電壓互感器培訓(xùn)課件

1、電壓互感器目前電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的電壓互感器，用TV表示。按其工作原理可分為電磁式和電容分壓式兩種。對(duì)于500KV電壓等級(jí)，我國(guó)只生產(chǎn)電容分壓式，本節(jié)將著重分析此種互感器。一、電磁式電壓互感器1.電磁式電壓互感器的工作原理電磁式電壓互感器的工作原理、構(gòu)造和接線方式都與變壓器相似。它與變壓器相比有如下特點(diǎn)：(1)容量很小，通常只有幾十到幾百伏安。(2)電壓互感器一次側(cè)的電壓U1為電網(wǎng)電壓，不受互感器二次側(cè)負(fù)荷的影響，一次側(cè)電壓高，需有足夠的絕緣強(qiáng)度。(3)互感器二次側(cè)負(fù)荷主要是測(cè)量?jī)x表和繼電器的電壓線圈，其阻抗很大，通過(guò)的電流很小，所以電壓互感器的正常工作狀態(tài)接近于空載狀態(tài)。電壓互感器一、二次繞組

2、額定電壓之比稱為電壓互感器的額定變(壓)比，即Ku=UnJUn2-NJN2UJU2(7-7)N,N2互感器一、二次繞組匝數(shù)；Uyu2互感器一次實(shí)際電壓和二次電壓測(cè)量值；Uw等于電網(wǎng)額定電壓，Um已統(tǒng)一為100(或100/匕)V,所以,也標(biāo)準(zhǔn)化了。2.電壓互感器誤差電壓互感器的等值電路與普通變壓器相同，其簡(jiǎn)化相量圖如圖77所示。由于存在勵(lì)磁電流和內(nèi)阻抗，使得從二次側(cè)測(cè)算的一次電壓近似值KJ)?與一次電壓實(shí)際值U1大小不等，相位差也不等180。，產(chǎn)生了電壓誤差和相位誤差，兩種誤差定義如下。電壓誤差為fu=(KJUp/UiX100%U0時(shí)，4為負(fù)，反之為正。圖77電磁式電壓互感器簡(jiǎn)化相量相位誤差為旋

3、轉(zhuǎn)180的二次電壓相量一U2與一次電壓相量U1之間成夾角u,并規(guī)定一U2超前于J時(shí)相位誤差為正，反之為負(fù)。這兩種誤差除受互感器構(gòu)造影響外，還與二次側(cè)負(fù)荷及其功率因數(shù)有關(guān)，二次側(cè)負(fù)荷電流增大，其誤差也增大。國(guó)家規(guī)定電壓互感器準(zhǔn)確級(jí)等級(jí)分為四級(jí)，即0.2、0.5、1和3級(jí)。電壓互感器的準(zhǔn)確級(jí)，是指在規(guī)定的一次電壓和二次負(fù)荷變化范圍內(nèi)，負(fù)荷功率因數(shù)為額定值時(shí)，電壓誤差的最大值。我國(guó)電壓互感器準(zhǔn)確級(jí)和誤差限值標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表7一2。由于電壓互感器誤差與二次負(fù)荷有關(guān)，所以同一臺(tái)電壓互感器對(duì)應(yīng)于不同的準(zhǔn)確級(jí)便有不同的容量。通常，額定容量是指對(duì)應(yīng)于最高準(zhǔn)確級(jí)的容量。電壓互感器按照在最高工作電壓下長(zhǎng)期工作容許發(fā)熱條件

4、，還規(guī)定了最大容量。例如：JSTW10型三相五柱式電壓互感器的銘牌參數(shù)。準(zhǔn)確級(jí)：0.5，1，3，最大容量額定容量（VA）：120,200,480,960電壓互感器二次側(cè)的負(fù)荷為測(cè)量?jī)x表及繼電器等電壓線圈所消耗的功率總和S2,選用電壓互感器時(shí)要使其額定容量SN2NS2，以保證準(zhǔn)確級(jí)等級(jí)要求。其最大容量是根據(jù)持久工作的允許發(fā)熱決定的,即在任何情況下都不許超過(guò)最大容量。表72電壓互感器的準(zhǔn)確級(jí)和誤差限值準(zhǔn)確級(jí)誤差極限一次電壓誤差范圍頻率、功率因數(shù)及二次負(fù)荷變化范圍電壓誤差（土）相位誤差（,）0.20.2100.50.520(0.81.2)UM1(0.25-1)SNTON211.040不規(guī)定N1=0.

5、833.023P3.0120(0.051)UM1f=fn6P6.0240N13電磁式電壓互感器的分類和使用特點(diǎn)電磁式電壓互感器由鐵芯和繞組等構(gòu)成。根據(jù)繞組數(shù)不同,電壓互感器可分為雙繞組式的和三繞組式的。按相數(shù)分，電壓互感器可分為單相式的和三相式的，20KV以下才有三相式，且有三相三柱式和三相五柱式之分。在中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中。三相三柱式一次側(cè)只能接成Y形，其中性點(diǎn)不允許接地，這種接線方式不能測(cè)量相對(duì)地電壓。而三相五柱式電壓互感器一次繞組可接成Y0形。按絕緣方式分，電壓互感器可分為澆注式、油浸式、干式、充氣式的。油浸式電壓互感器按其結(jié)構(gòu)型式可分為普通式和串級(jí)式的。335KV的電壓

6、互感器一般均制成普通式，它與普通小型變壓器相似。式電壓互感器普遍制成串級(jí)式結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是：繞組和鐵芯采用分級(jí)絕緣，以簡(jiǎn)化絕緣結(jié)構(gòu)；繞組和鐵芯放在瓷套中，可減少質(zhì)量和體積。圖78為220KV串級(jí)式電壓互感器的原理接線圖?；ジ衅饔蓛蓚€(gè)鐵芯（元件）組成，一次繞組分成匝數(shù)相等的四個(gè)部分，分別套在二個(gè)鐵芯的上、下鐵芯柱上，按磁通相加方向順序串聯(lián)，接在相與地之間。每一元件上的繞組中點(diǎn)與鐵芯相連，二次繞組繞在末級(jí)鐵芯的下鐵芯柱上。當(dāng)二次繞組開(kāi)路時(shí)，一次繞組電位分布均勻，繞組邊緣線匝對(duì)鐵芯的電位差為Uph/4（Uph為相電壓）。因此，繞組對(duì)鐵芯的絕緣只需按Uph/4設(shè)計(jì)，而普通結(jié)110KV及以上的電磁圖782

7、20KV110KV及以上的電磁圖78220KV串級(jí)式1鐵芯；2次繞組；3平衡繞組；4連耦繞組；5二次繞組當(dāng)二次繞組接通負(fù)荷后，由于負(fù)荷電流的去磁作用，末級(jí)鐵芯內(nèi)的磁通小于其他鐵芯的磁通，從而使各元件感抗不等，磁通磁勢(shì)與電壓分布不均，準(zhǔn)確級(jí)下降。為了避免這一現(xiàn)象，在兩鐵芯相鄰的鐵芯柱上，繞有匝數(shù)相等的連耦繞組（繞向相同，反向?qū)樱?。這樣，當(dāng)各個(gè)鐵芯中磁電壓互感器的原理通不相等時(shí)，連耦繞組內(nèi)出現(xiàn)電流，使磁通較大的鐵芯去磁，磁通較小的鐵芯增磁，從而達(dá)到各級(jí)鐵芯內(nèi)磁通大致相等和各元件繞組電壓均勻分布的目的。在同一鐵芯的上、下鐵芯柱上，還設(shè)有平衡繞組（繞向相同、反向?qū)樱?，借平衡繞組內(nèi)的電流，使兩鐵芯柱

8、上的安匝分別平衡。電壓互感器接線方式一般為：?jiǎn)蜗嘟泳€方式，vV接線方式、三臺(tái)單相的接線方式為YO/YO/C,三相三柱式的接線方式為Y/Y。電磁式電壓互感器安裝在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，且當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生突變時(shí)，有可能發(fā)生并聯(lián)鐵磁諧振。為防止此類鐵磁諧振的發(fā)生，可在電壓互感器上裝設(shè)消諧器，亦可在開(kāi)口三角端子上接入電阻或白熾泡。電壓互感器與電力變壓器一樣，嚴(yán)禁短路。若發(fā)生短路，則應(yīng)采用熔斷器保護(hù)。110500KV電壓級(jí)一次側(cè)沒(méi)有熔斷器，直接接入電力系統(tǒng)(一次側(cè)無(wú)保護(hù))。35KV及以下電壓級(jí)一次側(cè)通過(guò)帶或不帶限流電阻的熔斷器接入電力系統(tǒng)。電壓互感器的一次電流很小，熔斷器的熔件截面只能按機(jī)械強(qiáng)度選取

9、最小截面，它只能保護(hù)高壓側(cè)，也就是說(shuō)只有一次繞組短路才熔斷，而當(dāng)二次繞組短路和過(guò)負(fù)荷時(shí)，高壓側(cè)熔斷器不可能可靠動(dòng)作，所以二次側(cè)仍需裝熔斷器，以實(shí)現(xiàn)二次側(cè)過(guò)負(fù)荷和過(guò)電流保護(hù)。但需注意在以下幾種情況下，不能裝熔斷器：(1)中性線、接地線不準(zhǔn)裝熔斷器；(2)輔助繞組接成開(kāi)口三角形的一般不裝熔斷器；(3)V形接線中，b相接地，b相不準(zhǔn)裝熔斷器。用于線路側(cè)的電磁式電壓互感器，可兼作釋放線路上殘余電荷的作用。如線路斷路器無(wú)合閘電阻，為了降低重合閘時(shí)的過(guò)電壓，可在互感器二次繞組中接電阻，以釋放線路上殘余電荷，并且此電阻還可以消除斷路器斷口電容與該電壓互感器的諧振。二、電容式電壓互感器隨著電力系統(tǒng)輸電電壓的增

10、高，電磁式電壓互感器的體積越來(lái)越大，成本隨之增高，因此研制了電容式電壓互感器，又稱CVT。目前我國(guó)500KV電壓互感器只生產(chǎn)電容式的。1電容式電壓互感器的工作原理電容式電壓互感器采用電容分壓原理，如圖79所示。在圖中，U1為電網(wǎng)電壓；Z2表示儀表、繼電器等電壓線圈負(fù)荷。U2=UC2,因此U2=UC2=U1XC1/(C1+C2)=KuUi。一式中Ku分壓比，Ku=C1/(C1+C2)由于U2與一次電壓U1成比例變化，故可以U2代表U1，即可測(cè)出相對(duì)地電壓。為了分析互感器帶上負(fù)荷Z2后的誤差，可利用等效電源原理，將圖79畫(huà)成圖圖79電容分壓原理圖710電容式電壓互感器等值電路7-10所示的電容式電

11、壓互感器等值電路。從圖710可看出，內(nèi)阻抗Z=1/(Ci+C2)(7當(dāng)有負(fù)荷電流流過(guò)時(shí)，在內(nèi)阻抗上將產(chǎn)生電壓降，從而使5與UXC/(C1+C2)不僅在數(shù)值上而且在相位上有誤差，負(fù)荷越大，誤差越大。要獲得一定的準(zhǔn)確級(jí)，必須采用大容量的電容，這是很不經(jīng)濟(jì)的。合理的解決措施是在電路圖710中串聯(lián)一個(gè)電感如圖711所示。電感L應(yīng)按產(chǎn)生串聯(lián)諧振的條件選擇，即2fL=1/2f(C1+C2)f=50Hz所以L=l/2f2(C1+C2)(710)理想情況下，z2=l-1/(q+cp=0,輸出電壓U2與負(fù)荷無(wú)關(guān)，誤差最小，但實(shí)際上Z2=o是不可能的，因?yàn)殡娙萜饔袚p耗，電感線圈也有電阻，z工0,負(fù)荷變大，誤差也將

12、增加，而且將會(huì)出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，諧振過(guò)電壓將會(huì)造成嚴(yán)重的危害，應(yīng)力爭(zhēng)設(shè)法完全避免。為了進(jìn)一步減小負(fù)荷電流所產(chǎn)生誤差的影響，將測(cè)量電器儀表經(jīng)中間電磁式電壓互感器(TV)升壓后與分壓器相連。.電容式電壓互感器的基本結(jié)構(gòu)電容式電壓互感器基本結(jié)構(gòu)如圖712所示。其主要元件是：電容(Cpc2),非線性電感(補(bǔ)償電感線圈)L2,中間電磁式電壓互感器TV。為了減少雜散電容和電感的有害影響，增設(shè)一個(gè)高頻阻斷線圈L,它和L?及中間電壓互感器一次繞組串聯(lián)在一起，L、L2上并聯(lián)放電間隙與、E2,以資保護(hù)。圖711串聯(lián)電感電路圖712電容式電壓互感器結(jié)構(gòu)原理圖電容(C,C2)和非線性電感L2和TV的一次繞組組成的回路，當(dāng)

13、受到二次側(cè)短路或斷路等沖擊時(shí)，由于非線性電抗的飽和，可能激發(fā)產(chǎn)生次諧波鐵磁諧振過(guò)電壓，對(duì)互感器、儀表和繼電器造成危害，并可能導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)作。為了抑制高次諧波的產(chǎn)生，在互感器二次繞組上裝設(shè)阻尼器D,阻尼器D具有一個(gè)電感和一電容并聯(lián)，一只阻尼電阻被安插在這個(gè)偶極振子中。阻尼電阻有經(jīng)常接入和諧振時(shí)自動(dòng)接入兩種方式。.電容式電壓互感器的誤差電容式電壓互感器的誤差是由空載電流、負(fù)載電流以及阻尼器的電流流經(jīng)互感器繞組產(chǎn)生壓降而引起的，其誤差由空載誤差馬和0,負(fù)載誤差尢和J阻尼器負(fù)載電流產(chǎn)生的誤差fD和口等幾部分組成，即fu=fo+fL+fDCV-ll)U=0+L+d12)以上兩式中的各項(xiàng)誤差，可仿照本

14、節(jié)前述的方法求得。當(dāng)采用諧振時(shí)自動(dòng)投入阻尼器者，其fp和口可略而不計(jì)。電容式電壓互感器的誤差除受一次電壓、二次負(fù)荷和功率因數(shù)的影響外，還與電源頻率有關(guān)，由式(7-10)可知，當(dāng)系統(tǒng)頻率與互感器設(shè)計(jì)的額定頻率有偏差時(shí)，由于L=1/(Ci+C2),因而會(huì)產(chǎn)生附加誤差。電容式電壓互感器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、占地少、成本低，且電壓愈高效果愈顯著，分壓電容還可兼作載波通信耦合電容。因此它廣泛應(yīng)用于110500KV中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)。電容式電壓互感器的缺點(diǎn)是輸出容量較小、誤差較大，暫態(tài)特性不如電磁式電互感器。4.電容式電壓互感器的典型結(jié)構(gòu)圖713所示為法國(guó)ENERTEC生產(chǎn)的CCV系列電容式電壓互

15、感器結(jié)構(gòu)圖。圖中電容器每一電容元件由高純度纖維紙張優(yōu)質(zhì)的VOLTAM和鋁膜卷制而成，組裝成一個(gè)電容單元，經(jīng)真空、加熱、干燥，予以除氣和去濕。然后裝入套管內(nèi)，浸入絕緣油中。在高壓電網(wǎng)中，電容部分由若干個(gè)疊裝的單元構(gòu)成，可拆卸運(yùn)輸?；ジ衅髯钌喜浚ㄊ撞浚┯幸幻鄙w，系由鋁合金制成，上有阻波器的安裝孔。電壓連接端也直接安置于帽蓋的頂部，是一種圓柱狀或扁板狀的連接端子，可供選擇。帽蓋內(nèi)含有一個(gè)彈性的腰鼓形膨脹膜盒，用以補(bǔ)償運(yùn)行時(shí)隨溫度變化而改變的油的容積。側(cè)面的油位指示器可觀察油面的變化。整個(gè)膨脹膜盒均與外界隔絕，密封面不與氣室相接觸。三、岱海電廠500kv電壓互感器簡(jiǎn)介：照路阻波器安第孔圖713CCV系列電容式電壓互感器結(jié)構(gòu)圖1電容器；2瓷套管；3高介電強(qiáng)度的絕緣油；4一密封設(shè)施；5膜盒；6密封金屬箱；7一阻尼器；照路阻波器安第孔圖713CCV系列電容式電壓互感器結(jié)構(gòu)圖1電容器；2瓷套管；3高介電強(qiáng)度的絕緣油；4一密封設(shè)施；5膜盒；6密封金屬箱；7一阻尼器；8低壓接線盒容量分別