電壓互感器

英文名稱：

voltage transformer potential transformer;voltage transformer 

定義1：將高電壓變成低電壓的互感器。在正常使用情況下，其比差和角差都應在允許范圍內。所屬學科：電力（一級學科）；變電（二級學科）

定義2：利用電磁感應原理改變交流電壓量值的器件。所屬學科：機械工程（一級學科）；電測量儀器儀表（二級學科）；儀用互感器（三級學科）

定義3：將交流高電壓轉化成可供儀表、繼電器測量或應用的變壓設備。所屬學科：

 水利科技（一級學科）；水力發電（二級學科）；水電站電氣回路及變電設備（三級學科）

概述

電壓互感器是一個帶鐵心的變壓器。它主要由一、二次線圈、鐵心和絕緣組成。當在一次繞組上施加一個電壓U1時，在鐵心中就產生一個磁通φ，根據電磁感應定律，則在二次繞組中就產生一個二次電壓U2，改變一次或二次繞組的匝數，可以產生不同的一次電壓與二次，電壓比，這就可組成不同比的電壓互感器。電壓互感器將高電壓按比例轉換成低電壓，即100V，電壓互感器一次側接在一次系統，二次側接測量儀表、繼電保護等；主要是電磁式的（電容式電壓互感器應用廣泛），另有非電磁式的，如電子式、光電式。

電壓互感器的分類

1. 按安裝地點可分為戶內式和戶外式。35kV及以下多制成戶內式；35kV以上則制成戶外式。
2. 按相數可分為單相和三相式，35kV及以上不能制成三相式。
3. 按繞組數目可分為雙繞組和三繞組電壓互感器，三繞組電壓互感器除一次側和基本二次側外，還有一組輔助二次側，供接地保護用。
4. 按絕緣方式可分為干式、澆注式、油浸式和充氣式，干式浸絕緣膠電壓互感器結構簡單、無著火和爆炸危險，但絕緣強度較低，只適用于6kV以下的戶內式裝置；澆注式電壓互感器結構緊湊、維護方便，適用于3kV～35kV戶內式配電裝置；油浸式電壓互感器絕緣性能較好，可用于10kV以上的戶外式配電裝置；充氣式電壓互感器用于SF6全封閉電器中。
5. 此外，還有電容式電壓互感器，電容式電壓互感器實際上是一個單相電容分壓管，

工作原理 

其工作原理與變壓器相同，基本結構也是鐵心和原、副繞組。特點是容量很小且比較恒定，正常運行時接近于空載狀態。

電壓互感器本身的阻抗很小，一旦副邊發生短路，電流將急劇增長而燒毀線圈。為此，

電壓互感器的原邊接有熔斷器，副邊可靠接地，以免原、副邊絕緣損毀時，副邊出現對地高電位而造成人身和設備事故。

測量用電壓互感器一般都做成單相雙線圈結構，其原邊電壓為被測電壓（如電力系統的線電壓），可以單相使用，也可以用兩臺接成V-V形作三相使用。實驗室用的電壓互感器往往是原邊多抽頭的，以適應測量不同電壓的需要。供保護接地用電壓互感器還帶有一個第三線圈，稱三線圈電壓互感器三相的第三線圈接成開口三角形，開口三角形的兩引出端與接地保護繼電器的電壓線圈聯接。正常運行時，電力系統的三相電壓對稱，第三線圈上的三相感應電動勢之和為零。一旦發生單相接地時，中性點出現位移，開口三角的端子間就會出現零序電壓使繼電器動作，從而對電力系統起保護作用。線圈出現零序電壓則相應的鐵心中就會出現零序磁通。為此，這種三相電壓互感器采用旁軛式鐵心（10KV及以下時）或采用三臺單相電壓互感器。對于這種互感器，第三線圈的準確度要求不高，但要求有一定的過勵磁特性（即當原邊電壓增加時，鐵心中的磁通密度也增加相應倍數而不會損壞）。引

注意事項

使用注意

1、電壓互感器在投入運行前要按照規程規定的項目進行試驗檢查。例如，測極性、連

接組別、搖絕緣、核相序等。

2、電壓互感器的接線應保證其正確性，一次繞組和被測電路并聯，二次繞組應和所接

的測量儀表、繼電保護裝置或自動裝置的電壓線圈并聯，同時要注意極性的正確性。

3、接在電壓互感器二次側負荷的容量應合適，接在電壓互感器二次側的負荷不應超過

其額定容量，否則，會使互感器的誤差增大，難以達到測量的正確性。

4. 電壓互感器二次側不允許短路。由于電壓互感器內阻抗很小，若二次回路，會出現很大的電流，將損壞二次設備甚至危及人身安全。電壓互感器可以在二次側裝設熔斷器以保護其自身不因二次側短路而損壞。在可能的情況下，一次側也應裝設熔斷器以保護高壓電網不因互感器高壓繞組或引線故障危及一次系統的安全。

5、為了確保人在接觸測量儀表和繼電器時的安全，電壓互感器二次繞組必須有一點接地。因為接地后，當一次和二次繞組間的絕緣損壞時，可以防止儀表和繼電器出現高電壓危及人身安全。

施工、安裝要點

1、副邊繞組連同鐵心必須可靠接地。

2、副邊絕對不容許短路。

銘牌標志

電壓互感器型號由以下幾部分組成，各部分字母，符號表示內容：

第一個字母：J——電壓互感器； 

第二個字母：D——單相；S——三相 

第三個字母：J——油浸；Z——澆注；

第四個字母：數字——電壓等級(KV)。 

例如：JDJ-10表示單相油浸電壓互感器，額定電壓10KV。

額定一次電壓，作為互感器性能基準的一次電壓值。

額定二次電壓，作為互感器性能基準的二次電壓值。額定變比，額定一次電壓與額定二次電壓之比。

準確級，由互感器系統定的等級，其誤差在規定使用條件下應在規定的限值之內負荷，二次回路的阻抗，通常以視在功率(VA)表示。額定負荷，確定互感器準確級可依據的負荷值。

基本作用

電壓互感器的作用是：把高電壓按比例關系變換成100V或更低等級的標準二次電壓，供保護、計量、儀表裝置使用。同時，使用電壓互感器可以將高電壓與電氣工作人員隔離。

電壓互感器雖然也是按照電磁感應原理工作的設備，但它的電磁結構關系與電流互感器相比正好相反。電壓互感器二次回路是高阻抗回路，二次電流的大小由回路的阻抗決定。當二次負載阻抗減小時，二次電流增大，使得一次電流自動增大一個分量來滿足一、二次側之間的電磁平衡關系。可以說，電壓互感器是一個被限定結構和使用形式的特殊變壓器。簡單的說就是“檢測元件”。

接線方式

電壓互感器的接線方式很多，常見的有以下幾種：

（1）用一臺單相電壓互感器來測量某一相對地電壓或相間電壓的接線方式

（2）用兩臺單相互感器接成不完全星形，也稱V—V接線，用來測量各相間電壓，但不能測相對地電壓，廣泛應用在20KV以下中性點不接地或經消弧線圈接地的電網中。

  （3）用三臺單相三繞組電壓互感器構成YN，yn,d0或YN,y,d0的接線形式，廣泛應用于3~220KV

系統中，其二次繞組用于測量相間電壓和相對地電壓，輔助二次繞組接成開口三角形，供接入交流電網絕緣監視儀表和繼電器用。用一臺三相五柱式電壓互感器代替上述三個單相三繞組電壓互感器構成的接線，除鐵芯外，其形式與圖3基本相同，一般只用于3~15KV系統。

 （4）電容式電壓互感器接線形式。

在中性點不接地或經消弧線圈接地的系統中，為了測量相對地電壓，PT一次繞組必須接成星形接地的方式。在3~60KV電網中，通常采用三只單相三繞組電壓互感器或者一只三相五柱式電壓互

感器的接線形式。必須指出，不能用三相三柱式電壓互感器做這種測量。當系統發生單相接地短路時，在互感器的三相中將有零序電流通過，產生大小相等、相位相同的零序磁通。在三相三柱式互感器中，零序磁通只能通過磁阻很大的氣隙和鐵外殼形成閉合磁路，零序電流很大，使互感器繞組過熱甚至損壞設備。而在三相五柱式電壓互感器中，零序磁通可通過兩側的鐵芯構成回路，磁阻較小，所以零序電流值不大，對互感器不造成損害。

常見異常

（1）三相電壓指示不平衡：一相降低（可為零），另兩相正常，線電壓不正常，或伴

有聲、光信號，可能是互感器高壓或低壓熔斷器熔斷；

（2）中性點非有效接地系統，三相電壓指示不平衡：一相降低（可為零），另兩相升

高（可達線電壓）或指針擺動，可能是單相接地故障或基頻諧振，如三相電壓同時升高，并超過線電壓（指針可擺到頭），則可能是分頻或高頻諧振；

（3）高壓熔斷器多次熔斷，可能是內部絕緣嚴重損壞，如繞組層間或匝間短路故障；

（4）中性點有效接地系統，母線倒閘操作時，出現相電壓升高并以低頻擺動，一般為串聯諧振現象；若無任何操作，突然出現相電壓異常升高或降低，則可能是互感器內部絕緣損壞，如絕緣支架繞、繞組層間或匝間短路故障；

（5）中性點有效接地系統，電壓互感器投運時出現電壓表指示不穩定，可能是高壓繞

組N（X）端接地接觸不良。

電壓互感器爆裂原因剖析及防范措施

1 故障現象及相關數據 

6kV系統共有八段，采用的是上海華通開關廠生產的電氣組合柜，該廠設備自投產以來，主部件未發生大的缺陷，但其輔助測量PT發生了8臺次損壞，現象表現為本體炸裂、內部絕緣物質噴出故障，致使6kV系統的相關保護不能投運，部分自動功能無法實現。這給廠用系統的安全穩定運行帶來了極大的隱患。

2 故障原因初探

（1）

產品質量不好：如果由于產品本身絕緣、鐵心疊片及繞制工藝不過關等，均可能致使電壓互感器發熱過量使絕緣長期處于高溫下運行，從而導致絕緣加速老化，出現擊穿。該類型的電壓互感器一次側繞組發生匝間短路，這樣電流會迅速增大，鐵磁也將迅速飽和從而導致諧振過電壓，使絕緣擊穿，高壓熔斷器被熔斷。

（2)

電壓互感器二次負荷偏重，一、二次電流較大，使二次側負載電流的總和超過額定值，

造成PT內部繞組發熱增加，尤其是在電壓高于TP額定電壓(6kV)情況下，PT內部發熱更加嚴重；再者，該系統屬于中性點非有效接地系統，故一次側電壓在運行中容易發生偏斜，

當某相出現高電壓時，該相PT更加容易發生熱膨脹爆裂。

3) 由于鐵磁諧振而造成電壓互感器被擊穿，因為：被擊穿的電壓互感器所處的母線帶

的負荷呈感性的比較多，特別是Ⅲ、Ⅳ段，帶有大容量的深井泵，在負荷分配上其感抗大于容抗，由于某種原因，而使系統電壓波動(如深井泵頻繁啟停等)，使電路中電流和電壓發生突變，可能導致電壓互感器鐵心迅速飽和、感抗減小，當感抗小于容抗時，將產生鐵磁諧振，導致電壓互感器激磁電流增大幾十倍，而過電壓幅值將達到近2.5Ue，甚至于達到3.5Ue以上，而且持續時間較長，

電壓互感器在這樣大電壓、大電流下運行，使本身的溫度也迅速升高，導致損壞。

3 鐵磁諧振的幾個特點

1）對于鐵磁諧振電路，在相同的電源電勢作用下回路可能不只一種穩定的工作狀態。電路到底穩定在哪種工作狀態要看外界沖擊引起的過渡過程的情況。

2)PT的非線性鐵磁特性是產生鐵磁諧振的根本原因，但鐵磁元件的飽和效應本身也限制了過電壓的幅值。此外回路損耗也使諧振過電壓受到阻尼和限制。當回路電阻大于一定的數值時，就不會出現強烈的鐵磁諧振過電壓。

3)串聯諧振電路來說，產生鐵磁諧振過電壓的的必要條件是ω0=1／L0C＜ω。因此鐵磁諧振可在很大的范圍內發生。

4)維持諧振振蕩和抵償回路電阻損耗的能量均由工頻電源供給。為使工頻能量轉化為其它諧振頻率的能量，其轉化過程必須是周期性且有節律的，即…1/2(1，2，3…)倍頻率的諧振。

5)鐵磁諧振對PT的損壞。電磁諧振(分頻)一般應具備如下三個條件。①鐵磁式電壓互感器(PT)的非線性效應是產生鐵磁諧振的主要原因。

②PT感抗為容抗的100倍以內，即參數匹配在諧振范圍。③要有激發條件，如PT突然合閘、單相接地突然消失、外界對系統的干擾或系統操作產生的過電壓等。據試驗分頻諧振的電流為正常電流的240倍以上，工頻諧振電流為正常電流的40~60倍左右，高頻諧振電流更小。在這些諧振中，分頻諧振的破壞最大，如果PT的絕緣良好，工頻和高頻一般不會危及設備的安全，而6kV系統存在上述條件。

4 鐵磁諧振的常用消除辦法

根據以上分析配電系統鐵磁諧振的特性，就不難找到加以解決的辦法。通常的解決辦法有：

1)PT一次的中性點加裝阻尼電阻。該方法在已廣泛采用，生產定型產品的廠家比較多，在實際運用中都取得了滿意的效果。如西安電瓷廠生產的RXQ系列消諧器，該消諧器串接于PT一次繞組中性點與地之間，內部材料為大容量的非線性碳化硅電阻片及散熱片等串聯組裝于瓷套內而成。其工作原理為：在低壓下消諧器呈高電阻值(可達幾百千歐)使諧振在起始階段不易發展，單相接地時，消諧器上出現千余伏電壓，它的非線性電阻下降，使其不影響接地保護的工作。

2)在三角側并聯固定(或可變)阻尼，用于一些要求不太高的變電所或配電所。

電壓互感器常見異常的判斷

（1）三相電壓指示不平衡：一相降低（可為零），另兩相正常，線電壓不正常，或伴

有聲、光信號，可能是互感器高壓或低壓熔斷器熔斷；

（2）中性點非有效接地系統，三相電壓指示不平衡：一相降低（可為零），另兩相升

高（可達線電壓）或指針擺動，可能是單相接地故障或基頻諧振，如三相電壓同時升高，并

超過線電壓（指針可擺到頭），則可能是分頻或高頻諧振；

（3）高壓熔斷器多次熔斷，可能是內部絕緣嚴重損壞，如繞組層間或匝間短路故障；

（4）中性點有效接地系統，母線倒閘操作時，出現相電壓升高并以低頻擺動，一般為串聯諧振現象；若無任何操作，突然出現相電壓異常升高或降低，則可能是互感器內部絕緣

損壞，如絕緣支架繞、繞組層間或匝間短路故障； 

（5）中性點有效接地系統，電壓互感器投運時出現電壓表指示不穩定，可能是高壓繞組

N（X）端接地接觸不良。