保護用電壓互感器

電壓互感器是發電廠、變電所等輸電和供電系統不可缺少的一種電器。精密電壓互感器是電測試驗室中用來擴大量限，測量電壓、功率和電能的一種儀器。電壓互感器是一個帶鐵心的變壓器，它主要由一、二次線圈、鐵心和絕緣組成。是一類電工儀器儀表，在核電站和能源科學上較為常見和使用。

基本介紹

• 中文名：保護用電壓互感器
• 外文名：protective voltage transformer
• 地方：發電廠、變電所
• 類型：一種電器
• 屬性：一個帶鐵心的變壓器
• 領域：電力

詳細介紹

35-500kV耦合電容器電壓互感器和變壓器很相像，都是用來變換線路上的電壓。但是變壓器變換電壓的目的是為了輸送電能，因此容量很大，一般都是以千伏安或兆伏安為計算單位；而電壓互感器變換電壓的目的，主要是用來給測量儀表和繼電保護裝置供電，來測量線路的電壓、功率和電能，或者用來線上路發生故障時保護線路中的貴重設備、電機和變壓器，因此電壓互感器的容量很小，一般都只有幾伏安、幾十伏安，最大也不超過一千伏安。

線路上為什麼需要變換電壓呢？這是因為根據發電、輸電和用電的不同情況，線路上的電壓大小不一，且相差懸殊，有的是低壓220V和380V，有的是高壓幾萬伏甚至幾十萬伏。要直接測量這些低壓和高壓電壓，就需要根據線路電壓的大小，製作相應的低壓和高壓的電壓表和其他儀表和繼電器。這樣不僅會給儀表製作帶來很大困難，而且更主要的是，要直接製作高壓儀表，直接在高壓線路上測量電壓，那是不可能的，而且也是絕對不允許的。

電壓互感器的基本結構和變壓器很相似，它也有兩個繞組，一個叫一次繞組，一個叫二次繞組。兩個繞組都裝在或繞在鐵心上。兩個繞組之間以及繞組與鐵心之間都有絕緣，使兩個繞組之間以及繞組與鐵心之間都有電的隔離。電壓互感器在運行時，一次繞組N1並聯接線上路上，二次繞組N2並聯接儀表或繼電器。因此在測量高壓線路上的電壓時，儘管一次電壓很高，但二次卻是低壓的，可以確保操作人員和儀表的安全。

背景

在全球經濟一體化建設進程不斷加劇與城市化建設規模持續擴大的推動作用之下，電力系統建設事業在整個國民經濟建設發展體系中所占據的地位日益關鍵。可以說，電力系統的建設發展程度與整個經濟社會的建設發展程度是息息相關的。相關工作人員應當明確一個方面的問題：對於傳統意義上的保護用電壓互感器接線方式而言，電壓互感器中的三次繞組零線線路以及二次繞組中性線線路多自開關場開始就共用一根導線直接引入控制室當中進行接地處理。

工作原理

在測量交變電流的大電壓時，為能夠安全測量在火線和地線之間並聯一個變壓器（接在變壓器的輸入端），這個變壓器的輸出端接入電壓表，由於輸入線圈的匝數大於輸出線圈的匝數，因此輸出電壓小於輸入電壓，電壓互感器就是降壓變壓器。電容式電壓互感器(CTV)主要是由電容分壓器、中間變壓器、補償電抗器、 阻尼器和負載等部分組成。
在電容式電壓互感器中含有電容分壓器，它把一次電壓降低到一定的水平，然後 供後面的電磁單元進行處理。這樣從一次側 看電壓互感器呈容性，能有效避免串級式電 磁式電壓互感器(一次側呈感性)與電源側 開關斷口電容等構成的串聯諧振迴路，以及 串級式電磁型電壓互感器耐過電壓能力低的弱點。
電流互感器：
在測量交變電流的大電流時,為能夠安全測量在火線(或地線)上串聯一個變壓器(接在變壓器的輸入端),這個變壓器的輸出端接入電流表,由於輸入線圈的匝數小於輸出線圈的匝數,因此輸出電流小於輸入電流(這時的輸出電壓大於輸入電壓,但是由於變壓器是串聯在電路中所以輸入電壓很小,輸出電壓也不大),電流互感器就是升壓(降流)變壓器。

特點

在保護用電壓互感器二次接線中, 電壓互感器應該滿足以下兩個方面的特點:一是應該滿足一次迴路額定電壓的相關要求;二是電壓互感器的容量和準確等級 (如:電壓互感器剩餘繞組) 都應該滿足測量儀器、自動裝置以及保護裝置的相關規定。

常見故障

(1)懸浮電位放電，可能是穿芯螺栓和鐵芯連線鬆動，造成螺栓處於懸浮電位；金屬異物處於懸浮電位放電；絕緣支架螺母電位懸浮；
(2)電弧放電，可以是串級繞組對鐵芯放電，絕緣支持架不良而放電；絕緣進水受潮；一次繞組末端未接地；
(3)過熱性故障。電壓互感器故障原因統計^[1]

感器區別

電容式電壓互感器主要區別是正常運行時工作狀態很不相同，表現為：
1）電流互感器二次可以短路，但不得開路；電壓互感器二次可以開路，但不得短路；
2）相對於二次側的負荷來說，電壓互感器的一次內阻抗較小以至可以忽略，可以認為電壓互感器是一個電壓源；而電流互感器的一次卻內阻很大，以至可以認為是一個內阻無窮大的電流源。
3）電壓互感器正常工作時的磁通密度接近飽和值，故障時磁通密度下降；電流互感器正常工作時磁通密度很低，而短路時由於一次側短路電流變得很大，使磁通密度大大增加，有時甚至遠遠超過飽和值。

作用用途

電容式電壓互感器電壓互感器的作用是：把高電壓按比例關係變換成100V或更低等級的標準二次電壓，供保護、計量、儀表裝置使用。同時，使用電壓互感器可以將高電壓與電氣工作人員隔離。電壓互感器雖然也是按照電磁感應原理工作的設備，但它的電磁結構關係與電流互感器相比正好相反。電壓互感器二次迴路是高阻抗迴路，二次電流的大小由迴路的阻抗決定。當二次負載阻抗減小時，二次電流增大，使得 一次電流自動增大一個分量來滿足一、二次側之間的電磁平衡關係。可以說，電壓互感器是一個被限定結構和使用形式的特殊變壓器。

電壓互感器是發電廠、變電所等輸電和供電系統不可缺少的一種電器。

精密電壓互感器是電測試驗室中用來擴大量限，測量電壓、功率和電能的一種儀器。

電壓互感器和變壓器很相象，主要是給測量儀表和繼電保護裝置供電，用來測量線路的電壓、功率和電能，或者用來線上路發生故障時保護線路中的貴重設備、電機和變壓，因此電

35-750kV電容式電壓互感器

壓互感器的容量很小，一般都只有幾伏安、幾十伏安，最大也不超過一千伏安。

線路上為什麼需要變換電壓呢?這是因為根據發電、輸電和用電的不同情況線路上的電壓大小不一，製作相應的低壓和高壓的電壓表和其他儀表和繼
電器。這樣不僅會給儀表製作帶來很大的困難，而且更主要的是，要直接製作高壓儀表，直接在高壓線路上測量電壓。那是不可能的，而且也是絕對不允許的。

如果線上路上接入電壓互感器變換電壓，那么就可以把線路上的低壓和高壓電壓，按相應的比例，統一變換為一種或幾種低壓電壓，只要用一種或幾種電壓規格的儀表和繼電器，例如通用的電壓為100V的儀表，就可以通過電壓互感器，測量和監視線路上的電壓。

接地方式

在以往的保護用電壓互感器的接線方式中,二次繞組中性線和三次繞組的零線常常從開關場共用一根導線引入控制室接地。對這種接線,原電力部在相關的事故通報和規程中都明確規定保護用電壓互感器的二次迴路和三次迴路必須相互獨立。

電壓互感器的接地方式通常有三種：

1、一次側中性點接地

2、二次側線圈接地

3、互感器鐵芯接地

三種接地的作用不盡相同，如下：

1）一次側中性點接地。由三隻單相電壓互感器組成星形接線時，其一次側中性點必須接地。如下圖所示。因為電壓互感器在系統中不僅有電壓測量，而且還起繼電保護的作用。

電壓互感器
當系統中發生單相接地時，系統中會出現零序電流。如果一次側中性點沒有接地，那么一次側就沒有零序電流通路，二次側開口三角形線圈兩端也就不會感應出零序電壓，繼電器KV就不會動作，發不出接地信號。

對於三相五柱式電壓互感器，其一次側中性點同樣要接地。

由兩隻單相電壓互感器組成的V-V形接線時，其一次側是不允許接地的，因為這相當於系統的一相直接接地。而應在二次中性點接地，如下圖所示。

電壓互感器
2）二次側接地。電壓互感器二次側要有一個接地點，這主要是出於安全上的考慮。當一次、二次側繞組間的絕緣被高壓擊穿時，一次側的高壓會竄到二次側，有了二次側的接地，能確保人員和設備的安全。另外，通過接地，可以給絕緣監視裝置提供相電壓。

二次側的接地方式通常有中性點接地和V相接地兩種，如下圖所示。

電壓互感器
根據繼電保護等具體要求加以選用。

採用V相接地時，中性點不能再直接接地。為了避免一、二次繞組間絕緣擊穿後，一次側高壓竄入二次側，故在二次側中性點通過一個保護間隙接地。當高壓竄入二次側時，間隙擊穿接地，v相繞組被短接，該相熔斷器會熔斷，起到保護作用。

二次側接地點按規程規定，均應選在主控室保護屏經端子排接地，而在配電裝置處只設定試驗檢修時的安全接地點。

3）鐵心接地，在電壓互感器外殼上有一個接地樁頭，這是鐵心和外殼的接地點，起安全保護作用。