3互感器试验方法

互感器试验方法

1 基本概念

1.1 概述

典型的互感器是利用电磁感应原理将高电压转换成低电压，或将大电流转换成小电流，为测量装置、保护装置、控制装置提供合适的电压或电流信号。电力系统常用的电压互感器，其一次侧电压与系统电压有关，通常是几百伏～几百千伏，标准二次电压通常是100V 和100V/3两种；而电力系统常用的电流互感器，其一次侧电流通常为几安培～几万安培，标准二次电流通常有5A 、1A 、0.5A 等。

1.2 电压互感器的原理

电压互感器的原理与变压器相似，如图1.1所示。一次绕组(高压绕组)和二次绕组(低压绕组)绕在同一个铁芯上，铁芯中的磁通为Ф。根据电磁感应定律，绕组的电压U 与电压频率f 、绕组的匝数W 、磁通Ф的关系为：

图1.1 电压互感器原理

U = K f WФ （1.1） 式中，K 为常数。

也可变换为：

W

f K U =

Φ （1.2） 由于磁路中只有一个磁通Ф，所以：

2211W f K U W f K U = （1.3） 整理后得：

2

121W W U U = （1.4） 即电压互感器一、二次的电压比等于一、二次绕组的匝数比。

1.3 电流互感器的原理

在原理上也与变压器相似，如图1.2所示。与电压互感器的主要差别是：正常工作状态下，一、二次绕组上的压降很小（注意不是指对地电压），相当于一个短路状态的变压器，所以铁芯中的磁通Ф也很小，这时一、二次绕组的磁势F （F=IW ）大小相等，方向相反。 即：

2211W I W I = （1.5）

变换后可得：

1

221W W I I = （1.6） 即电流互感器一、二次之间的电流比与一、二次绕组的匝数成反比。

图1.2 电流互感器的原理

1.4 互感器绕组的端子和极性

电压互感器绕组分为首端和尾端，对于全绝缘的电压互感器，一次绕组的首端和尾端可承受的对地电压是一样的，而半绝缘结构的电压互感器，尾端可承受的电压一般只有几kV 左右。常见的用A 和X 分别表示电压互感器一次绕组的首端和尾端，用a 、x 或P1、 P2表示电压互感器二次绕组的首端或尾端；电流互感器常见的用L 1 、L 2分别表示一次绕组首端和尾端，二次绕组则用K 1、K 2或S1、S2表示首端或尾端，不同的生产厂家其标号可能不一样，通常用下标1表示首端，下标2表示尾端。

当端子的感应电势方向一致时，称为同名端；反过来说，如果在同名端通入同方向的直流电流，它们在铁芯中产生的磁通也是同方向的。标号同为首端或同为尾端的端子而且感应电势方向一致，这种标号的绕组称为减极性，如图1.3a 所示，此时A-a 端子的电压是两个绕组感应电势相减的结果。在互感器中正确的标号规定为减极性。

图1.3b 是错误的极性（加极性），此时一、二次绕组的同名端感应电势的方向是相反的。不管是电流互感器还是电压互感器，极性错误（或接错端子）都可能会造成计量、保护、控制的错误。比如：

（1）用于计量时，功率反向；

（2）用于保护时，造成保护误动；

（3）用于同期回路时，造成非同期合闸。

a 减极性

b 加极性

图1.3 减极性和加极性原理

1.5互感器的绝缘结构

（1）干式

（2）油浸式

（3）SF6绝缘。

1.6 电压互感器的结构

（1）串级式电压互感器

采用串级式结构可以降抵主绝缘的要求，高压绕组对铁芯的电压只有最高电压的1/4，可以降低制造成本。结构如图1.4、图1.5所示。

图1.4 串级式电压互感器原理接线图图1.5 110kV串级式电压互感器

（2）全绝缘油浸式电压互感器

全绝缘油浸式电压互感器的A端和X端对地绝缘水平是相同的，多见于35kV及以下的电压互感器，结构见图1.6。

（3）全绝缘干式电压互感器

结构见图1.7。

图1.6 全绝缘10kV 油浸式电压互感器 图1.7 全绝缘干式电压互感器

（4）SF6绝缘电压互感器

SF6绝缘电压互感器有与GIS 配套的结构，也有室外独立安装的独立式结构，其外形见图1.8，内部结构见图1.9。

（5）电容式电压互感器（CVT ）

电容式电压互感器采用电容器分压的原理先将系统电压降为1.3万伏左右，再通过中间变压器降为标准的二次电压。结构见图1.10。

CVT 一次电压U 1与中间电压U Z 的关系为：

1

21Z 1C C C U U += （1.7）

图1.8 六氟化硫绝缘电压互感器

图1.9 SF6绝缘独立式电压互感器

a 普通结构

b 带有地刀K1

图1.10 电容式电压互感器原理接线图

1.7 电流互感器的结构

（1）串级式

图1.11 串级式电流互感器

串级式电流互感器可以降低绝缘要求，但由于是几个电流互感器串接，增加了误差。

（2）油浸电容型绝缘

a．油浸电容型正立式电流互感器的内部结构见图1.12。

图1.12 油浸电容型正立式电流互感器

b．油浸倒立式电流互感器的结构见图1.13和图1.14。

合资产倒立式电流互感器的二次铁芯线圈内置于圆形铁心外罩内，二次引线通过与铁心外罩直接焊接的圆柱形金属管引出(运行中金属管直接接地)，铁心外罩与直接焊接的圆柱形金属铝管外绕绝缘层，绝缘层内设置若干电容屏构成主电容，绝缘层最外一层电容称“未屏”，与设备高压端相连。从结构上分析，高压端对铁心外罩有一个电容，对金属铝管又有一个电容，这2个电容并联构成主电容。接近金属管最里一屏电容称“零屏”，运行中外引接地。正常运行时设备的二次引线金属管与“零屏”同时接地。

国产倒立式电流互感的设计基本原理、绝缘结构与进口或合资设备相同，所不同的是二次引线的金属管与金属管的零屏引线焊接在一起，组装后外引接地，瓷套内二次引线金属管不再接地固定。国产倒置式流变这种将器身接地的方式主要考虑运行中的维护，因此现场实际测量中用传统的电桥正接法就能测量出设备的整体电容与介质损耗。