电压互感器介绍

电压互感器 电压互感器的作用是隔离高电压 并把高电压变为低电压 供继电保护 自动装置和测量仪表获取一次侧电压信息 按工作原理 电压互感器可分为 1 电磁式电压互感器电力变压器型 原理和普通变压器相似 适用于6kV 110kV系统 价格贵 容量大 误差小 相对于后者 2 电容式电压互感器 CVT capacitancevoltageT 电容分压型 适用于110kV 500kV系统 价格低 容量小 误差大 相对于前者 电磁式电压互感器的工作原理 电磁式电压互感器的工作原理 构造和连接方法都和普通电力变压器相同 其主要区别在于电压互感器的容量很小 通常只有几十到几百伏安 一次绕组并联在所测量的一次回路中 一次绕组电压等于电网电压 不受二次回路负荷的影响 接在二次绕组的负荷是仪表和继电器的电压线圈 它们的阻抗很大 通过的电流很小 因此 电压互感器正常工作时 二次绕组接近于空载状态 此时 二次电压接近于二次电势 并决定于一次电压值 即有 额定电压比 在二次电压一定的情况下 阻抗越小则电流越大 当电压互感器二次回路短路时 二次回路的阻抗接近为0 二次电流I2将变得非常大 如果没有保护措施 将会烧坏电压互感器 所以电压互感器的二次回路不能短路 电磁式电压互感器的误差 误差的定义 1 电压误差fu 二次电压乘以额定电压比与实际一次电压之差占一次电压的百分比 2 相位误差 旋转180 的二次电压相量与一次电压相量之间的夹角 并规定 U2超前U1时 相位为正 电压互感器的准确级与额定容量 1 电压互感器的准确级电压互感器的准确级以电压误差fu来定义的 即 在规定的一次电压和二次负荷变化范围内 二次负荷功率因数为额定值时 电压误差的最大值百分数 准确级越大 误差越大 精度越低 分为测量用准确级和保护用准确级 测量用 0 1级0 2级0 5级1级3级满足测量用电压互感器电压误差和相位误差有一定的条件 即在额定频率下 其一次电压在80 120 额定电压之间 二次负载的功率因数为0 8 滞后 二次负载的容量在25 100 之间 K 继电保护用电压互感器的准确级有3P和6P两个等级 由于使用条件与目的不同 满足继电保护用电压互感器电压误差和相位误差的条件与测量用的有所不同 除要求满足额定频率 二次负载的功率因数为0 8 滞后 二次负载的容量在25 100 之间外 要保证其测量精度 则一次电压的范围在5 额定电压及额定电压因数倍 在规定时间内能满足热性能及准确等级的最大电压与额定一次电压的比值 的电压之间 K 2 电压互感器的额定容量电压互感器的额定容量SN2 是指对应于最高准确级下的容量 VA 对于三相式电压互感器 其额定输出容量是指每相的额定输出 当电压互感器二次侧承受负载功率因数为0 8 滞后 负载容量不大于额定容量时 互感器能保证幅值与相位的精度 四 电压互感器的分类和结构 1 电压互感器的分类和结构 1 单相式和三相式 35kV及以上电压等级多为单相式电压互感器 2 户内式和户外式 35kV以上多制成户内式 110kV及以上电压等级则制成户外式 如图为JDJW 10型三相五柱电压互感器原理图和外形结构示意图 其一次绕组的中性点可以引出 三相三柱式电压互感器一次绕组的中性点不可以引出 在这种情况下 中性点引出后 五柱式的两个旁轭为产生的零序磁通提供了畅通的磁路 这就避免了普通电压互感器因零序磁阻太大导致电流过大而发热损坏 1 电压互感器的分类和结构 3 双绕组和三绕组 三绕组电压互感器有两个二次绕组 一个是基本二次绕组 用于接测量仪表和继电器 另一个专门用于接保护继电器 4 按绝缘分为干式 低压 小于380V 浇注绝缘式 3 35kV 油浸式 110kV及以上 和气体绝缘 多用于高压产品 SF6电压互感器有两种结构形式 一种是为GIS配套使用的组合式 另一种为独立式 独立式增加了高压引出线部分 油浸式电压互感器按结构分类 5 普通结构 单级式 和串级结构两种 3 35kV电压等级都制成普通结构 110kV及以上电压等级的电压互感器才制成串级结构 在我国 电压大于330kV只生产电容式 JDZJ 10 JDQX 220 JDJ2 35 JZW 10 JSJW 10 JCC 110 YDR 110 串级结构 随着电压等级的升高 电压互感器一次绕组的绝缘需随之增强 尤其在110kV及以上电压等级的单相三绕组电压互感器 采用串级式结构可以缩小尺寸 减小质量 串级式电压互感器的一次绕组分成匝数相等的几组 并把绕组与铁芯电气相连 使铁芯与绕组之间可以采用分级绝缘 同时将铁芯与绕组装入充满变压器油的瓷箱中 从而可节省绝缘材料降低电压互感器成本 110kV串级式电压互感器 如图为110kV串级式电压互感器 两级串级式 内部结构图和接线示意图 互感器有一个铁芯 元件 组成 一次绕组被分成匝数相等的两个部分分别套在上下铁芯柱上 二次绕组只与最下面一个铁芯柱耦合 一次绕组按磁通相加方向串联 接于相与地之间 铁芯与绕组中点电气相连 减小了铁芯与绕组的绝缘要求 两者之间的电压是相电压的一半 但增加了铁芯与地之间的绝缘 平衡绕组 平衡上下铁芯柱的磁势 保证正确的电压变换关系 即保证测量准确度 220kV串级式电压互感器 右图是220kV四级串级式电压互感器 上铁芯对地为额定电压的3 4 下铁芯对地为额定电压的1 4 绕组边缘线匝与铁芯之间为额定电压的1 4 二次绕组只与最下面一个铁芯柱耦合 平衡绕组在同一铁芯的上下柱上 匝数相等 反极性连接 平衡上下铁芯柱的磁势连耦绕组 两铁芯相邻的铁芯柱上 匝数相同 反极性连接 电压均匀分布 不影响准确级 五 电压互感器的接线 图 a 接线用于小接地电流系统 35kV及以下 测得线电压 图 b 接线用于大接地电流系统 110kV及以上 测量相电压 图 c 接线是由两台单相电压互感器组成的V V接线 二次侧b相接地 可用来测量线电压 广泛用于35kV及以下的电网中 一台三相三柱式电压互感器Y yn接线用于测量线电压 注意 一次绕组中性点不引出 因为零序磁通无通路 图 d 所示为一台三相五柱式电压互感器接线 一次绕组接成星形 且中性点接地 基本二次绕组也接成星形 并且中性点也接地 既可测量线电压 又可测量相电压 三相五柱式电压互感器的附加二次绕组每相的额定电压按100V 3设计 接成开口三角形 亦要求一点接地 正常时 开口三角形绕组两端电压为零 如果系统发生一相完全接地 开口三角形绕组两端会出现100V电压 供给绝缘监测继电器 使之发出一个故障信号 但不跳开断路器 这种接线在3 35kV电网中得到广泛应用 图 e 为由三台单相三绕组电压互感器构成的Y0 Y0 开口三角形接线 这种接线可用小接地电流系统 也可用于大接地电流系统 但应注意在两种情况下 附加的辅助二次绕组的额定电压不同 用在小接地电流系统时二次绕组的额定电压为100V 3 用在大接地电流系统中二次绕组的额定电压为100V 其目的是不管在哪种系统中当发生一次系统一相完全接地时 在开口三角形绕组两端的电压均为100V 电容式电压互感器 电容式电压互感器 CVT 在国外已有四十多年的发展历史 在72 5 1000kV电力系统中得到普遍应用 国产CVT从1964年在西安电力电容器厂诞生以来 也积累了三十五年的制造和运行经验 现已进入成熟期 电容式TV和GIS中电磁式TV两种类型可作为500kV电压互感器 电容式电压互感器的工作原理 1 电容式电压互感器的分压原理在被测电网的相和地之间接有主电容C1和分压电容C2 Z2为继电器 仪表等电压线圈阻抗 电容式电压互感器实质上是一个电容串接的分压器 被测电网的电压在电容C1 C2上按反比分压 分压比 电容式电压互感器原理接线图 当有负荷电流时 在内阻抗上产生电压降 产生误差 出现谐振 2 电容式电压互感器结构原理主要由电容分压器 补偿电抗器 中间变压器 阻尼器及防护间隙等组成 A C2两端并联放电间隙F1 防止L与C2谐振过电压引起的绝缘击穿 B 二次侧并联电容Ch 当带有负荷时 可以使C2上的电压略高于额定电压 补偿负荷电流在L上形成的电压降 C 二次侧阻尼绕组rd 抑制次谐波铁磁谐振过电压 由TV的一次绕组 非线性电抗 饱和激发 1 电压互感器在工作时 其一 二次侧不得短路 因此电压互感器一 二次侧必要时装设熔断器进行短路保护 电流互感器二次侧不准装设熔断器 2 电压互感器二次侧有一端必须接地 3 电压互感器在结线时 必须注意其端子的极性在结线时 若将其中的一相绕组接反 二次回路中的线电压将发生变化 会造成测量误差和保护误动作 或误信号 甚至可能对仪表造成损害 因此 必须注意其一 二次极性的一致性 电压互感器使用注意事项 电压互感器的选择 1 选择结构类型 接线方式和准确级 根据配电装置类型 相应地电压互感器可选择户内式或户外式 35kV及以下可选用浇注式结构 110kV及以上可选用油浸式结构 尤其是串级式 或电容分压式结构 选择接线方式3 20kV当只需要测量线电压时 可采用两只单相电压互感器的V V接线 35kV以下 当需要测量线电压 同时又需要测量相电压和监视电网绝缘时 可采用三相五柱式电压互感器或由三个单相三绕组电压互感器构成Y0 Y0 接线 110kV及以上的电网 则根据需要选择三个单相三绕组电压互感器构成Y0 Y0 接线 选择准确等级选择电压互感器的准确级要根据二次负荷的需要 若二次负荷为电能计量 可采用0 5级电压互感器 发电厂中功率表和电压继电器可配用1 0级 一般的测量表计 如电压表 可配用3 0级 如果几种准确级要求不同的二次负荷同接一台电压互感器 则应按负荷要求的最高等级考虑 为了保证所接仪表的测量准确度 TV的准确度等级比所接仪表的准确度等级要高两级 2 选择额定电压电压互感器一次绕组的额定电压应与安装地点电网额定电压相等 其绝缘水平应该能够承受电网长期运行电压 并承受可能出现的雷电过电压 操作过电压及异常运行方式下的电压 电压互感器的二次电压标准值 对接于三相系统相间电压的单相电压互感器 二次额定电压为100V 对接在三相系统相与地间的单相电压互感器 当其额定一次电压为某一数值除以时 其额定二次电压必须为100 V 以保持额定电压比的不变 特别要注意开口三角形绕组额定电压的选择 用在小接地电流系统时的额定电压为100