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1、电压互感器结构与试验,湖南省电力公司娄底电业局刘冠魁二零一一年四月,1、电压互感器的基本概念 电压互感器是将一次（高压）侧交流电压按照额定电压比转换成可供电侧仪表、继电保护装置或者控制装置使用的二次（低压）侧电压的变压设备。根据以上所述，电压互感器的功能与作用可归纳为以下三点：a.将一次系统的电压信息准确地传递到二次侧相关设备；b.将一次系统的高电压变换为二次侧的低电压、小电流，使测量、计量仪表和继电器等装置标准化、小型化，并降低了对二次设备的绝缘要求；c.将二次侧设备以及二次系统与一次系统高压设备在电气方面很好地隔离，从而保证了二次设备和人身的安全。,2、电压互感器的分类1）按照工作原理分为
2、：a.电磁式电压互感器 b.电容式电压互感器 c.数字式光电电压互感器 2）按照主绝缘结构形式分为：a.固体绝缘电压互感器 b.油纸绝缘电压互感器 c.SF6气体绝缘电压互感器（主要用于SF6组合电器）,3、电压互感器的结构,a.固体绝缘电压互感器,b.油纸绝缘电压互感器,c.SF6气体绝缘电压互感器,3.1固体绝缘电压互感器 固体绝缘电压互感器以目前常用的环氧浇注绝缘电压互感器最具有代表性，这种结构和材料的互感器,由于绝缘结构和材料的限制，一般只用于35kV及以下的电压等级。,3.1.1 环氧浇注绝缘电压互感器的内部结构,环氧浇注固体绝缘电压互感器的内部结构示意图,3.1.2 环氧浇注绝缘电
3、压互感器的特点 与其他形式的互感器比较，环氧浇注绝缘电压互感器主要有以下优点：a.少维护-产品投入电网运行后不需要做太多的维护工作；b.无油无气、环保清洁-不会因密封不良等产生漏油、漏气缺陷；c.重量轻-整个互感器中金属部分所占比例较小，相比于同样容量的其它类型的互感器轻；d.安装运输方便-在运输箱中只要固定牢固可以多方位装车运输。但上述优点必须建立在产品质量优异、运行安全可靠的基础之上。,3.1.3 环氧浇注绝缘电压互感器的常见故障和缺陷 根据多次环氧浇注绝缘电压互感器的实际运行情况，其常见的故障和缺陷主要有以下二点：a.环氧绝缘炸裂。互感器运行后短时间内（一般不超过1年），在系统电压下出现
4、表面绝缘开裂或者炸裂现象。如：某变电站的35kV系统的电容器组使用了国内某厂家生产的环氧浇注绝缘电压互感器，运行半年后，运行人员在一个阴雨天气巡视设备时，近距离听到互感器有表面放电声音，停电后检查发现一只互感器的套管根部出现纵向裂纹，导致放电。,运行中出现的绝缘裂纹,b.外绝缘表面爬电，造成不可恢复的炭化放电通道 如：某供电单位检修人员在秋季对某变电站内的一箱式变电站进行停电例行试验时，发现35kV进线干式电压互感器套管表面有表面爬电造成的黑色放电通道，放电痕迹从套管的高压端开始向金属底座发展。分析认为是由于夏季变电站内湿度大，互感器表面绝缘制造不良造成。,3.1.4 环氧浇注绝缘电压互感器的
5、故障和缺陷原因分析a.传统产品在许多方面存在着缺陷，一些厂家在关键的生产工艺控制和选用材料上还有差别，特别是在关系到产品性能的关键设计、制造技术上没有突破原有的理念。由于环氧材料的抗老化性能较差，即使是户外环氧，也无法真正达到户外运行的要求（防止太阳光下的紫外线照射造成老化）。b.绝缘表面抗污秽能力差，也是户外运行所不允许的。对采用硅橡胶外绝缘和带有硅橡胶增爬裙的瓷绝缘，要经常检查硅橡胶表面的放电情况，如有放电现象要及时处理。,c.在结构方面，多年来没有根本性的改变，特别是在屏蔽设计上存在着很大的缺陷，使得局部放电指标成了众多制造厂家难以逾越的障碍。而对于干式产品，局部放电缺陷恰恰是最致命的（
6、内部绝缘缺陷造成的局部放电将破坏其绝缘整体性能，放电造成的缺陷具有不可恢复性且永久存在）。d.由于浇注工艺的控制不合理、对不同材料的膨胀及缓冲方法的理解存在着误区等众多因素，造成了浇注型干式产品爆炸事故频频发生。,合成硅橡胶外绝缘的防污闪性能,3.2 油纸绝缘电压互感器3.2.1 油纸绝缘电磁式电压互感器,35kV电磁式电压互感器,110kV电磁式电压互感器,220kV电磁式电压互感器,3.2.2电磁式电压互感器结构,3.2.3、油纸绝缘电磁式电压互感器的结构特点 a.高压绕组首端和末端绝缘水平不一致，采用了分级绝缘方式（首端的绝缘等级与系统相同，末端的试验电压为交流2000V）。b.一次绕组
7、采用串级式宝塔形结构，四个绕组自上而下所承受的系统对地电压逐步降低。c.内部绝缘支撑架在运行中承受电压作用。其中上铁芯固定点承受3/4相对地电压，下铁芯固定点承受1/4相对地电压。,4、串级式电压互感器试验方法4.1、常规反接法：一次首尾短接加压，二次绕组短路接地。这种接线方式测出的主要是以下三部分的介损：一次绕组静电屏对二次绕组的介损；一次绕组对二绕组端部的介损；绝缘支架对地的介损。,常规法测量时，下铁芯与一次绕组等电位，故为测量tg的高压电极，其余为测量电极，其极间绝缘较薄，因此电容量相对较大，即测得的tg和电容量中绝大部分是一次绕组（包括下铁芯）对二次绕组间的电容量和tg值。当互感器进水
8、时，水分一般沉积在底部，且铁芯上绕组端部易于受潮，所以常规法对监测其进水受潮还是很有效的。此外，由于一次绕组尾端的绝缘较低，所以，这种试验方法所能施加的电压也较低，一般，不允许超过2KV，影响了试验的精确度。而且，容易受一次尾端引出端子板、引出线小磁套脏污的影响。,现场常规法测量tg的试验结果主要有以下两种：1）tg大于规定值。这既可能是互感器内部缺陷如进水受潮等引起，也可能是由于外瓷套和二次端子板的影响引起的，一般受二次端子板影响的可能性较大。若试验时相对湿度较大，瓷套表面脏污，还应注意外瓷套表面状况对测量结果的影响。如确认没有上述影响，则可认为互感器内部存在绝缘缺陷。2）tg大于规定值。一
9、般认为此时绕组间和绕组对地绝缘良好。但应注意，由于绝缘支架电容量仅占测量时总电容的1/21/100，因此实测tg将不能灵敏的反应支架的绝缘状况，这就是说，即使总体tg（一次绕组对二次绕组及地）合格，也不能表明绝缘支架绝缘良好。而运行中支架受潮和分层开裂造成的爆炸事故相对较多，故必须监测支架在运行中的绝缘状况。这个问题是常规法不能解决的，为此有必要选择其他的试验方法。,4.2自激法：互感器的二次绕组励磁感应出高压来进行试验。这种方法的优点：试品上的电压分布与其工作时的一致，且一次尾端对地的介损被屏蔽，测量的是一次绕组对二次绕组端绝缘以及绝缘支架对地的介损。主要缺点有：1）一次绕组对地的杂散电容影
10、响试验数据；2）二次励磁引起的试验回路电压的相位偏移；3）抗空间电场干扰能力弱。需要说明的是，有的厂家生产的电磁式电压互感器在出厂说明书或出场试验报告上，明确指出，该厂的互感器不允许用自激法作介损试验。,4.3末端屏蔽法：末端屏蔽法有三种接线方式1）一次绕组首端加高压，底座和尾端接地，二次绕组尾端短接接电桥的CX。这种方法只能测量一次绕组对二次绕组的介损。2）一次绕组首端加高压，尾端接地，底座对地绝缘，二次绕组尾端短接和互感器底座并联接电桥的CX。这种方法只能测量一次绕组对二次绕组和支架的介损。3）一次绕组首端加高压，尾端接地，底座对地绝缘，二次绕组尾端短接接地，互感器底座接电桥的CX。这种方
11、法只能测量一次绕组对支架的介损。4）由于支架电容量很小（一般为10pF25pF），因此按图c直接法测量的灵敏度很低，在电场干扰下往往不易测准，建议使用间接法，按图a和图b两次测量后，用式（1）计算出绝缘支架的电容量Cc和介损tgc，既：Cc=Cb Ca tgc=（Cbtgb Catga）/（Cb Ca）（1）Ca及tga 图a测得的一次绕组对二次绕组的介损和电容值Cb及tgb 按图b接线测得的一次对支架与二次绕组并联电容和介损,a、电压互感器底座接地测量一次对二次绕组的试验接线,b、电压互感器底座对地绝缘测量一次对支架与二次绕组并联的试验接线,c、末端屏蔽发直接测量支架介损,注意事项：使用常规
12、法测量时，必须将二、三次绕组短接，使用末端屏蔽法和自激法测量时，二、三次绕组不允许短接。因为使用常规法测试时，须将二、三次线圈短接，若此时一次线圈也不短接，会引入激磁电感和空载损耗影响测得的介损值出现偏大的误差。而自激法或末端屏蔽法主要测量的是一次线圈及下铁芯对二、三次和对地的分布电容和介损值。如果将二、三次短路，则激磁电流大大增加，不仅有可能烧坏互感器，还使一次电压与二、三次电压相角增加，引起不可忽视的测量误差。另外从自激法的接线来讲，高压标准电容器自激法，用一个或二个低压线圈励磁，低压标准电容器法，两个线圈均已用上，因而不允许短路。,5、DL/T474.3-2006行业标准 串级式电压互感
13、器20 C时的tg的试验标准如下,6、油纸绝缘电磁式电压互感器的常见故障和缺陷6.1、巡视检查异常判断与处理a.三相电压指示不平衡，一相降低，另两相正常，线电压不正常，或伴有声、光信号，可能是电压互感器高压或低压熔断器熔断；若是新投运的互感器有可能变比不相符，应及时处理。b.在中性点非有效接地系统中，一相电压降低，另两相电压升高或指针摆动，可能是单相接地故障或基频谐振，或负荷较轻时，三相对地电容电流不平衡引起；如三相电压同时升高，并超过线电压，则可能是分频或高频谐振，应采取消谐措施。c.在中性点有效接地系统中，当母线倒闸操作时，出现相电压升高并以低频摆动，一般为串联谐振现象。若无任何操作，突然
14、出现相电压升高或降低，则可能是互感器内部绝缘故障，如串级式电压互感器可能绝缘支架击穿或一次绕组层间或匝间短路（上绕组故障U升高，下绕组故障U降低），上述两种情况均应立即退出运行进行检查。d.在中性点有效接地系统中，电压互感器投运时出现电压表指示不稳定，可能是高压绕组N(X)端接地不良，应立即退出运行进行检查。,6.2、例行试验中的缺陷判断及处理a.绕组绝缘电阻下降，介损超标或绝缘油指标不合格。主要原因是产品密封不良，使绝缘受潮。处理方法：应对互感器进行器身干燥处理，如判断为轻度受潮，可采用热油循环干燥，如判断为重度受潮，则需进行真空干燥。b.绝缘油介损超标，含水量大，简化分析项目不合格如酸值过
15、高等。主要原因是制造厂进货油样试验把关不严，劣质油进入系统，或运行维护中对互感器原油的产地、牌号不明，未作混油试验，盲目混油。处理办法：如系新产品质量问题，不论是否投运，一律返厂处理，通过有关试验确认，如仅污染器身表面，可做换油处理，此时还应注意清除器身内部残油。如严重污染器身，则全部更换器身全部绝缘，必要时更换一次绕组导体。,c.产品运行中出现H2或CH4（甲烷）单相含量超过注意值，或总烃含量超过注意值。主要原因是：对气体组分含量超过注意值的产品要具体分析，对于H2单相超过注意值的可能与金属膨胀器除H2处理不够或油箱除漆工艺不当有关，如果多次试验结果数值稳定，则不一定是故障的反应，但当H2增
16、长过快时，则应给与注意。甲烷（CH4）单相过高，可能是绝缘干燥不彻底或老化所致。对于总烃含量高的互感器，应认真分析烃类气体的成分，对缺陷类型进行判断，并通过有关电气试验进一步确诊。当出现乙炔时应予以充分重视，应为它是反映放电故障的主要指标。处理方法：首先视情况不做有关电气试验，如一次绕组直流电阻测量、高压介损、局部放电等进一步判断故障性质和确定故障部位。如判断为费故障性质，可进行换油处理或对绝缘油进行脱气处理。如判断为悬浮放电或电气接触不良，常见的原因则互感器铁芯穿芯螺杆电位悬浮放电等，应进行相应处理。确认为绝缘故障，则必须进行解体检修，必要时返厂处理,7、油纸绝缘电磁式电压互感器的电气试验技
17、术要点 按照国家电网公司输变电设备状态检修试验规程要求，油纸绝缘电磁式电压互感器在例行试验中应该进行绝缘电阻测量、绕组绝缘和支架绝缘的介质损耗测量、油中溶解气体色谱分析项目。多年的实践证明，通过测量绕组绝缘和支架绝缘的介质损耗，加强绝缘油的色谱分析，是能够及时发现互感器内部的支架绝缘缺陷、受潮、内部局部放电等缺陷的，特别是绝缘油的色谱分析，对于缺陷产生初期的发现，预控缺陷的发展过程、了解缺陷的性质，及时采取有效的技术措施，防止缺陷的扩大和事故的发生，能起到重要的作用，但在进行以上试验时，要把握以下技术要点：,a.对绝缘油进行色谱分析时，要严格按照色谱规程的要求进行，取样器皿的准备、取样的过程、
18、油样的保存和运输、脱气及检测、含气量的计算要规范化，避免出现某一过程失误造成的测量误差，必要时采取多样分析核对的手段，确保测试结果准确，为缺陷或故障判断打好基础。在发现实验数据异常时，要适时缩短实验周期，或者辅助以绝缘油耐压和微水实验项目，增加对故障判断的判据。b.绕组绝缘和支架绝缘的介质损耗的测量，要充分考虑互感器的绝缘结构对测量结果的影响（被测绝缘的电容量大小、二次接线端子的脏污、空间电磁场的干扰等），并根据被测量绝缘部位选择正确的接线方式。,8、110kV电容式电压互感器基本结构,(1)电 容 分 压 器(2)电 磁 单 元(3)高 压 电 容(4)中 压 电 容(5)中 间 变 压 器
19、(6)补 偿 电 抗 器(7)阻 尼 器(8)电 容 分 压 器 低 压端 对 地 保 护 间 隙(9)阻 尼 器 连 接 线(10)一 次 接 线 端(11)二 次 输 出(12)接 地 端(13)绝 缘 油(14)电 容 分 压 器 套 管(15)电 磁 单 元 箱 体(16)端 子 箱(17)外 置 式 金 属 膨 胀 器,a.电容分压器 电容分压器由1到4节套管式电容分压器叠装而成，每节电容分压器单元装有数十只串联而成的膜纸复合介质组成的电容元件，并充以绝缘油密封，高压电容C1和中压电容C2的全部电容元件被装在14节瓷套内，由于它们保持相同的温度，所以由温度引起的分压比的变化可被忽略。
20、b.电磁单元电磁单元包括中间变压器，补偿电抗器以及抑制铁磁谐振的阻尼器。补偿电抗器的电抗值与电容分压器的等值电容在额定频率下的容抗相等，以便在不同的二次负荷下使一次电压和二次电压之间能获得正确的相位和变比,9、电容式电压互感器的特点与电磁式电压互感器相比较，电容式电压互感器有以下特点：a.体积小，重量轻，现场便于安装和运输。b.由温度变化引起的电容量和分压比的变化可以忽略不计。c.每节分压电容内装金属膨胀器，在互感器本体温度变化时保持内部压力微正压，不容易渗漏油。d.电容器的电感量小，因此，除用做系统电压测量外，还作为载波或继电保护信号的上传通道。e.正常运行时不需要对其中的绝缘油进行处理和分
21、析。f.运行时不易导致系统的铁磁谐振。,10、电容式电压互感器现场试验常规试验方法 对于500kV以下设备可根据现场实际情况，建议采用不拆除一次引线的设备试验状态，基本的原则是：保证工作安全的情况下，以最小的工作量，最短的工作时间，最准确的试验结果，完成全部试验工作。a.测量电容器并联的总tg和电容量 采用电桥反接线法屏蔽（高压屏蔽）测量，此时CVT的C11上端死接地。C11介损和电容量计算公式：C总=C11+C下总 tg总=（C11tg11+C下总tg下总）/（C11+C下总）,b.测量电容下节的总tg和电容量 原则上采用电桥正接线法测量，此时CVT的C11上端死接地。,电容C12的tg和电
22、容量测量接线图,c.测量C12和C2的tg和电容量由于C12和C2同在一个瓷套中，连接点打不开，采用感应加压法进行tg和电容量试验。但由于C2的接地端子设计上只能承受2500V交流电压，所以要控制C2接地端子的试验电压不能超过2000V，同时控制低压辅助绕组励磁电流不超过厂家设计的长时间运行电流。,图1 测C12的tg和电容量,图2 测C2的tg和电容量,D、电容式电压互感器电磁单元的测量接线 测量中间变压器的C和tg用反接线法。将C2末端与C1首端相连，XT悬空，中间变压器各二次绕组短路接地按反接线测量。由于点绝缘水平限制，外施交流电压2kV。,11、电容式电压互感器的常见故障和缺陷1）三相
23、电压不平衡，开口三角有高电压，设备有异常响声并发热，可能是阻尼回路不良引起的自身谐振现象，应立即停止运行。2）二次输出为零，可能是中压回路短路或开路，电容单元连接断开，或二次接线短路。3）二次输出电压高，可能是电容器C1有元件损坏，或电容单元低压端未接地。4）二次输出电压低，可能是电容器C2有元件损坏，二次过负荷或连片接触不良或电磁单元故障。5）二次电压波动，可能是二次连接松动，或分压器低压端子未接地或未接载波回路，如果是速饱和电抗型阻尼器，有可能是参数配合不当。6）渗漏油。包括分压电容器的膨胀器制造质量不良造成的破裂渗漏、端部法兰密封老化造成的渗漏、电磁单元油位观察窗密封不良造成的渗漏。需要
24、特别说明的是，电容式电压互感器一旦发现渗漏油要立即退出运行。7）分压电容器介质损耗试验超标。主要因内部电容元件制造工艺不良和总装时真空处理不好造成。8）电磁单元内部的补偿电抗器因铁芯松动造成振动大，声音异常。9）中压电容接地端子未正常接地或者接地不良造成二次接线盒内部放电。,12、电容式电压互感器的现场试验遇到的问题1）现场电磁干扰大。当500kV站部分停电，即有干扰时，离地面1.5米高处空间场强约为23kV/m左右，被试设备上感应电压一般约为35kV左右，在此环境下进行试验时，必须采用抗干扰措施或者选择抗干扰性能优良的试验仪器。2）试验接线方式对对试验结果影响大。受周围干扰源影响（工频50H
25、Z），试验仪器本体测试回路上的干扰信号会因接线方式的不同而变化，需要根据被试验设备所处的环境选择最有利的接线方式，另外，各种高、低压引线的布置要恰当。3）被试验设备高位布置，一次引线位置高且沉重，拆接线困难，现场全部拆除一次引线危险性大，需要合适的检修工器具和特种车辆，如高架车等。因此，需要在拆线试验和不拆线试验做选择。,13、互感器测试工作流程13.1、开工前的准备工作 1)、编制或知晓作业指导书内容；2)、开工前进行工前培训；3)、开工前交代工作票所列的安全措施、工作任务及安全注意事项，风险辨识及防范措施并确认签字。13.2、安全要求 1)、正确佩戴安全帽；2)、按照规定穿好工作服；3)、
26、按安规要求设置试验围栏。,13.3、操作流程 1）检查试验仪器是否在检验合格期内，正确选择试验设备和仪器。2）试验方法，根据现场实际情况，采用末端屏蔽法进行测量。3）试验接线，加压回路接线正确，设备选型正确，试品和试验仪器必须可靠接地。4）电桥接线，采用正接线或反接线法进行测量。5）操作过程，应符合各类电桥使用规程。13.4、原始记录试验报告要求 1）应整洁、清晰 2）应包括实测介损值，被试设备参数、环境条件；试验设备名称、型号、编号、试验日期、试验人员；最终数据及结论。3）测量结果正确（不出现因测试接线、方法错误引起的测试结果错误）。13.5、清理现场 1）清理连接线；2）试验设备放归原位；3）工具摆放整齐，放归原位。,谢谢！,
