1、互感器一. 互感器的作用：1. 與電氣儀表和繼電保護及自動裝置配合測量電力系統高電壓回路的電流、電壓、電能等參數；2. 隔離高電壓，保障工作人員與設備安全；3. 互感器二次測額定值統一，有利于二次設備標準化。4. 有利于使用低壓、低截面電纜完成測量保護功能二. 互感器的分類：1. 從測量內容分為電流互感器和電壓互感器；2. 使用環境分為戶內型和戶外型；3. 使用對象分為儀表用和保護用；4. 其它分類：絕緣、結構、原理等方面的分類。電壓互感器目前，在電力系統中廣泛采用的電壓互感器， 按其工作原理可分為電磁式和電容 式兩種.電磁式電壓互感器:1. 電磁式電壓互感器工作原理：電磁式電壓互感器的工作原

2、理和變壓器相 同，分析過程與電磁式電流互感器相似。其 原理電路和相量圖如圖所示，其特點是：（1）一次繞組與被測電路并聯，二次繞組與 測量儀表和保護裝置的電壓線圈并聯；（2 ）容量很小，類似一臺小容量變壓器，但 結構上要求有較高的安全系數；（3）二次側負荷比較恒定，測量儀表和保護 裝置的電壓線圈阻抗很大，正常情況下，電 壓互感器近于開路（空載）狀態運行。2. 電壓互感器的誤差：由于電壓互感器存在勵磁電流和內阻抗，使折算到一次側的二次電壓與一次電壓在數值和相位上都有差異，即測量結果有兩種誤差一電壓誤差和相位 差。(1) 電壓誤差fu :為二次電壓測量值 U2乘上額定互感比KU所得的一次 電壓近似值

3、與一次電壓實際值 U1之差相對于11的百分數。(2) 相位差S u:為旋轉180的二次電壓相量一U2與一次電壓相量 U1 之間的夾角。由于角度很小，所以用“分”表示。(3) 影響誤差的運行工況是一次電壓 U1、二次負荷I2和功率因數COS0 2 , 當I2增加時，fu線性增大，S u也相應變化(一般也線性增大)。fu能引 起所有測量儀表和繼電器產生誤差，Su只對功率型測量儀表和繼電器 及反映相位的保護裝置有影響。3. 電壓互感器的分類：(1) 按安裝地點分：戶內式，多為 35kV及以下；戶外式，多為 35kV 以上。(2) 按相數分：單相式，可制成任意電壓級；三相式，一般只有20kV 以下電壓

4、級。(3) 按繞組數分：雙繞組式，只有35kV及以下電壓級；三繞組式，任 意電壓級均有。它除供給測量儀表和繼電器的二次繞組外，還有一個輔助繞 組(或稱剩余電壓繞組)，用來接入監視電網絕緣的儀表和保護接地繼電器。(4) 按絕緣分：干式，只適用于 6kV以下空氣干燥的戶內；澆注式， 適用于335kV戶內；油浸式，又分普通式和串級式，335kV均制成普通 式，110kV及以上則制成串級式；氣體式，用 SF6絕緣。所謂普通式就是二次繞組與一次繞組完全相互耦合，與普通變壓器一 樣。所謂串級式就是，一次繞組由匝數相等的幾個繞組元件串聯而成，最下 面一個元件接地，二次繞組只與最下面一個元件耦合。緣、支持件等

5、幾個部分組成。舉例如下：左4. 電壓互感器型式很多，在結構上主要由一次繞組、二次繞組、鐵芯、絕為JCC-220型串級式電 壓互感器的原理接線 圖，右圖為其外形圖。互感器的鐵芯和繞組裝 在充滿油的瓷箱中。一 次繞組2由匝數相等的 四個元件組成，分別套 在兩個鐵芯的上、下鐵 柱上，并按磁通相加方 向順序串聯，接于相與 地之間，每個鐵芯上的繞組的中點與鐵芯相連；二次繞組 5繞在末級鐵芯的下鐵柱上。當二次 繞組開路時，各級鐵芯的磁通相同，一次繞組的電位分布均勻，每個繞 組元件的邊緣線匝對鐵芯的電位差都是 Uph/4 （ Uph為相電壓）；當二次繞 組接通負荷時，由于負荷電流的去磁作用，使末級鐵芯的磁通

6、小于前級 鐵芯的磁通，從而使各元件的感抗不等，電壓分布不均勻，準確度下降。 為避免這一現象，在兩鐵芯相鄰的鐵芯柱上，繞有匝數相等的連耦繞組 4 （繞向相同，反向對接）。這樣，當每個鐵芯的磁通不等時，連耦繞組中 出現電勢差，從而出現電流，使磁通較小的鐵芯增磁，磁通較大的鐵芯 去磁，達到各級鐵芯的磁通大致相等和各繞組元件電壓分布均勻的目的。 因此，這種串級式結構，其每個繞組元件對鐵芯的絕緣只需按 /4設計， 比普通式（需按設計）大大節約絕緣材料和降低造價。 在同一鐵芯的上、 下柱上還有平衡繞組3 （繞向相同，反向對接），借平衡繞組內的電流， 使兩柱上的安匝分別平衡。電容式電壓互感器：1. 電容式電

7、壓互感器工作原理:（1 ）電容式電壓互感器采用電容分壓原理，如圖（a）所示。在被測電網的 相和地之間接有主電容 C1和分壓電容C2, U1為電網相電壓，Z2表示儀表、 繼電器等電壓線圈負荷。C2上的電壓為由于U2與U1成比例，故可用U2 代表U1,即可測出相對地電壓。U)(b)（2） 等效含源一端口網絡圖（a）的等效含源一端口網絡如圖（b）所示。 其中電源內阻抗為Zi= 1/j co （C1+C2）當有負荷電流流過時，將在 Zi上產生電 壓降，使U2與U1*C1/（C1+C2在數值和相位上都有誤差，負荷電流越大，誤 差越大。（3） 減小誤差的措施為了減小Zi，從而減少誤差，可在 A、B回路中串

8、 聯一補償電抗L;減小分壓器的輸出電流，也可減小誤差，故將測量儀表經 中間電磁式TV與分壓器相連接。如圖（c）所示。2. 電容式電壓互感器基本結構： 電容式電壓互感器基本結構原理如 圖所示。除上述分析外，在基本結 構中尚考慮到其他因素。（1 ）當互感器二次側發生短路時， 由于回路中電阻r和剩余電抗（XL-XC）均很小，短路電流可達額定電流的幾十倍，此電流在補償電抗L和電容C2上產生很高的諧振過電壓，為了防止過電壓引起絕緣擊穿，在電容 C2兩端并聯放電間隙。（2）在二次側并聯電容Ck,使互感器空載時C2上的電壓略低于額定電壓， 而帶有負荷時略高于額定電壓。此外，Ck還具有補償互感器勵磁電流和負荷

9、 電流中電感分量的作用，從而可減小誤差。（3）當受到二次側短路或斷開等沖擊時， 由于非線性電抗（TV的一次繞組） 的飽和，可能激發產生諧波（常見的是 1/3次諧波）鐵磁諧振過電壓和大電 流，對互感器、儀表和繼電器將造成危害，并可能導致保護裝置誤動作（電 壓互感器開口三角形會出現零序電壓）。為了抑制次諧波的產生，常在互感 器二次側設阻尼電阻 rd，rd有經常接入和諧振時自動接人兩種方式。在 500750kV級的電容式互感器中，采用諧振阻尼器，它由一只電感和一只電 容并聯而后與一只阻尼電阻串聯構成。（4）載波耦合裝置接在圖中開關的兩端，它是一種能接收載波信號 的線路元件，其阻抗在工頻電壓下很小，可

10、以忽略；若不接載波耦合裝置， 該開關合上。3. 電容式電壓互感器的誤差：電容式電壓互感器的誤差由空載誤差 f0、S0,負載誤差fl、S l和阻尼 器負載電流產生的誤差fd、S d等幾部分組成。對采用諧振時自動投入阻尼 器者，其fd、S d可略而不計。電容式電壓互感器的誤差除受一次電壓、二次負荷和功率因數的影響 外，還與電源頻率有關，實際頻率與額定頻率相差愈大，誤差愈大。電容式 電壓互感器由于結構簡單、質量輕、體積小、占地少、成本低，且電壓愈高 效果愈顯著，另外，分壓電容還可兼作載波通訊的耦合電容，因此廣泛應用 于110500kV中性點直接接地系統。4. 產品類型：電容式電壓互感器有三種結構類型

11、：單柱疊裝型、全封閉型（適用于GIS及分裝型。（1）單柱疊裝型。右圖為TYD220系列單柱疊裝型電容 式電壓互感器結構圖。電容分 壓器由上、下節串聯組合而 成，裝在瓷套1內，2、3-上 下節電容分壓器，瓷套中充滿 絕緣油；電磁單元裝置4由裝 在同一油箱中的中壓互感器、 補償電抗器、保護間隙、阻尼 器組成，其中阻尼器由多只釉 質線繞電阻并聯而成，油箱同 時作為互感器的底座；二次出 線盒5在電磁單元裝置側面， 盒內有二次端子接線板及接 線標牌。左圖為法國生產的CCV系列疊裝型電容式電壓互感器結構圖。電容器 1的每一電容元件由高純 度纖維紙和鋁膜卷制而成，經真空、加熱、干燥，而后裝入瓷套2內，浸入絕

12、緣油3中。互感器最上部有一由鋁合金制成的帽蓋，上有阻波器的安裝孔， 圓柱狀(或扁板狀)電壓連接端也直接安置于帽蓋的頂部；帽蓋內含有一個 腰鼓形膨脹膜盒5 (與外界隔絕)，用于補償隨溫度變化而改變的油的容積； 側面的油位指示器可觀察油面的變化。圖中：1電容器；2 瓷套外殼；3高介電強度的絕緣油；4密封設施；5膜盒；6密封金屬箱；7阻尼 器；8二次接線盒(2) 全封閉型。全封閉型電容式電壓互感器與單柱疊裝型類似，其電容分 壓器裝在充有氣體的金屬封閉結構內，并疊裝在電磁單元的油箱上。(3) 分裝型。右圖為TYD220系列分裝型電容式電 壓互感器結構圖。與疊裝型不同的是，電容分壓器、電磁裝置及阻尼 電

13、阻器裝置分開安裝，前兩者裝于戶外，后者裝在 散熱良好的金屬外殼內并裝于戶內。圖中：1 瓷套及電容分壓器；2 中壓互感器及補償電抗器5.三. 電壓互感器的運行規定：1. 互感器的技術參數：(1) 變比及額定電壓KuU 1NU 2NU1N、U2N分別為一二次額定電壓大接地系統中一次額定電壓為系統額定相電壓，二次額定電壓100/- 3(2) 誤差變比誤差厶U為測得的二次電壓U2并歸算到一次測的電壓KU*U2與一次電壓實際值之差對一次實際值的百分比角誤差為二次電壓線路旋轉180讀與一次電壓相量之間的角度， 規定超前一次電壓為正(3) 等級和容量規定一誤差數額表示互感器等級，等級限定了容量。例如級150

14、VA,即負載不大于150VA時可保證誤差不大于(4) 組別和極性：互感器一般為Y0-Y0/12點連接，其它還有V-V連接，Y-Y0連接及YN,YN,D 開口連接(5)2. 運行規定：(1) 在額定容量下允許長期運行，60KV及以下電壓互感器，其一次側都應裝熔斷器，以免互感器出現事故擴大。110KV及以上一次測一般不裝熔斷器，因為這一類互感器采用單相串級式，絕緣強度高，發生事故的可能性比較小，同時熔斷器的斷流容量亦很難滿足要求。在互感器的二次測應裝設熔斷器 或低壓斷路器(空氣開關) ，當電壓互感器二次回路發生故障 時，使之能快速切斷，以保證電壓互感器不受損壞及不造成 保護誤動。運行中不得造成二次

15、側短路。2) 電壓互感器運行電壓不超過其額定電壓的 1103) 電壓互感器本體及底座工作時，不僅要把一次測斷開，而且 二次測有明顯斷開點。以防反充電。4) 油浸式電壓互感器應裝設油位計和呼吸器，以監視油位及減 少空氣中水分和雜質的影響， 新裝的 110 及以上油浸式壓變， 都應采用全密封式或微正壓的金屬膨脹器。5) 高壓側熔斷器的額定電流置一般為，斷流容量應足夠；二次 熔絲的額定電流應大于負荷電流的倍四. 電壓互感器的巡視檢查：1. 電壓互感器瓷瓶是否清潔、完整，有無損壞及裂紋2. 引線接頭無過熱現象，引線無斷股、散股現象；3. 外殼無銹蝕；4. 油位油色應正常，無滲漏油，硅膠變色不應超過 1

16、/2；5. 金屬膨脹器的油面高度指示線與溫度標示線基本相符；6. 電壓互感器的二次側和外殼接地是否完好；7. 無異臭味，無放電聲及電磁振動聲；8. 壓變的消諧器和開口三角繞組上防止鐵磁諧振的消諧器完好；9. 壓變高壓熔絲完好；10. 電壓互感器端子箱清潔未受潮，箱內無異常。11. 二次回路電纜及導線無腐蝕損傷現象五. 電壓互感器的故障分析及處理：1. 異常響聲：若系統出現諧振或單相接地故障，互感器會出現較高的“哼 哼”聲。如其內部出現噼啪聲或其它噪聲，則說明內部故障，應立即停 用故障電壓互感器。2. 高壓熔斷器接連熔斷23次3. 內部過熱產生高溫，造成油位上升、漏油4. 有臭味或冒煙，說明連接

17、部位松動或互感器高壓側絕緣損傷5. 放電聲，繞組內部絕緣損壞或連接部位接觸不良6. 密封件老化引起漏油，應用斷路器切斷故障互感器，禁止使用隔離開關 或取下高壓熔絲的方法停用故障互感器7. 二次熔絲熔斷或空氣開關跳閘時，應注意繼電保護的動作情況，可試送 一次必要時退出保護，查明原因。六. 電流互感器的原理與結構：1. 工作原理電力系統廣泛采用電磁式電流互感器，其工作原理與變壓器相似，原理電路、等值電路、相量圖如圖所示。其特點是：(1) 一次繞組與被測電路串聯，匝數很少， 流過的電流是被測電路的負荷電流，與二次側 電流 無關(這點與變壓器不同)；(2) 二次繞組與測量儀表和保護裝置的電 流線圈串聯

18、，匝數通常是一次繞組的很多倍；(3) 測量儀表和保護裝置的電流線圈阻抗 很小，正常情況下，電流互感器近于短路狀態 運行(這點也與變壓器不同)。2為二次負荷功率因數角，a為二次總 阻抗角，書為鐵芯損耗角。2. 誤差(1) 由于電流互感器本身存在勵磁損耗和磁飽 和等影響，使一次電流1與折算到一次側的二 次電流ki2在數值上和相位上都有差異，即測 量結果有兩種誤差一電流誤差和相位差。(2) 電流誤差fi:為二次電流的測量值乘上額 定互感比所得的一次電流近似值 kil2與一次電 流實際值I1之差相對于I1的百分數。由相量圖 可推導得(3) 相位差Si:為旋轉180的二次電流相量 2與一次電流相量1之間

19、的夾角。由于 很 小,所以用“分”表示(每弧度=180 X 60/ n =3440 分)。(4) 電流誤差能引起所有測量儀表和繼電器產生誤差，相位差只對功率型測量 儀表和繼電器(例如功率表、電度表、功率型繼電器等)及反映相位的保護裝置 有影響。3. 運行工況對誤差的影響(1) 一次電流I1的影響正常運行中，電流互感器在額定一次電流附近運行 時，誤差最小；當I1減小或增加時，|fi|和|訓都增加。發生短路時，|fi|和|訓 都大大增加。(2) 二次負荷阻抗Z21及其功率因數cos 2的影響誤差與二次負荷阻抗 Z21成正比，當Z21增加時(cos 2不變)，|fi|和|訓均增加。當cos 2下降時

20、， 2增大，a增大，|fi|增大，而I S減小；反之，cos 2上升時， 2減小，a 減小，而|訓增大。(3)4. 二次繞組開路的影響。運行中的電流互感器，由于二次側回路接觸不良、斷線、將二次回路的儀表、繼 電器斷開時未預先用導線或專用短路壓板將二次繞組的端子短接等原因，都將二次繞組開路。這時，Z2i = x，I2=0，I0N仁I1N1。勵磁磁勢由I0N1驟增為I1N1, 鐵芯的磁通及磁感應強度 B都相應增大，因而產生各種不良影響。(1) 由于鐵芯飽和的影響，磁通波形畸變為梯形波，而二次繞組感應電勢e2與磁通的變化率d /dt成正比，因此在過零(d /dt很大)時，二次繞組感 應出很高的尖頂波

21、電勢，其峰值可達數千甚至上萬伏，對工作人員安全及儀表、繼電器、連接導線和電纜的絕緣都有危害。（2）由于磁感應強度B驟增，使鐵芯損耗大大增加，引起鐵芯和繞組過熱，互 感器損壞。（3）鐵芯中會產生剩磁，使互感器特性變壞，誤差增大。 因此，當電流互感器一次繞組有電流時，二次繞組不允許開路。5. 分類：（1）按裝設地點可分為：戶內式和戶外式。（2） 按安裝方式可分為：穿墻式、支持式（或稱支柱式）、裝入式（稱為套管式）（3） 按一次繞組匝數可分為：單匝式和復匝式（或稱多匝式）。（4）按絕緣可分為：干式、澆注式（用環氧樹脂作絕緣）、油浸式（瓷絕緣）、氣體式（用SF6氣體絕緣）。6. 結構電流互感器型式很多

22、，在結構上主要包括一次繞組、二次繞組、鐵芯、絕緣、支持件等幾個部分。單匝和復匝式電流互感器結構示意圖如下圖所示在同一回路中，往往需要很多電流互感器供給測量和保護用， 為了節約材料 和投資，高壓電流互感器常由多個沒有磁聯系的獨立鐵芯和二次繞組與共同的一次繞組組成同一電流比、多二次繞組的結構，如圖（c）所示。對于110kV及以 上的電流互感器，為了適應一次電流的變化和減少產品規 格，常將一次繞組分成幾組，通過切換來改變繞組的串、 并聯，以獲得23種互感比。1）右圖為LCLWD3-220戶外瓷箱式電容型絕緣 U字 型繞組電流互感器結構。其一次繞組 5呈“U”型，一次繞 組絕緣采用電容均壓結構，用高壓

23、電纜紙包扎而成。絕緣 共分10層，層間有電容屏（金屬箔），外屏接地，形成圓 筒式電容串聯結構。有 4個環形鐵芯及二次繞組，分布在“ U”型下部的兩側，二次繞組為漆包圓銅線，鐵芯為優質 冷軋晶粒取向硅鋼板卷成。由于這類電流互感器具有用油 量少、瓷套直徑小、質量輕、電場分布均勻、絕緣利用率 高和便于實現機械化包扎等優點，在 110kV及以上電壓級 中得到廣泛的應用。圖中：1油箱；2 二次接線盒；3- 環形鐵芯及二次繞組；4壓圈式卡接裝置；5U宇型一次 繞組；6 瓷套；7均壓護罩；8貯油柜；9 一次繞組 切換裝置；10一次出線端子；11 呼吸器2） SF6氣體絕緣的電流互感器，有 SAS LVQB等系列， 電壓110kV及以上。下圖為LVQB-220型電流互感器外形。 它由驅殼、器身（一、二次繞組）、瓷套和底座組成，并采用 倒置式一一器身固定在驅殼內，置于頂部。二次繞組用絕緣件固定在驅殼上，一、 二次繞組間用SF6氣體絕緣。驅殼上方有壓力釋放裝置，底座有 SF6壓力表、密 度繼電器和充氣閥、二次接線盒。7. 電流互感器的接線方式：（1） 單相接線 單相接線如圖（a）所示，這種接線用于三相對稱負荷的一相 電流測量，也用于保護回路的單相接線，例如一次系統星形中性線上的單相接線， 當一次系統負荷不平衡或出現短路故障時，可反映流過星形中性點的零序電流。（2） 星形接線星形