壓避雷器，并充有變壓器油。中間變壓器高壓繞組與補償電抗器串聯。電磁單元 得二次繞組端子及接地端子均由二次接線盒引出。其結構接線圖中主要元件為電容 （Cl、C2）補償電抗器沖間電磁式電壓互感器TV及阻尼器等。CVT工作原理采用 電容分壓原理。U1為電網電壓;Z2表示儀表、繼電器等電壓線圈負荷。U2 = UC2=U1=KUU1,式中:KU=為分壓比,Zi二互感器帶負荷Z2后，其內阻抗（利用等效電源原理，將 電容分壓原理轉化成電容式電壓互感器等值電路）,當有負荷電流流過時，在內阻抗上 將產生電壓降。使U2與U1,不僅在數

15、值上而且在相位上有誤差，負荷越大，誤差越大。要獲得 定得準確級，必須增大電容量,這就是很不經濟得。合理得解決措施就是在電路中 串聯一電感，即補償電抗器。電感應按產生串聯諧振得條件選擇Lo由于電容式電壓 互感器含有電容元件及多個非線形電感元件（如補償電抗器與中間變壓器等），在系統 合閘操作或短路故障產生得瞬態(tài)過程中，由于非線形電感元件得鐵心飽與激發(fā)穩(wěn)定得 次諧波諧振，使得在補償電抗及中間變壓器上產生過電壓，最終導致補償電抗器與中 間變壓器繞組擊穿損壞。為抑制CVT內部鐵磁諧振，在互感器二次繞組上并聯阻尼 裝置。為保護補償電抗器及加大抑制諧振作用，在其兩端并聯氧化鋅（ZnO）避雷器。2、CVT得電

16、容量及介損試驗方法Cl、C2得測試:考慮到現場正在施工安裝，而相鄰得線路還在帶電運行,有較大 得電磁場干擾，因此決定采用自激法。自激法得測量原理為在二次端子如la-ln處 施加一個小電壓,在中間變壓器一次側產生高壓作為試驗電壓來進行測試。試驗電壓定為不超過3kV,對二次接線端子盒內接線柱不會造成損害。使用得儀器就是山東 泛華生產得AI6000E變頻介損測試儀，該儀器將電橋、試驗變壓器、標準電容器整 合在一起,簡單、輕便。且在現場測試過程中分別輸出45Hz與55Hz得試驗電壓，能 有效屏蔽試驗電源諧波干擾與外界強電場干擾，因此測試精度較高。設備接線:測試 前二次接線盒內NE間連接片必須斷開，將C

17、VT測試線接入N端子,Cx線接入A 點。加壓后，高壓由A進入則C1與C2可分別做為電橋得一個橋臂由CVT測試線 與Cx線引入電橋,從而實現其內部兩個電容得檢測。CVT測試線就是一根專用得絕 緣屏蔽線，就是經過出廠校準得,不可以用其它線替代，測試中可直接放置地上,可為試 驗帶來很大便利?，F場接好試驗接線后，介損儀可以在一個加壓試驗過程中,先測量 C1然后自動倒線測量C2,試驗結束后統一給出C1與C2得測量結果,這也大大得縮 短了試驗時間?，F場試驗結果：9516CVT測試:Cl中Cl(PF)、tg6 (%)出廠報告分 別為 14701. 0、05;現場測試為 14720、0、llo C2 中 C2

18、(PF)、tg5 (%)出廠報 告分別為33742、0、05;現場測試為33760、0、18o 9517CVT測試:Cl中 Cl(PF)、tg5 (%)出廠報告分別為 14399、0、05;現場測試為 14390、0、10o C2 中C2(PF)、tgS (%)出廠報告分別為33254、0、05;現場測試為33270、0、12o 試驗表明，電容量得測量值幾乎與出廠值相同,介損值比出廠值稍稍偏大。經分析認 為，兩者試驗方法不同，出廠試驗就是在電容未組裝以前進行得，就是對電容單獨采用 正接線試驗，而現場試驗就是對整體CVT得測試，附帶了電磁單元部分,因此造成介損 值稍大?，F場對Cl、C2兩只電容得試驗效果還就是令人滿意得。其余