电压互感器的功能与应用解析：理解高压变低压的关键设备
电压互感器的功能与应用解析：理解高压变低压的关键设备
电压互感器（Potential Transformer，简称PT）是电力系统中不可或缺的关键设备，主要用于将高电压按比例转换为低电压，以便于测量仪表、继电保护和自动装置的安全运行。本文将详细介绍电压互感器的定义、分类、结构以及配置原则，并结合实际案例，帮助大家更好地理解和应用这一重要设备。
一、电压互感器的定义
电压互感器是一种特殊的变压器，其工作原理与普通变压器类似，但用途和设计有所不同。它主要用于将高电压按比例转换为低电压，一般为100V或更低，以便于测量和保护设备的安全运行。
（一）基本原理
电压互感器的核心是一个带铁心的变压器，主要由一次绕组、二次绕组、铁心和绝缘组成。当一次绕组施加高电压时，铁心中会产生磁通，根据电磁感应定律，二次绕组中会产生相应的低电压。通过改变一次或二次绕组的匝数比，可以实现不同的电压转换比例。
（二）作用
- 电压测量：将高电压转换为低电压，供测量仪表使用。
- 保护装置供电：为继电保护装置提供电压信号，用于故障检测和保护动作。
- 同期检测：在并网操作中，提供电压信号用于同期检测。
二、电压互感器的分类
电压互感器的种类繁多，根据不同的分类标准，可以分为以下几类：
（一）按安装地点分类
- 户内式：适用于35kV及以下电压等级，通常安装在室内开关柜中。
- 户外式：适用于35kV及以上电压等级，通常安装在户外变电站中。
（二）按相数分类
- 单相式：适用于高电压等级，如35kV及以上。
- 三相式：适用于低电压等级，如10kV及以下。
（三）按绕组数分类
- 双绕组：一次绕组和二次绕组。
- 三绕组：增加一个辅助绕组，用于特殊用途。
- 四绕组：进一步增加绕组数量，满足更多功能需求。
（四）按绝缘方式分类
- 干式：适用于户内，结构简单，维护方便。
- 浇注式：采用环氧树脂浇注，适用于户内和户外，绝缘性能好。
- 油浸式：适用于户外，绝缘性能和散热性能优良。
- 气体式：如SF6气体绝缘，适用于高电压等级，绝缘性能强。
（五）按工作原理分类
- 电磁式：传统型式，通过电磁感应实现电压转换。
- 电容式：利用电容分压原理，适用于高电压等级。
- 光电式：新型技术，利用光信号传输，具有高精度和抗干扰能力。
三、电压互感器的结构
不同类型的电压互感器在结构上有所不同，以下是几种常见类型的结构特点：
（一）油浸式电压互感器
油浸式电压互感器分为单级式和串级式。单级式适用于220kV及以下电压等级，一次绕组和二次绕组绕在同一铁芯上，通过磁耦合实现能量转换。串级式适用于66kV及以上电压等级，由多个一次绕组串联，分布在多个铁芯上，以提高绝缘性能和电压等级。
（二）SF6气体绝缘电压互感器
SF6气体绝缘电压互感器由外壳、绝缘套管、铁芯、一次绕组和二次绕组组成。一次绕组通常采用宝塔形层式绕组，二次绕组紧靠铁芯绕制。SF6气体绝缘性能优良，适用于高电压等级，且可以与GIS（气体绝缘开关设备）配套使用。
（三）浇注绝缘电压互感器
浇注绝缘电压互感器采用环氧树脂浇注，具有良好的绝缘性能和机械强度。它通常用于35kV及以下电压等级，可做成户内、户外、接地、不接地等多种结构。在10kV开关柜中，几乎全部采用浇注式电压互感器。
（四）电容式电压互感器
电容式电压互感器由电容分压器和电磁单元组成。根据电容分压器和电磁单元的组合方式，分为分装式和单柱式。分装式中，电容分压器和电磁单元分别安装，通过外部套管连接；单柱式则将二者组装在一起，内部连接。
四、电压互感器的配置原则
电压互感器的配置应根据电力系统的主接线方式、电压等级和运行要求进行选择。以下是常见的配置原则：
（一）单母线、单母线分段、双母线接线
在这些接线方式中，通常在母线上安装三相式电压互感器。如果出线上有电源，需要重合闸检同期或无压，应在出线侧安装单相或两相电压互感器。
（二）3/2接线
3/2接线方式中，通常在线路或变压器侧安装三相电压互感器，而在母线上安装单相电压互感器，用于同期并列和重合闸检无压、检同期。
（三）内桥接线
内桥接线中，电压互感器可以安装在线路侧或母线上，但一般不同时安装。安装位置不同，对保护功能的影响也不同。
（四）电压等级与绕组配置
对于220kV及以下电压等级，电压互感器一般有两至三个次级，一组接为开口三角形，其他接为星形。在500kV系统中，为实现零序继电保护的完全双重化，一般选用三个次级的电压互感器，其中两组接为星形，一组接为开口三角形。
（五）计量需求
当计量回路有特殊需求时，可增加专供计量的电压互感器次级或安装计量专用的电压互感器组。
（六）接地电流系统
在小接地电流系统中，需要检查线路电压或同期时，应在线路侧装设两相式电压互感器或装一台电压互感器接线间电压。
（七）大接地电流系统
在大接地电流系统中，线路有检查线路电压或同期要求时，应优先选用电压抽取装置。500kV线路一般装设三只电容式线路电压互感器，作为保护、测量和载波通信公用。