[科普中国]-保护用电压互感器

电压互感器是发电厂、变电所等输电和供电系统不可缺少的一种电器。精密电压互感器是电测试验室中用来扩大量限，测量电压、功率和电能的一种仪器。电压互感器是一个带铁心的变压器，它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。是一类电工仪器仪表，在核电站和能源科学上较为常见和使用。

详细介绍35-500kV耦合电容器电压互感器和变压器很相像，都是用来变换线路上的电压。但是变压器变换电压的目的是为了输送电能，因此容量很大，一般都是以千伏安或兆伏安为计算单位；而电压互感器变换电压的目的，主要是用来给测量仪表和继电保护装置供电，来测量线路的电压、功率和电能，或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器，因此电压互感器的容量很小，一般都只有几伏安、几十伏安，最大也不超过一千伏安。

线路上为什么需要变换电压呢？这是因为根据发电、输电和用电的不同情况，线路上的电压大小不一，且相差悬殊，有的是低压220V和380V，有的是高压几万伏甚至几十万伏。要直接测量这些低压和高压电压，就需要根据线路电压的大小，制作相应的低压和高压的电压表和其他仪表和继电器。这样不仅会给仪表制作带来很大困难，而且更主要的是，要直接制作高压仪表，直接在高压线路上测量电压，那是不可能的，而且也是绝对不允许的。

电压互感器的基本结构和变压器很相似，它也有两个绕组，一个叫一次绕组，一个叫二次绕组。两个绕组都装在或绕在铁心上。两个绕组之间以及绕组与铁心之间都有绝缘，使两个绕组之间以及绕组与铁心之间都有电的隔离。电压互感器在运行时，一次绕组N1并联接在线路上，二次绕组N2并联接仪表或继电器。因此在测量高压线路上的电压时，尽管一次电压很高，但二次却是低压的，可以确保操作人员和仪表的安全。

背景在全球经济一体化建设进程不断加剧与城市化建设规模持续扩大的推动作用之下，电力系统建设事业在整个国民经济建设发展体系中所占据的地位日益关键。可以说，电力系统的建设发展程度与整个经济社会的建设发展程度是息息相关的。相关工作人员应当明确一个方面的问题：对于传统意义上的保护用电压互感器接线方式而言，电压互感器中的三次绕组零线线路以及二次绕组中性线线路多自开关场开始就共用一根导线直接引入控制室当中进行接地处理。1

工作原理在测量交变电流的大电压时，为能够安全测量在火线和地线之间并联一个变压器（接在变压器的输入端），这个变压器的输出端接入电压表，由于输入线圈的匝数大于输出线圈的匝数，因此输出电压小于输入电压，电压互感器就是降压变压器。电容式电压互感器(CTV)主要是由电容分压器、中间变压器、补偿电抗器、 阻尼器和负载等部分组成。
在电容式电压互感器中含有电容分压器，它把一次电压降低到一定的水平，然后 供后面的电磁单元进行处理。这样从一次侧 看电压互感器呈容性，能有效避免串级式电 磁式电压互感器(一次侧呈感性)与电源侧 开关断口电容等构成的串联谐振回路，以及 串级式电磁型电压互感器耐过电压能力低的弱点。
电流互感器：
在测量交变电流的大电流时,为能够安全测量在火线(或地线)上串联一个变压器(接在变压器的输入端),这个变压器的输出端接入电流表,由于输入线圈的匝数小于输出线圈的匝数,因此输出电流小于输入电流(这时的输出电压大于输入电压,但是由于变压器是串联在电路中所以输入电压很小,输出电压也不大),电流互感器就是升压(降流)变压器。

特点在保护用电压互感器二次接线中, 电压互感器应该满足以下两个方面的特点:一是应该满足一次回路额定电压的相关要求;二是电压互感器的容量和准确等级 (如:电压互感器剩余绕组) 都应该满足测量仪器、自动装置以及保护装置的相关规定。2

常见故障(1)悬浮电位放电，可能是穿芯螺栓和铁芯连接松动，造成螺栓处于悬浮电位；金属异物处于悬浮电位放电；绝缘支架螺母电位悬浮；
(2)电弧放电，可以是串级绕组对铁芯放电，绝缘支持架不良而放电；绝缘进水受潮；一次绕组末端未接地；
(3)过热性故障。电压互感器故障原因统计[1]

感器区别电容式电压互感器主要区别是正常运行时工作状态很不相同，表现为：
1）电流互感器二次可以短路，但不得开路；电压互感器二次可以开路，但不得短路；
2）相对于二次侧的负荷来说，电压互感器的一次内阻抗较小以至可以忽略，可以认为电压互感器是一个电压源；而电流互感器的一次却内阻很大，以至可以认为是一个内阻无穷大的电流源。
3）电压互感器正常工作时的磁通密度接近饱和值，故障时磁通密度下降；电流互感器正常工作时磁通密度很低，而短路时由于一次侧短路电流变得很大，使磁通密度大大增加，有时甚至远远超过饱和值。

作用用途电容式电压互感器电压互感器的作用是：把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用。同时，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。电压互感器虽然也是按照电磁感应原理工作的设备，但它的电磁结构关系与电流互感器相比正好相反。电压互感器二次回路是高阻抗回路，二次电流的大小由回路的阻抗决定。当二次负载阻抗减小时，二次电流增大，使得 一次电流自动增大一个分量来满足一、二次侧之间的电磁平衡关系。可以说，电压互感器是一个被限定结构和使用形式的特殊变压器。

电压互感器是发电厂、变电所等输电和供电系统不可缺少的一种电器。

精密电压互感器是电测试验室中用来扩大量限，测量电压、功率和电能的一种仪器。

电压互感器和变压器很相象，主要是给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能，或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压，因此电

35-750kV电容式电压互感器

压互感器的容量很小，一般都只有几伏安、几十伏安，最大也不超过一千伏安。

线路上为什么需要变换电压呢?这是因为根据发电、输电和用电的不同情况线路上的电压大小不一，制作相应的低压和高压的电压表和其他仪表和继
电器。这样不仅会给仪表制作带来很大的困难，而且更主要的是，要直接制作高压仪表，直接在高压线路上测量电压。那是不可能的，而且也是绝对不允许的。

如果在线路上接入电压互感器变换电压，那么就可以把线路上的低压和高压电压，按相应的比例，统一变换为一种或几种低压电压，只要用一种或几种电压规格的仪表和继电器，例如通用的电压为100V的仪表，就可以通过电压互感器，测量和监视线路上的电压。

接地方式在以往的保护用电压互感器的接线方式中,二次绕组中性线和三次绕组的零线常常从开关场共用一根导线引入控制室接地。对这种接线,原电力部在相关的事故通报和规程中都明确规定保护用电压互感器的二次回路和三次回路必须相互独立。3

电压互感器的接地方式通常有三种：

1、一次侧中性点接地

2、二次侧线圈接地

3、互感器铁芯接地

三种接地的作用不尽相同，如下：

1）一次侧中性点接地。由三只单相电压互感器组成星形接线时，其一次侧中性点必须接地。如下图所示。因为电压互感器在系统中不仅有电压测量，而且还起继电保护的作用。

电压互感器
当系统中发生单相接地时，系统中会出现零序电流。如果一次侧中性点没有接地，那么一次侧就没有零序电流通路，二次侧开口三角形线圈两端也就不会感应出零序电压，继电器KV就不会动作，发不出接地信号。

对于三相五柱式电压互感器，其一次侧中性点同样要接地。

由两只单相电压互感器组成的V-V形接线时，其一次侧是不允许接地的，因为这相当于系统的一相直接接地。而应在二次中性点接地，如下图所示。

电压互感器
2）二次侧接地。电压互感器二次侧要有一个接地点，这主要是出于安全上的考虑。当一次、二次侧绕组间的绝缘被高压击穿时，一次侧的高压会窜到二次侧，有了二次侧的接地，能确保人员和设备的安全。另外，通过接地，可以给绝缘监视装置提供相电压。

二次侧的接地方式通常有中性点接地和V相接地两种，如下图所示。

电压互感器
根据继电保护等具体要求加以选用。

采用V相接地时，中性点不能再直接接地。为了避免一、二次绕组间绝缘击穿后，一次侧高压窜入二次侧，故在二次侧中性点通过一个保护间隙接地。当高压窜入二次侧时，间隙击穿接地，v相绕组被短接，该相熔断器会熔断，起到保护作用。

二次侧接地点按规程规定，均应选在主控室保护屏经端子排接地，而在配电装置处只设置试验检修时的安全接地点。

3）铁心接地，在电压互感器外壳上有一个接地桩头，这是铁心和外壳的接地点，起安全保护作用。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所