新型电磁式电压互感器.doc

新型电磁式电压互感器1引言当高压电站选择设备时，会出现选择哪种形式的电压互感器的问题。因为，电压互感器可以分成电磁式和电容式两种形式。这两种形式各有优缺点。因此，要根据技术性、经济性以及对每种方案的经验性进行评估后选择。据了解在伊朗的供电系统中，只使用电容式电压互感器；在德国、匈亚利、奥地利以及其他国家专门使用电磁式电压互感器。关于电磁式和电容式电压互感器的技术性能对比.，笔者将在本文内做详细论述。2电磁式电压互感器到目前为止，电磁式电压互感器有三种形式：(1)具有闭合铁心的电磁式电压互感器；(2)串级式电压互感器；(3)具有开放铁心的电磁式电压互感器。2.1.具有闭合铁心的电磁式电压豆感甜在这种电压互感器中，一次绕组和二次绕组通常放在一个心柱上，铁心接地。器身放在接地的箱体内。绕组的层数通常很多，层间绝缘是油浸纸，放在一次绕组层间的绝缘没有油隙。这种结构的优点是对冲击和高频过电压具有很好的承受能力，缺点是绕组散热困难。如果在一次绕组层间的绝缘中加入电屏和油隙，这种结构提高了绕组的散热性能，但是，在设计和施工时，必须考虑绕组端部电场结构的问题。2.2串级式电压互感器将几个互感器串联连接，电磁式电压互感器的绝缘和散热的问题得到缓解。两台互感器串联连接的原理图如图1所示。由图1可以看出，一次绕组串联连接，每个绕组的中心连接到铁心。这样，靠着铁心的一次绕组上的电压为施加电压的四分之一。这种连接导致两个铁心上的电位不同，两个铁心要各自独立并绝缘。用一个补偿绕组(矗。2)把上下两台连接在一起。没有这个补偿绕组，只有当二次侧没有接负荷时，分配在一次绕组上的电压是均匀的。如果二次侧接负荷，这时下面绕组上的电压将降低，上面绕组上的电压将升高。如果这样，二次侧只能接小负荷。加上补偿绕组以后，在每一级上的电压分布将得到改善。这种原理的互感器的最大缺点是随着电压等级的提高，体积变得太大，因而不科学。需要特别指出是，具有闭合铁心的电磁式电压互感器在高压网中，很容易遭受铁磁谐振。铁磁谐振现象主要发生在由电磁式电压互感器中的非线性电感元件与电网当中的电容元件组成的谐振回路中，这是由电网上的开关操作引起的。铁磁谐振引起的长时间的过热和过电压会对互感器造成损坏。我们可以通过图2给出的串联电容器和非线性电感元件的图解来更好地理解铁磁谐振现象。图2是通过非线性电感元件()和电容器()的电压与电流的曲线图，因两曲线有交点，所以易发生铁磁谐振o 2.3新型电磁式电压互感器该型互感器与传统互感器的最大区别在于其铁心是开放式的，不闭合。最高电压可达550kV，这种具有开放铁心的电磁式电压互感器成功地解决了上述两种电压互感器中存在的缺点。图3为550kV具有开放铁心的电磁式电压互感器。由于其铁心只是棒状，这种高压互感器的绝缘相当地简单。棒型开放铁心垂直放在瓷套内，外面是具有电容型结构的绝缘筒。沿着绝缘筒高度方向分布着一次绕组。这种分的制造可以实现机械化，因此产品最重要部分的制造可以少受人为因素的影响。(2)一次绕组垂直地沿着产品高度方向摆放，优化了沿瓷套高度方向的工频电压分布。(3)一次绕组相对薄和高，总的散热面积加大，对于产品的温升有益。(4)由于器身位置的布置以及优良的热特性，具有开放铁心的电磁式电压互感器可以承受相当大的热负荷。(5)棒型开放铁心，由于磁路通过空气闭合，这就意味着要在铁心中感应出相同的磁密，必须有较大的励磁电流。也就是说，开放铁心的励磁曲线(，图)偏向横坐标。从铁磁谐振的发生和电力系统的稳定性方面，这点很重要。图4是在123kV电网中影响铁磁谐振发生的实际电容(线间电容，母线和电流互感器间的电容。断路器的分级电容)的U-，特性。在图4中与电压互感器的励磁曲线没有交叉点，这意味着不可能发生铁磁谐振。另外，即使两条曲线在理论上出现了交点，而互感器中的电感是如此的低，以致于实际上没有真正的励磁，这样不能带来系统出现铁磁谐振。开放式电压互感器的误差不受任何因素的影响，完全可以做到0.2级。从我公司生产的样机测试结果看，对于计量绕组而言，在满负荷下的角差为负值。3电容式电压互感器的基本特性电容式电压互感器是根据电容器分压实现电压测量的一种方法。电容式电压互感器主要由四个部件组成：(1)电容分压器；(2)用于补偿的串联电抗器；(3)电磁式互感器；(4)附加装置。用于铁磁谐振的阻尼，暂态运行条件中保证相应的准确级。电容分压器组成：高压电容器C。，中间电容器C。为了提高互感器的变比性能，以及在大负荷下得到更精确的测量，需串联一个电抗器。串联电抗器，电磁式互感器，电感装置等通常都装在铝制或钢制的油箱中，油箱及其里面的元件合起来叫做电磁单元，通常它放在电容分压器的下面。4电容式电压互感器与电磁式电压互感器之间的比较常规互感器的作用是从互感器的二次侧提供给测量、保护和控制装置模拟电信号，这个信号必须满足下列要求：(1)准确级；(2)暂态情况下动作；(3)系统中各种干扰的影响。互感器准确级的要求由标准规定。对于电磁式电压互感器，误差取决于电压和负荷，由于绕组温升引起的误差变化不明显，实际上可以忽略。与电磁式电压互感器不同，电容式电压互感器具有相当复杂的准确级要求，因此在IEC标准中建议要在额定频率的99%一101%的频率范围内而且要在最低和最高环境温度下进行误差检验。影响电容式电压互感器误差的原因之一是电容分压器的电容随环境温度的变化而变化。一旦沿着电容分压器高度方向温度不均匀，电容的分压比变化直接影响电压互感器的误差。影响电容式电压互感器准确级的另一个实质因素是电网频率的变化。这种情况下，在串联的电抗器LF和并联的电容器(cl，C2)之间可能发生不平衡谐振即产品内部谐振。计算结果表明，在实际结构中当负荷为200VA时，由于频率的变化引起的电压误差能达到0.2%，在高次谐波下测量也会遇到类似的准确级问题。由于上述列举的缺点，在新的标准提议中特别声明，按照目前的运行经验，电容式电压互感器只能用在满足0.5级准确级要求的地方。关于电压互感器在暂态条件下的特性，要考虑当一次侧短路时互感器的响应。二次电压将随着一次电压的骤减而骤减，而没有太多的时延。对于这些要求，电磁式电压互感器很容易满足，而对于电容式电压互感器，这可能是一个相当复杂的要求。其原因是电能和磁能在电容器和电抗器中聚集使二次电压不能快速变化，由于这个原因，标准中对电容式电压互感器的快速响应也专门作了规定。在电力系统不同的干扰中，铁磁谐振处于首位，对于电磁式电压互感器，铁磁谐振是互感器铁心与线路电容间相互影响的结果。与电磁式电压互感器不同，电容式电压互感器的内部(电磁部分，串联电抗器，电容分压器)能引起铁磁谐振，这类型的铁磁谐振能够引起电力系统保护装置的误动作，虽然使用各种阻尼装置能防止铁磁谐振在电容式电压互感器的内部发生，但装载在互感器上的这些装置，在稳态条件下影响了互感器的准确级。如果阻尼装置包含电抗性的成分，还将破坏互感器的暂态响应。在电网对互感器的影响，以及互感器对电网影响方面，对于电磁式电压互感器，在跳闸以后，线路、电缆、或用于补偿的电容器上残留的一定量的电荷将在相对短的时间里通过互感器的一次绕组放电。也就是说，电磁式电压互感器具有重要的角色。从跳闸后的线路或电缆转移放电。为了解决一次绕组上的温升和机械力问题，只要将互感器的尺寸做适当调整就能满足要求而没有任何问题。而电容式电压互感器的情形就完全不同了。在线路上的电荷将不能被释放，除非通过它自己流失，通常这样的流失是微乎其微的。这样的线路在重合时，如果供电电压达到最大值，且符号与线路上的电压相反，此时是最严重的情况。由于电荷的重新分布，在断路器中会发生再次动作，在端口，过电压高达3.5倍，这些过电压将危及断路器以及相邻的电气设备。5结论通过对电磁式和电容式电压互感器在电网中的运行特征的比较和分析，可以看出，电磁式电压互感器具有如下几方面实质性的优点：(1)准确级方面。电容式电压互感器对环境温度的变化以及电网中频率的变化敏感。(2)快速响应方面。与电容式电压互感器不同，电磁式电压互感器能正确的传输电网中突然变化的电压。(3)铁磁谐振。理论分析和运行经验显示，具有开放铁心的电磁式电压互感器不会出现铁磁谐振。电磁式