电压互感器四类问题原因与解决方案

宣黎强　 孙鹏　 孙科　 王鹏　 汤雨

摘 要：电子电压互感器是电流系统中保护设备及计量的重要依据，且计量的可靠性及精确性受到电压互感器测量精度的影响，在数字化变电站中得到广泛应用。但不管是无源电压还是有源电压互感器都存在一定发热损坏、开路损坏、不够精确及抗直流分量不足等问题。本文从电子电压互感器的分类入手进行探讨其四类问题及其存在原因，并提出相应的解决对策。

关键词：电压互感器；无源电压；有源电压；问题

电压互感器是确保电力系统经济、安全运行而对其设备、系统相关系数实施测量的设备[1]，电压互感器可以把高压依比例转换成标准低电压，以向继电保护、仪表及测量仪器等装置提供电压。传统电压互感器存在动态范围、绝缘性及磁饱和性等方面存在诸多不足，而电子式电压互感器克服了上述不足，以数字信号对电量采集进行模拟，已成为电力系统发展的新趋势。本文从电压互感器的分类入手探讨其四类问题，以期为该问题的解决提供思路和参考。

一、电压互感器的定义及分类

（一）定义

电子电压互感器是对数字量及电压输出的模拟[2]，以向继电保护设备、电气测量仪器等提供使用的电压，这些设备或仪器的频率为15100Hz。其供电原理为：利用一次传感器产生同一次端子电压对应的信号，而后经一次转换器向二次转换器输送，二次转换器再将此信号向测量设备、仪器等装置转换。

（二）分类

电压互感器分为有源式、无源式两种[3]，无源式又分为逆压电及Pockels效应两种类型，而有源式分为电阻、电容及阻容三种分压类型。一次转换器电子部件要满足的供电源为一次电源，则为有源电压互感器，若以光学原理进行的一次传感，可利用光纤传输直接送出光测量信号，不用一次转换器或一次电源，此类电压互感器为无源电压互感器。

二、电子电压互感器存在的四类问题原因

无源电压互感器发热损坏、有源电压互感器开路损坏、接电阻采样不够精确及抗直流分量不足等四类问题，具体原因如下：

（一）无源电压互感器的发热损坏

无源电压互感器的加工过程中，其绕线会增加漆包线的针孔数量，在线卷匝存在短路或在匝间存在短路隐患。无源电压互感器工作过程中，线卷能够产生磁振动，进而造成匝间短路。而出现匝间短路时，会急剧增加原边电流，致使电压互感器在短时间内迅速发热，直至烧坏。

（二）有源电压互感器的开路损坏问题

有源电压互感器在缩小体积时，也会产生一系列的问题，如采用的漆包线规格较低，漆包线较细，通常用直径为0.08毫米的漆包线进行生产，而此规格的漆包线焊接后的抗拉强度不高，极易断；同时，生产有源电压互感器给环绕机提出了较高要求，但因磁芯小，普通的环绕机难以加工，需要特种的设备方能生产，也有生产单位采用手工绕线，但因中间接头及手汗等问题，也容易导致事故隐患。此外，漆包線焊接点的检验较为困难也是发生开路损坏的原因之一。

（三）有源电压互感器的接电阻采样过程中精确等级降低的问题

该电压互感器的体积及磁芯截面积都相对较小，其电压输出能力有限，在直接接电阻的采样过程中，其精确等级会显著降低，其输出的最大电压也非常低。

（四）电子电压互感器抗直流电压分量不足的问题

在电压互感器故障中，存在一定的直流分量来保护电压互感器并使其迅速饱和，进而接电阻采样值也迅速下降，控制保护装置会相应地出现误动作，这是因为许多磁性材料由于剩磁因素和磁感应的饱和强度作用下，极小的直流电压成分也能使电压互感器呈现饱和状态，进而呈现出抗直流电压分量不足的问题。

三、电压互感器四类问题的解决对策

（一）电压互感器发热损坏的对策

生产无源电压互感器时，如果其线卷能够充分浸漆则对线卷磁振动具有较好的减弱功能，可以大大降低匝间短路的发生几率。同时，电压互感器的二次侧线卷匝数明显少于一次侧线匝数，然而其漆包线的直径较大，且内阻抗较小，容易发生短路而致使其电流急剧增加，进而造成二次侧发热烧毁。因此，应在互感器二次侧加设保险丝，防止其发生短路现象。

（二）开路损坏的问题

电压互感器的开路损坏问题主要是生产时绕线方式的问题所致，因此，应选择高规格的绕线机，而不用手工绕线生产，比如选择德国、美国等环绕机。同时，在焊接时要选择可靠性强的焊接方法，以确保焊点无虚焊点和漆包线焊接后的抗拉强度不下降。此外，还要利用特殊热老化方式对不可靠产品进行剔除，以避免开路损坏的发生。

（三）接电阻采样时的精确等级的提升

在进行电压互感器的接电阻采样时，应尽量选择小阻值电阻的采样电阻，通常以低于400欧姆为佳。

（四）提升抗直流电压分量能力

提升电压互感器的抗直流电压分量能力首先要选择磁感应强及饱和度高的磁材料和低剩磁的材料[4]，而硅钢磁芯的磁感应饱和强度尽管较强，但其具有较高的剩磁，因此选择硅钢磁芯则不能实现提升电压互感器抗直流电压分量能力的要求。如果利用其截面积的增加来提高抗直流分量的能力，虽然能够提高，但提高的强度不太理想，因为其还收到硅钢体积的限制。如果利用硅钢的开气隙来增强抗直流电压能力，尽管能够取得较好的增强效果，但需要同时控制好其相位差问题，在电压互感器的制作过程中会产生较大的相位差，且超过10°，由于相位差同温度变化的关系密切，因此也应对温度进行相应的控制和调节。

总之，电压互感器的四类问题同其标准设计及生产材料、环节及生产方式相关，因此，应选择高规格的生产方式和合适的漆包线、磁材料等，从生产环节对其四大类问题进行控制和处理，以确保其运行的稳定性和安全性。

参考文献：

[1]周强，何为，李松浓，等.单极电容式电压互感器的试验研究[J].高电压技术，2016，（06）：17811789.

[2]魏菊芳，唐庆华，王飞，等.小电流接地系统电压互感器铁磁谐振过电压与抑制措施仿真分析[J].电网与清洁能源，2015，（12）：4856.

[3]杨世海，周赣，周峰，等.多绕组电压互感器二次负荷配置原则及其工程应用[J].高电压技术，2015，（01）：202208.

[4]李振华，李闯，李振兴，等.数字量输出电子式电压互感器的高精度在线校验方法[J].电力系统自动化，2015，（13）：163167.