什么是電壓互感器

　　電壓互感器（Potential transformer 簡(jiǎn)稱(chēng)PT，Voltage transformer也簡(jiǎn)稱(chēng)VT）和變壓器類(lèi)似，是用來(lái)變換線(xiàn)路上的電壓的儀器。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(jì)算單位；而電壓互感器變換電壓的目的，主要是用來(lái)給測(cè)量?jī)x表和繼電保護(hù)裝置供電，用來(lái)測(cè)量線(xiàn)路的電壓、功率和電能，或者用來(lái)在線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)保護(hù)線(xiàn)路中的貴重設(shè)備、電機(jī)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(guò)一千伏安。詞條介紹了其基本結(jié)構(gòu)、工作原理、主要類(lèi)型、接線(xiàn)方式、注意事項(xiàng)、異常與處理、以及鐵磁諧振等。

　　電壓互感器的基本結(jié)構(gòu)和變壓器很相似，它也有兩個(gè)繞組，一個(gè)叫一次繞組，一個(gè)叫二次繞組。兩個(gè)繞組都裝在或繞在鐵心上。兩個(gè)繞組之間以及繞組與鐵心之間都有絕緣，使兩個(gè)繞組之間以及繞組與鐵心之間都有電氣隔離。電壓互感器在運(yùn)行時(shí)，一次繞組N1并聯(lián)接在線(xiàn)路上，二次繞組N2并聯(lián)接儀表或繼電器。因此在測(cè)量高壓線(xiàn)路上的電壓時(shí)，盡管一次電壓很高，但二次卻是低壓的，可以確保操作人員和儀表的安全。

　　電壓互感器的應(yīng)用發(fā)展

　　目前，智能電網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展，其已成為全球能源發(fā)展和變革中的重大研究課題，其中各類(lèi)電信號(hào)的測(cè)量技術(shù)及其傳感器是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)監(jiān)測(cè)、控制、分析和決策的基礎(chǔ)，也是智能電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵。電壓互感器的準(zhǔn)確性、可靠性、便利性和快速性是電能計(jì)量和繼電保護(hù)、電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)診斷、電力系統(tǒng)故障分析中的關(guān)鍵技術(shù)要求。電磁式電壓互感器（Potential Transformer，PT） 和電容式電壓互感器（Capacitive Voltage Transformer，CVT）在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。雖然電網(wǎng)中普遍使用的電容式電壓互感器和電磁式電流互感器的技術(shù)成熟，而且擁有長(zhǎng)期的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，但它們的測(cè)量線(xiàn)性度較差、瞬變響應(yīng)速度較慢，且電磁式電流互感器的瞬態(tài)誤差特性也不理想。

　　傳統(tǒng)的電磁式電壓互感器存重量大和體積大的特點(diǎn)，而且隨著特超高壓電網(wǎng)的發(fā)展，其絕緣強(qiáng)度要求難度越來(lái)越大，同時(shí)由于具有鐵芯，可能導(dǎo)致發(fā)生鐵磁諧振過(guò)電壓和由鐵磁飽和帶來(lái)的動(dòng)態(tài)范圍變小等缺點(diǎn)，已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)當(dāng)前智能化電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。

　　與電磁式電壓互感器相比，電容式電壓互感器具有更多的優(yōu)點(diǎn)，其分壓結(jié)構(gòu)可以提高互感器的動(dòng)態(tài)范圍，使其更容易提高絕緣強(qiáng)度。但該互感器不能夠及時(shí)跟蹤電壓變化，不能滿(mǎn)足繼保系統(tǒng)中的要求，而且該互感器能夠捕捉到高頻的過(guò)電壓波形，也不能滿(mǎn)足電力系統(tǒng)故障診斷與在線(xiàn)監(jiān)測(cè)要求，而電容式電壓互感器中耦合電容、補(bǔ)償電抗器以及中間變壓器等內(nèi)部?jī)?chǔ)能元件構(gòu)成的RLC 電路會(huì)使得電容式互感器的暫態(tài)特性會(huì)變差，使得當(dāng)一次系統(tǒng)發(fā)生如電壓跌落故障時(shí)，電容式電壓互感器的輸出并不能立即跟隨一次側(cè)輸入變化，并且在高頻過(guò)電壓下，二次側(cè)輸出可能發(fā)生由鐵磁諧振導(dǎo)致的高頻振蕩，無(wú)法反映一次側(cè)輸入波形。在一些不易進(jìn)行直接測(cè)量的場(chǎng)合，如對(duì)高壓套管、被絕緣層包裹的變壓器繞組接頭處等進(jìn)行測(cè)量時(shí)，電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器的使用也具受到了限制。

　　電壓互感器常用接線(xiàn)方式

　　在發(fā)電廠(chǎng)和變電站，由于測(cè)量?jī)x表和繼電保護(hù)裝置要求接入的電壓不同，電壓互感器有不同的接線(xiàn)方式，現(xiàn)將電壓互感器幾種常用接線(xiàn)方式介紹如下。

　　1、單相電壓互感器接線(xiàn)方式

　　圖1為1臺(tái)單相電壓互感器接于AB線(xiàn)電壓上的接線(xiàn)方式。這種接線(xiàn)方式應(yīng)用于單相或三相系統(tǒng)中，只能反映一個(gè)線(xiàn)電壓。

　　2、兩臺(tái)單相電壓互感器VV接線(xiàn)方式

　　圖2為2臺(tái)單相電壓互感器VV接線(xiàn)方式。圖中兩臺(tái)互感器分別接于AB線(xiàn)電壓和BC線(xiàn)電壓上。這種接線(xiàn)方式只用2臺(tái)單相電壓互感器就可以取得3個(gè)線(xiàn)電壓，但是不能取得相電壓。

　　3、單相電壓互感器星形接線(xiàn)方式

　　圖3為3臺(tái)單相電壓互感器YY接線(xiàn)方式。3臺(tái)互感器分別接于3個(gè)相電壓，一次繞組中性點(diǎn)可以引出接地，二次繞組可以從中性點(diǎn)引出中性線(xiàn)，能夠取得相電壓和線(xiàn)電壓。

　　4、相三柱式電壓互感器星形接線(xiàn)方式

　　圖４為1臺(tái)三相電壓互感器YY接線(xiàn)方式。這種接線(xiàn)與3臺(tái)單相電壓互感器YY接線(xiàn)方式相同，能夠取得相對(duì)電網(wǎng)中性點(diǎn)相電壓和線(xiàn)電壓，不同的是一次側(cè)中性點(diǎn)不能接地（在后面電壓互感器接地方式中分析），一次側(cè)中性點(diǎn)一般不引出，這種接線(xiàn)不能取得零序電壓。

　　5、五柱式電壓互感器接線(xiàn)方式

　　三相五柱式電壓互感器是具有五個(gè)磁柱的三相三繞組電壓互感器，如圖5所示。二次側(cè)有兩個(gè)二次繞組，一個(gè)主二次繞組，一個(gè)輔助二次繞組。一次繞組和主二次繞組成星形接線(xiàn)，輔助二次繞組接成零序電壓回路。這種接線(xiàn)方式可以取得相電壓、線(xiàn)電壓和零序電壓。

　　電壓互感器接地方式的選擇

　　電壓互感器接地分為一次繞組接地、二次繞組接地和鐵芯接地。在電壓互感器外殼上有一個(gè)接地樁頭，這是鐵芯和外殼的接地點(diǎn)，起安全保護(hù)作用。下面主要分析電壓互感器一次繞組和二次繞組接地方式的選擇。

　　1、次繞組接地選擇

　　電壓互感器一次繞組接地主要是工作接地的需要，為了取得零序電壓，用于零序保護(hù)回路。電壓互感器是負(fù)載，發(fā)電機(jī)、變壓器是電源，電壓互感器中性點(diǎn)接地與發(fā)電機(jī)、變壓器中性點(diǎn)接地的作用是不同的。

　　由3只單相電壓互感器組成星形接線(xiàn)時(shí)，其一次側(cè)中性點(diǎn)一般接地。因?yàn)殡妷夯ジ衅髟谙到y(tǒng)中不僅有電壓測(cè)量，而且還起繼電保護(hù)的作用。當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)，系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)零序電流。如果一次側(cè)中性點(diǎn)沒(méi)有接地，一次側(cè)就沒(méi)有零序電流通路，二次側(cè)開(kāi)口三角形線(xiàn)圈兩端也就不會(huì)感應(yīng)出零序電壓，零序電壓繼電器就不會(huì)動(dòng)作，不發(fā)接地信號(hào)。

　　對(duì)于三相五柱式電壓互感器，其一次側(cè)中性點(diǎn)同樣要接地。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，構(gòu)成零序電流回路。

　　由1臺(tái)單相電壓互感器接線(xiàn)和2只單相電壓互感器組成的VV形接線(xiàn)時(shí)，其一次側(cè)是不允許接地的，因?yàn)檫@相當(dāng)于系統(tǒng)的一相直接接地。

　　三相三柱式電壓互感器一次繞組中性點(diǎn)不能接地。因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，鐵芯中將出現(xiàn)大小相等、相位相同零序磁通，由于鐵芯是三相三柱的，同方向的零序磁通不能在鐵芯內(nèi)形成閉合回路，只能通過(guò)氣隙和鐵芯外殼形成閉合磁路，使磁阻變得很大，零序電流將增加很多，可能使互感器的繞組過(guò)熱而被燒毀。

　　2、次繞組接地選擇

　　二次繞組接地主要是安全接地，當(dāng)一次、二次側(cè)繞組間的絕緣被高壓擊穿時(shí)，一次側(cè)的高壓會(huì)竄到二次側(cè)，有了二次側(cè)的接地，能確保人員和設(shè)備的安全，所以規(guī)程規(guī)定電壓互感器二次繞組必須接地。電壓互感器二次繞組接地方式與保護(hù)、測(cè)量表計(jì)、同步電壓及電壓互感器二次接線(xiàn)有關(guān)，一般有中性點(diǎn)接地和B相接地兩種方式，但是中性點(diǎn)和B相不能同時(shí)接地。

　　1）B相接地應(yīng)用分析

　　同步回路中，中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，單相接地時(shí)，中性點(diǎn)發(fā)生位移，不能用相電壓同步，必須用線(xiàn)電壓同步，同步點(diǎn)兩側(cè)電壓互感器采用B相接地，B相公用，可以簡(jiǎn)化同期接線(xiàn)，減少二次電纜芯數(shù)和同期開(kāi)關(guān)的檔數(shù)，節(jié)省設(shè)備。在測(cè)量回路中，大多數(shù)表計(jì)均接線(xiàn)電壓，B相接地公用，引線(xiàn)方便，對(duì)只需線(xiàn)電壓的回路，可采用VV接線(xiàn)的電壓互感器。B相接地時(shí)，當(dāng)A、C相任一相發(fā)生接地時(shí)，及構(gòu)成二次繞組兩相短路，熔斷器熔斷，失去接地點(diǎn)，一般又在中性點(diǎn)經(jīng)擊穿保險(xiǎn)接地。這樣增加了設(shè)備，同時(shí)，在正常情況下如擊穿保險(xiǎn)擊穿，將使B相繞組短路。B相接地對(duì)距離保護(hù)也是不利的，因?yàn)槿绻憔€(xiàn)上串接的隔離開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)ＧＳ不可靠而斷開(kāi)，100KV以上電壓距離保護(hù)有斷線(xiàn)閉鎖裝置失去作用，這時(shí)再發(fā)生一相或兩相斷線(xiàn)時(shí)，距離保護(hù)會(huì)誤動(dòng)作。

　　2）中性點(diǎn)接地應(yīng)用分析

　　電壓互感器中性點(diǎn)接地，中性點(diǎn)無(wú)任何斷開(kāi)觸點(diǎn)，可靠性高，對(duì)距離保護(hù)無(wú)影響，也無(wú)B相接地相關(guān)問(wèn)題，接線(xiàn)簡(jiǎn)單。另外，中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，電壓互感器中性點(diǎn)接地，同步回路中，可以采用輔助二次繞組的相電壓同步。對(duì)測(cè)量回路，表計(jì)均需三相接入，引線(xiàn)較復(fù)雜。

　　3非有效接地系統(tǒng)三相五柱式電壓互感器接線(xiàn)分析

　　在35KV及以下非有效接地系統(tǒng)中，母線(xiàn)電壓互感器二次繞組一般采用B相接地，如圖６所示。這種接地方式可以簡(jiǎn)化同期系統(tǒng)接線(xiàn)，在發(fā)電廠(chǎng)中應(yīng)用較普遍。

　　1、地點(diǎn)的設(shè)置

　　B相接地點(diǎn)一般設(shè)在端子箱內(nèi)熔斷器之后，這樣當(dāng)中性線(xiàn)發(fā)生接地故障時(shí)，形成B相繞組短路，熔斷器可以保護(hù)。接地點(diǎn)設(shè)在熔斷器之后也有缺點(diǎn)，一旦熔斷器熔斷，則整個(gè)互感器二次側(cè)將失去保護(hù)接地點(diǎn)，如果高壓絕緣損壞，電壓串到二次側(cè)，危及設(shè)備和人身安全。所以，在熔斷器之后接地情況下，一般在中性點(diǎn)增加一個(gè)擊穿保險(xiǎn)接地點(diǎn)，當(dāng)電壓超過(guò)一定值，間隙擊穿，起保護(hù)接地作用。電壓互感器引出線(xiàn)除接地B相外，其他各引出線(xiàn)端都經(jīng)電壓互感器輔助觸點(diǎn)QS1引出。這樣，當(dāng)電壓互感器停電檢修時(shí)，在斷開(kāi)隔離開(kāi)關(guān)的同時(shí)，二次接線(xiàn)也自動(dòng)斷開(kāi)，防止二次側(cè)向一次側(cè)反送電，造成事故。由于隔離開(kāi)關(guān)現(xiàn)場(chǎng)輔助觸點(diǎn)常出現(xiàn)接觸不良情況，而中性線(xiàn)如果接觸不良難以發(fā)現(xiàn)，一般在中性線(xiàn)采用兩對(duì)輔助觸點(diǎn)并聯(lián)，以增加其可靠性

　　2、助二次繞組的作用輔助二次繞組接成開(kāi)口三角形，額定電壓為100/3V，起絕緣監(jiān)察作用。正常運(yùn)行時(shí)，三相電壓對(duì)稱(chēng)，開(kāi)口三角形無(wú)電壓輸出。當(dāng)一次系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，開(kāi)口三角形繞組回路中出現(xiàn)零序電壓，絕緣監(jiān)察繼電器動(dòng)作，發(fā)出單相接地信號(hào)。開(kāi)口三角形不裝設(shè)熔斷器保護(hù)，正常時(shí)，開(kāi)口三角形無(wú)電壓輸出，引出端子上無(wú)電壓，熔斷器不起作用，如果熔斷器熔斷未被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，反而影響絕緣監(jiān)察裝置正確動(dòng)作。

　　4、有效接地系統(tǒng)三相五柱式電壓互感器接線(xiàn)分析

　　在100KV及以上有效接地系統(tǒng)中，電壓互感器二次繞組一般采用中性點(diǎn)接地方式，如圖7所示。

　　1、中性點(diǎn)接地的特點(diǎn)100KV及以上線(xiàn)路一般裝有距離保護(hù)裝置，互感器中性點(diǎn)接地，二次側(cè)中性線(xiàn)不接任何開(kāi)關(guān)和輔助觸點(diǎn)，距離保護(hù)電壓回路斷線(xiàn)閉鎖裝置可靠性高。同時(shí)為保證在電壓互感器較遠(yuǎn)處發(fā)生短路，能迅速將故障相斷開(kāi)，使斷線(xiàn)閉鎖裝置快速可靠閉鎖距離保護(hù)，二次繞組設(shè)快速自動(dòng)開(kāi)關(guān)保護(hù)。

　　2、輔助二次繞組的作用

　　輔助二次繞組首尾相連接成開(kāi)口三角形，二次繞組額定電壓為100V。輔助二次繞組主要用于零序保護(hù)和同期電壓。

　　電壓互感器的接線(xiàn)方式與測(cè)量、保護(hù)、同期等二次接線(xiàn)有關(guān)，接線(xiàn)方式很多，接線(xiàn)也很復(fù)雜，尤其是接地的問(wèn)題和輔助繞組在應(yīng)用中容易出錯(cuò)。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)引起重視。