电压互感器的接线应用分析

　　什么是电压互感器

　　电压互感器（Potential transformer 简称PT，Voltage transformer也简称VT）和变压器类似，是用来变换线路上的电压的仪器。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，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。词条介绍了其基本结构、工作原理、主要类型、接线方式、注意事项、异常与处理、以及铁磁谐振等。

　　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气隔离。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。

　　电压互感器的应用发展

　　目前，智能电网技术快速发展，其已成为全球能源发展和变革中的重大研究课题，其中各类电信号的测量技术及其传感器是实现智能电网监测、控制、分析和决策的基础，也是智能电网发展的关键。电压互感器的准确性、可靠性、便利性和快速性是电能计量和继电保护、电力系统监测诊断、电力系统故障分析中的关键技术要求。电磁式电压互感器（Potential Transformer，PT） 和电容式电压互感器（Capacitive Voltage Transformer，CVT）在电力系统中广泛应用。虽然电网中普遍使用的电容式电压互感器和电磁式电流互感器的技术成熟，而且拥有长期的运行维护经验，但它们的测量线性度较差、瞬变响应速度较慢，且电磁式电流互感器的瞬态误差特性也不理想。

　　传统的电磁式电压互感器存重量大和体积大的特点，而且随着特超高压电网的发展，其绝缘强度要求难度越来越大，同时由于具有铁芯，可能导致发生铁磁谐振过电压和由铁磁饱和带来的动态范围变小等缺点，已经越来越不适应当前智能化电网的发展趋势。

　　与电磁式电压互感器相比，电容式电压互感器具有更多的优点，其分压结构可以提高互感器的动态范围，使其更容易提高绝缘强度。但该互感器不能够及时跟踪电压变化，不能满足继保系统中的要求，而且该互感器能够捕捉到高频的过电压波形，也不能满足电力系统故障诊断与在线监测要求，而电容式电压互感器中耦合电容、补偿电抗器以及中间变压器等内部储能元件构成的RLC 电路会使得电容式互感器的暂态特性会变差，使得当一次系统发生如电压跌落故障时，电容式电压互感器的输出并不能立即跟随一次侧输入变化，并且在高频过电压下，二次侧输出可能发生由铁磁谐振导致的高频振荡，无法反映一次侧输入波形。在一些不易进行直接测量的场合，如对高压套管、被绝缘层包裹的变压器绕组接头处等进行测量时，电磁式电压互感器和电容式电压互感器的使用也具受到了限制。

　　电压互感器常用接线方式

　　在发电厂和变电站，由于测量仪表和继电保护装置要求接入的电压不同，电压互感器有不同的接线方式，现将电压互感器几种常用接线方式介绍如下。

　　1、单相电压互感器接线方式

　　图1为1台单相电压互感器接于AB线电压上的接线方式。这种接线方式应用于单相或三相系统中，只能反映一个线电压。

　　2、两台单相电压互感器VV接线方式

　　图2为2台单相电压互感器VV接线方式。图中两台互感器分别接于AB线电压和BC线电压上。这种接线方式只用2台单相电压互感器就可以取得3个线电压，但是不能取得相电压。

　　3、单相电压互感器星形接线方式

　　图3为3台单相电压互感器YY接线方式。3台互感器分别接于3个相电压，一次绕组中性点可以引出接地，二次绕组可以从中性点引出中性线，能够取得相电压和线电压。

　　4、相三柱式电压互感器星形接线方式

　　图４为1台三相电压互感器YY接线方式。这种接线与3台单相电压互感器YY接线方式相同，能够取得相对电网中性点相电压和线电压，不同的是一次侧中性点不能接地（在后面电压互感器接地方式中分析），一次侧中性点一般不引出，这种接线不能取得零序电压。

　　5、五柱式电压互感器接线方式

　　三相五柱式电压互感器是具有五个磁柱的三相三绕组电压互感器，如图5所示。二次侧有两个二次绕组，一个主二次绕组，一个辅助二次绕组。一次绕组和主二次绕组成星形接线，辅助二次绕组接成零序电压回路。这种接线方式可以取得相电压、线电压和零序电压。

　　电压互感器接地方式的选择

　　电压互感器接地分为一次绕组接地、二次绕组接地和铁芯接地。在电压互感器外壳上有一个接地桩头，这是铁芯和外壳的接地点，起安全保护作用。下面主要分析电压互感器一次绕组和二次绕组接地方式的选择。

　　1、次绕组接地选择

　　电压互感器一次绕组接地主要是工作接地的需要，为了取得零序电压，用于零序保护回路。电压互感器是负载，发电机、变压器是电源，电压互感器中性点接地与发电机、变压器中性点接地的作用是不同的。

　　由3只单相电压互感器组成星形接线时，其一次侧中性点一般接地。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。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，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，零序电压继电器就不会动作，不发接地信号。

　　对于三相五柱式电压互感器，其一次侧中性点同样要接地。当系统发生单相接地故障时，构成零序电流回路。

　　由1台单相电压互感器接线和2只单相电压互感器组成的VV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。

　　三相三柱式电压互感器一次绕组中性点不能接地。因为当系统发生单相接地故障时，铁芯中将出现大小相等、相位相同零序磁通，由于铁芯是三相三柱的，同方向的零序磁通不能在铁芯内形成闭合回路，只能通过气隙和铁芯外壳形成闭合磁路，使磁阻变得很大，零序电流将增加很多，可能使互感器的绕组过热而被烧毁。

　　2、次绕组接地选择

　　二次绕组接地主要是安全接地，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，所以规程规定电压互感器二次绕组必须接地。电压互感器二次绕组接地方式与保护、测量表计、同步电压及电压互感器二次接线有关，一般有中性点接地和B相接地两种方式，但是中性点和B相不能同时接地。

　　1）B相接地应用分析

　　同步回路中，中性点非直接接地系统，单相接地时，中性点发生位移，不能用相电压同步，必须用线电压同步，同步点两侧电压互感器采用B相接地，B相公用，可以简化同期接线，减少二次电缆芯数和同期开关的档数，节省设备。在测量回路中，大多数表计均接线电压，B相接地公用，引线方便，对只需线电压的回路，可采用VV接线的电压互感器。B相接地时，当A、C相任一相发生接地时，及构成二次绕组两相短路，熔断器熔断，失去接地点，一般又在中性点经击穿保险接地。这样增加了设备，同时，在正常情况下如击穿保险击穿，将使B相绕组短路。B相接地对距离保护也是不利的，因为如果零线上串接的隔离开关辅助触点ＧＳ不可靠而断开，100KV以上电压距离保护有断线闭锁装置失去作用，这时再发生一相或两相断线时，距离保护会误动作。

　　2）中性点接地应用分析

　　电压互感器中性点接地，中性点无任何断开触点，可靠性高，对距离保护无影响，也无B相接地相关问题，接线简单。另外，中性点直接接地系统，电压互感器中性点接地，同步回路中，可以采用辅助二次绕组的相电压同步。对测量回路，表计均需三相接入，引线较复杂。

　　3非有效接地系统三相五柱式电压互感器接线分析

　　在35KV及以下非有效接地系统中，母线电压互感器二次绕组一般采用B相接地，如图６所示。这种接地方式可以简化同期系统接线，在发电厂中应用较普遍。

　　1、地点的设置

　　B相接地点一般设在端子箱内熔断器之后，这样当中性线发生接地故障时，形成B相绕组短路，熔断器可以保护。接地点设在熔断器之后也有缺点，一旦熔断器熔断，则整个互感器二次侧将失去保护接地点，如果高压绝缘损坏，电压串到二次侧，危及设备和人身安全。所以，在熔断器之后接地情况下，一般在中性点增加一个击穿保险接地点，当电压超过一定值，间隙击穿，起保护接地作用。电压互感器引出线除接地B相外，其他各引出线端都经电压互感器辅助触点QS1引出。这样，当电压互感器停电检修时，在断开隔离开关的同时，二次接线也自动断开，防止二次侧向一次侧反送电，造成事故。由于隔离开关现场辅助触点常出现接触不良情况，而中性线如果接触不良难以发现，一般在中性线采用两对辅助触点并联，以增加其可靠性

　　2、助二次绕组的作用辅助二次绕组接成开口三角形，额定电压为100/3V，起绝缘监察作用。正常运行时，三相电压对称，开口三角形无电压输出。当一次系统发生单相接地故障时，开口三角形绕组回路中出现零序电压，绝缘监察继电器动作，发出单相接地信号。开口三角形不装设熔断器保护，正常时，开口三角形无电压输出，引出端子上无电压，熔断器不起作用，如果熔断器熔断未被发现，当系统发生接地故障时，反而影响绝缘监察装置正确动作。

　　4、有效接地系统三相五柱式电压互感器接线分析

　　在100KV及以上有效接地系统中，电压互感器二次绕组一般采用中性点接地方式，如图7所示。

　　1、中性点接地的特点100KV及以上线路一般装有距离保护装置，互感器中性点接地，二次侧中性线不接任何开关和辅助触点，距离保护电压回路断线闭锁装置可靠性高。同时为保证在电压互感器较远处发生短路，能迅速将故障相断开，使断线闭锁装置快速可靠闭锁距离保护，二次绕组设快速自动开关保护。

　　2、辅助二次绕组的作用

　　辅助二次绕组首尾相连接成开口三角形，二次绕组额定电压为100V。辅助二次绕组主要用于零序保护和同期电压。

　　电压互感器的接线方式与测量、保护、同期等二次接线有关，接线方式很多，接线也很复杂，尤其是接地的问题和辅助绕组在应用中容易出错。在实际应用中，应引起重视。