电压电流互感器培训教材

互感器一.互感器的作用：1.与电气仪表和继电保护及自动装置配合测量电力系统高电压回路的电流、电压、电能等参数；2.隔离高电压，保障工作人员与设备安全；3.互感器二次测额定值统一，有利于二次设备标准化。

4.有利于使用低压、低截面电缆完成测量保护功能二.互感器的分类：1.从测量内容分为电流互感器和电压互感器；2.使用环境分为户内型和户外型；3.使用对象分为仪表用和保护用；4.其它分类：绝缘、结构、原理等方面的分类。

电压互感器目前，在电力系统中广泛采用的电压互感器，按其工作原理可分为电磁式和电容式两种一.电磁式电压互感器：1.电磁式电压互感器工作原理：电磁式电压互感器的工作原理和变压器相同，分析过程与电磁式电流互感器相似。

其原理电路和相量图如图所示，其特点是：（1）一次绕组与被测电路并联，二次绕组与测量仪表和保护装置的电压线圈并联；（2）容量很小，类似一台小容量变压器，但结构上要求有较高的安全系数；（3）二次侧负荷比较恒定，测量仪表和保护装置的电压线圈阻抗很大，正常情况下，电压互感器近于开路（空载）状态运行。

2.电压互感器的误差：由于电压互感器存在励磁电流和内阻抗，使折算到一次侧的二次电压与一次电压在数值和相位上都有差异，即测量结果有两种误差—电压误差和相位差。

（1）电压误差fu：为二次电压测量值U2乘上额定互感比KU所得的一次电压近似值与一次电压实际值U1之差相对于I1的百分数。

（2）相位差δu：为旋转180°的二次电压相量－U2与一次电压相量U1 之间的夹角。

由于角度很小，所以用“分”表示。

（3）影响误差的运行工况是一次电压U1、二次负荷I2和功率因数COSφ2，当I2增加时，fu线性增大, δu也相应变化（一般也线性增大）。

fu能引起所有测量仪表和继电器产生误差, δu只对功率型测量仪表和继电器及反映相位的保护装置有影响。

3.电压互感器的分类：（1）按安装地点分：①户内式，多为35kV及以下；②户外式，多为35kV 以上。

（2）按相数分：①单相式，可制成任意电压级；②三相式，一般只有20kV 以下电压级。

（3）按绕组数分：①双绕组式，只有35kV及以下电压级；②三绕组式，任意电压级均有。

它除供给测量仪表和继电器的二次绕组外，还有一个辅助绕组（或称剩余电压绕组），用来接入监视电网绝缘的仪表和保护接地继电器。

（4）按绝缘分：①干式，只适用于6kV以下空气干燥的户内；②浇注式，适用于3~35kV户内；③油浸式，又分普通式和串级式，3~35kV均制成普通式，110kV及以上则制成串级式；④气体式，用SF6绝缘。

所谓普通式就是二次绕组与一次绕组完全相互耦合，与普通变压器一样。

所谓串级式就是，一次绕组由匝数相等的几个绕组元件串联而成，最下面一个元件接地，二次绕组只与最下面一个元件耦合。

4.电压互感器型式很多，在结构上主要由一次绕组、二次绕组、铁芯、绝缘、支持件等几个部分组成。

举例如下：左为JCC－220型串级式电压互感器的原理接线图，右图为其外形图。

互感器的铁芯和绕组装在充满油的瓷箱中。

一次绕组2 由匝数相等的四个元件组成，分别套在两个铁芯的上、下铁柱上，并按磁通相加方向顺序串联，接于相与地之间，每个铁芯上的绕组的中点与铁芯相连；二次绕组5 绕在末级铁芯的下铁柱上。

当二次绕组开路时，各级铁芯的磁通相同，一次绕组的电位分布均匀，每个绕组元件的边缘线匝对铁芯的电位差都是U ph/4（U ph为相电压）；当二次绕组接通负荷时，由于负荷电流的去磁作用，使末级铁芯的磁通小于前级铁芯的磁通，从而使各元件的感抗不等，电压分布不均匀，准确度下降。

为避免这一现象，在两铁芯相邻的铁芯柱上，绕有匝数相等的连耦绕组4（绕向相同,反向对接）。

这样，当每个铁芯的磁通不等时，连耦绕组中出现电势差，从而出现电流，使磁通较小的铁芯增磁，磁通较大的铁芯去磁，达到各级铁芯的磁通大致相等和各绕组元件电压分布均匀的目的。

因此，这种串级式结构，其每个绕组元件对铁芯的绝缘只需按/4设计，比普通式（需按设计）大大节约绝缘材料和降低造价。

在同一铁芯的上、下柱上还有平衡绕组3（绕向相同，反向对接），借平衡绕组内的电流，使两柱上的安匝分别平衡。

二.电容式电压互感器：1.电容式电压互感器工作原理：（1）电容式电压互感器采用电容分压原理，如图（a）所示。

在被测电网的相和地之间接有主电容C1和分压电容C2，U1为电网相电压，Z2表示仪表、继电器等电压线圈负荷。

C2上的电压为由于U2与U1成比例，故可用U2代表U1，即可测出相对地电压。

（2）等效含源一端口网络图（a）的等效含源一端口网络如图（b）所示。

其中电源内阻抗为Zi＝1/jω(C1+C2),当有负荷电流流过时，将在Zi上产生电压降，使U2与U1*C1/(C1+C2)在数值和相位上都有误差，负荷电流越大，误差越大。

（3）减小误差的措施为了减小Zi，从而减少误差，可在A、B回路中串联一补偿电抗L；减小分压器的输出电流，也可减小误差，故将测量仪表经中间电磁式TV与分压器相连接。

如图（c）所示。

2.电容式电压互感器基本结构：电容式电压互感器基本结构原理如图所示。

除上述分析外，在基本结构中尚考虑到其他因素。

（1）当互感器二次侧发生短路时，由于回路中电阻r和剩余电抗（X L-X C）均很小，短路电流可达额定电流的几十倍，此电流在补偿电抗L和电容C2上产生很高的谐振过电压，为了防止过电压引起绝缘击穿，在电容C2两端并联放电间隙。

（2）在二次侧并联电容Ck，使互感器空载时C2上的电压略低于额定电压，而带有负荷时略高于额定电压。

此外，Ck还具有补偿互感器励磁电流和负荷电流中电感分量的作用，从而可减小误差。

（3）当受到二次侧短路或断开等冲击时，由于非线性电抗（TV的一次绕组）的饱和，可能激发产生谐波（常见的是1/3次谐波）铁磁谐振过电压和大电流，对互感器、仪表和继电器将造成危害，并可能导致保护装置误动作（电压互感器开口三角形会出现零序电压）。

为了抑制次谐波的产生，常在互感器二次侧设阻尼电阻rd，rd有经常接入和谐振时自动接人两种方式。

在500~750kV级的电容式互感器中，采用谐振阻尼器，它由一只电感和一只电容并联而后与一只阻尼电阻串联构成。

（4）载波耦合装置接在图中开关的两端，它是一种能接收载波信号的线路元件，其阻抗在工频电压下很小，可以忽略；若不接载波耦合装置，该开关合上。

3.电容式电压互感器的误差：电容式电压互感器的误差由空载误差f0、δ0，负载误差fl、δl 和阻尼器负载电流产生的误差fd、δd等几部分组成。

对采用谐振时自动投入阻尼器者，其fd、δd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，实际频率与额定频率相差愈大，误差愈大。

电容式电压互感器由于结构简单、质量轻、体积小、占地少、成本低，且电压愈高效果愈显着，另外，分压电容还可兼作载波通讯的耦合电容，因此广泛应用于110～500kV中性点直接接地系统。

4.产品类型：电容式电压互感器有三种结构类型：单柱叠装型、全封闭型（适用于GIS）及分装型。

（1）单柱叠装型。

右图为TYD220系列单柱叠装型电容式电压互感器结构图。

电容分压器由上、下节串联组合而成，装在瓷套1内，2、3－上下节电容分压器，瓷套中充满绝缘油；电磁单元装置4由装在同一油箱中的中压互感器、补偿电抗器、保护间隙、阻尼器组成，其中阻尼器由多只釉质线绕电阻并联而成，油箱同时作为互感器的底座；二次出线盒5在电磁单元装置侧面，盒内有二次端子接线板及接线标牌。

左图为法国生产的CCV 系列叠装型电容式电压互感器结构图。

电容器1的每一电容元件由高纯度纤维纸和铝膜卷制而成，经真空、加热、干燥，而后装入瓷套2内，浸入绝缘油3中。

互感器最上部有一由铝合金制成的帽盖，上有阻波器的安装孔，圆柱状（或扁板状）电压连接端也直接安置于帽盖的顶部；帽盖内含有一个腰鼓形膨胀膜盒5（与外界隔绝），用于补偿随温度变化而改变的油的容积；侧面的油位指示器可观察油面的变化。

图中：1－电容器；2－瓷套外壳；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； 8－二次接线盒（2）全封闭型。

全封闭型电容式电压互感器与单柱叠装型类似，其电容分压器装在充有气体的金属封闭结构内，并叠装在电磁单元的油箱上。

（3）分装型。

右图为TYD220系列分装型电容式电压互感器结构图。

与叠装型不同的是，电容分压器、电磁装置及阻尼电阻器装置分开安装，前两者装于户外，后者装在散热良好的金属外壳内并装于户内。

图中：1－瓷套及电容分压器；2－中压互感器及补偿电抗器5.三. 电压互感器的运行规定：1. 互感器的技术参数：（1） 变比及额定电压N N U U Ku 21 U 1N 、U 2N 分别为一二次额定电压大接地系统中一次额定电压为系统额定相电压，二次额定电压100/3（2） 误差变比误差ΔU 为测得的二次电压U2并归算到一次测的电压KU*U2与一次电压实际值之差对一次实际值的百分比角误差为二次电压线路旋转180读与一次电压相量之间的角度，规定超前一次电压为正（3） 等级和容量规定一误差数额表示互感器等级，等级限定了容量。

例如级150VA ，即负载不大于150VA 时可保证误差不大于％（4） 组别和极性：互感器一般为Y0-Y0/12点连接，其它还有V-V 连接，Y-Y0连接及YN,YN,D 开口连接（5）2. 运行规定：（1） 在额定容量下允许长期运行，60KV 及以下电压互感器，其一次侧都应装熔断器，以免互感器出现事故扩大。

110KV 及以上一次测一般不装熔断器，因为这一类互感器采用单相串级式，绝缘强度高，发生事故的可能性比较小，同时熔断器的断流容量亦很难满足要求。

在互感器的二次测应装设熔断器或低压断路器（空气开关），当电压互感器二次回路发生故障时，使之能快速切断，以保证电压互感器不受损坏及不造成保护误动。

运行中不得造成二次侧短路。

（2）电压互感器运行电压不超过其额定电压的110％（3）电压互感器本体及底座工作时，不仅要把一次测断开，而且二次测有明显断开点。

以防反充电。

（4）油浸式电压互感器应装设油位计和呼吸器，以监视油位及减少空气中水分和杂质的影响，新装的110及以上油浸式压变，都应采用全密封式或微正压的金属膨胀器。

（5）高压侧熔断器的额定电流置一般为，断流容量应足够；二次熔丝的额定电流应大于负荷电流的倍四.电压互感器的巡视检查：1.电压互感器瓷瓶是否清洁、完整，有无损坏及裂纹2.引线接头无过热现象，引线无断股、散股现象；3.外壳无锈蚀；4.油位油色应正常，无渗漏油，硅胶变色不应超过1/2；5.金属膨胀器的油面高度指示线与温度标示线基本相符；6.电压互感器的二次侧和外壳接地是否完好；7.无异臭味，无放电声及电磁振动声；8.压变的消谐器和开口三角绕组上防止铁磁谐振的消谐器完好；9.压变高压熔丝完好；10.电压互感器端子箱清洁未受潮，箱内无异常。