《电压互感器原理与应用》课件

电压互感器原理与应用欢迎参加《电压互感器原理与应用》专题讲座本课程将系统介绍电压互感器的工作原理、结构特点、性能参数以及在电力系统中的重要应用通过理论与实践相结合的方式，帮助大家全面掌握电压互感器相关知识，提高设备选型、安装调试与故障诊断能力电压互感器作为电力系统中的关键二次设备，其性能直接影响到电力系统的安全稳定运行希望通过本次课程的学习，能够增强大家对电压互感器的理解，提高专业技术水平课程目标掌握基本理论提升实操能力培养分析能力深入理解电压互感器的学习电压互感器的选型、通过案例分析，培养故工作原理、结构特点及安装、测试及维护技能，障诊断和解决能力，提性能参数，建立完整的能够独立处理现场常见高设备管理和运维水平理论知识体系问题通过本课程的学习，学员将能够系统掌握电压互感器的基础知识，了解国内外先进技术发展趋势，提高专业技术能力和实际应用水平，为电力系统的安全稳定运行提供技术保障目录基础理论电压互感器定义、工作原理、误差分析、性能特性结构与类型电磁式与电容式电压互感器、干式与油浸式、绝缘方式、数字化电压互SF6感器测试与选型技术参数、选型标准、检测方法、故障诊断应用与发展继电保护应用、自动化系统应用、电能计量、发展趋势本课程内容丰富全面，从理论基础到实际应用，循序渐进地介绍电压互感器的各个方面我们将通过理论讲解、案例分析、实操演示等多种方式，确保学员能够充分理解并掌握相关知识和技能电压互感器在电力系统中的作用电压测量与监控继电保护信号源将高电压按比例转换为标准低电压为继电保护装置提供准确的电压信号，（或），便于仪表实现过电压、欠电压保护、距离保护100V100/√3V测量实时监控系统电压水平，确保等功能，保障电力系统安全运行电网运行参数在安全范围内电能计量基础为电能计量系统提供精准电压参数，是电能计量的关键环节，直接影响电力交易的准确性和公平性电压互感器作为电力系统的眼睛，将高电压侧的信息转换为二次设备可以接受的信号，是连接一次设备与二次系统的重要桥梁它的准确性和可靠性直接关系到电力系统的安全稳定运行和经济效益电压互感器应用举例变电站二次回路配电网自动化远程监控系统在变电站中，电压互感器的二次侧连接到各在配电网自动化系统中，电压互感器为馈线通过电压互感器采集的数据，远程监控系统种测量仪表、保护装置和自动化设备通过自动化终端和配电终端单元提可实时掌握电网运行状态，为调度决策提供FTU DTU专用二次回路，实现电压信号的分配与利用，供电压信号，支持故障定位、供电恢复和负数据支撑，实现电网的可视化管理和智能化为变电站运行提供全面的电压信息荷管理等智能化功能，提高配电网的自愈能运行力这些应用展示了电压互感器作为电力系统基础设备的重要价值，它们不仅提供基本的电压测量功能，还是实现电网智能化和自动化的关键支撑电压互感器的定义概念定义基本功能电压互感器是一种按比例变换电压并隔离电路的电器，它能将一电压变换将高电压按比例转换为标准低电压•次侧高电压按一定比例转换为标准低电压（通常为或100V电气隔离隔离高压系统与二次设备•），供测量仪表、保护装置和自动控制设备等使用100/√3V信号传递保持电压波形和相位关系•它基于电磁感应原理工作，通过磁路耦合实现电能传递，同时保电能转换根据电磁感应定律传递能量•持电压相位关系基本不变，提供电气隔离功能，保障二次设备和操作人员的安全电压互感器的本质是一种特殊的变压器，专门设计用于测量和保护目的与一般电力变压器不同，它的一次侧连接高电压线路，二次侧接测量仪表和继电保护装置，强调的是信号的精确变换而非大功率传输工作原理概述信号输出能量转换二次侧输出标准电压信号（通常为或100V电磁感应一次侧接收电气能量，通过磁路将能量传递到二），供测量仪表、继电保护和控制设100/√3V当交流电压施加在一次绕组上时，在铁芯中产生次侧转换过程中保持电压波形和相位关系，但备使用输出信号与原始电压成比例且基本同相交变磁通这个磁通同时穿过一次和二次绕组，按变比缩小电压幅值位根据法拉第电磁感应定律，在二次绕组中感应出电动势电压互感器的工作原理类似于变压器，但其设计优化了测量精度和隔离性能一次侧接入被测电压，二次侧输出与一次侧成比例的标准低电压整个过程基于电磁感应定律，通过磁路耦合实现能量传递，同时保证电气隔离，确保测量准确性和二次系统安全主要结构构成一次绕组连接被测高电压回路，通常由多匝细导线绕制而成，匝数较多绕组设计需考虑绝缘强度、温升和磁路要求，确保在高电压环境下安全可靠运行铁芯由高质量硅钢片叠压而成，提供闭合磁路，传递磁通铁芯材料和结构设计直接影响互感器的精度和励磁特性，通常采用环形或矩形结构，减小漏磁和磁阻二次绕组输出标准电压信号，匝数较少，导线截面积较大，以承受一定负载电流绕组设计需平衡精度、温升和负载能力等要求绝缘系统包括固体绝缘（如环氧树脂、绝缘纸板）、液体绝缘（如变压器油）或气体绝缘（如气SF6体），确保一次侧与二次侧以及各部件间的电气隔离电压互感器的结构设计在确保测量精度的同时，必须满足电气绝缘、热稳定性和机械强度等要求不同类型的电压互感器在结构细节上存在差异，但基本构成要素相似高质量的结构设计是确保电压互感器长期可靠运行的基础基本原理变比与极性变比定义极性标记电压互感器的变比是指一次侧电压与二次侧电压的比值，表示为极性标记用于指示一次和二次电压的相位关系当一次侧输入电理想状态下，，其中和分别是压上升时，若二次侧输出电压同时上升，则为同极性；反之为反K K=U1/U2=N1/N2N1N2一次和二次绕组的匝数极性标准变比通常表示为额定一次电压与额定二次电压之比，如按照国标规定，电压互感器的一次侧端子标记为和，二次A X，或者侧端子标记为和当端电位升高时，端电位也随之升10kV/100V=10035kV/100V=350a xA a高变比和极性是电压互感器最基本的参数，直接影响测量精度和系统安全在工程应用中，必须严格保证变比准确、极性正确，否则将导致测量错误或保护装置误动作变比选择需考虑一次系统电压等级和二次系统设备要求，在设备安装和调试过程中必须进行变比和极性检验电磁感应定律回顾应用于电压互感器电压互感器利用电磁感应实现电压变换楞次定律感应电流的方向总是阻碍磁通变化法拉第定律感应电动势大小与磁通变化率成正比电压互感器的工作原理直接基于电磁感应定律根据法拉第定律，当磁通量通过闭合回路发生变化时，回路中将感应出电动势，感应电动势的大小与磁通变化率成正比，即一次侧施加交流电压产生交变磁通，该磁通穿过二次绕组，感应出与一次电压成比例的二次电压e=-dΦ/dt楞次定律则决定了感应电动势的方向它指出感应电流的方向总是阻碍引起感应的磁通变化在电压互感器中，这一原理确保了二次侧电压与一次侧电压的相位关系，为正确的极性标记提供了理论基础这些电磁基本定律的应用使电压互感器能够准确地变换和传递电压信号一次侧与二次侧关系参数一次侧二次侧关系电压₁（高）₂（低）₁₂（变比）U UU/U=K电流₁（小）₂（大）₁₂I II/I=1/K阻抗₁（高）₂（低）₁₂Z ZZ/Z=K²功率₁₂₁₂（略有损耗）P PP≈P相位₁₂₁₂（略有偏差）φφφ≈φ在理想电压互感器中，一次侧与二次侧电压的比值精确等于绕组匝数比，且相位完全一致电流则与绕组匝数比成反比，这是由于能量守恒原理决定的一次侧输入功率与二次侧输出功率理论上相等，但实际上因铁损和铜损而略有差异阻抗变换关系遵循平方比例，即₁₂，这对理解二次负载对一次侧影响至关重要在实际应用中，电压方向应保持一致，即当一次侧端电位升高时，二次侧端电位也应升高，Z/Z=K²A a这是正确极性连接的基础理想与实际电压互感器对比理想互感器特性实际互感器偏差二次电压严格按变比变换存在比值误差••ε

一、二次电压相位完全一致存在相角误差••δ绕组无电阻，无漏磁绕组有电阻和漏抗••铁芯无损耗，无饱和铁芯有涡流和磁滞损耗••无励磁电流需求需要励磁电流维持磁通••对负载变化无敏感性负载变化影响精度••理想电压互感器是一种理论模型，实际电压互感器因材料和结构限制存在多种偏差实际互感器中，铁芯的非线性磁化特性导致磁路饱和，绕组电阻和漏磁引起电压降和相位偏移，铁损和铜损造成能量损耗，这些因素共同影响测量精度在工程应用中，通过精心设计磁路、选用高质量材料、优化绕组结构等方式，可以使实际互感器性能接近理想状态然而，这些优化措施往往会增加成本，因此需要根据实际应用要求选择适当精度等级的电压互感器误差种类电压互感器的误差包括比值误差和相角误差两种基本类型比值误差表示实际变比与额定变比的偏差百分比，计算公式为εε=×₂₁×，其中为额定变比当为正值时，表示二次侧电压偏高；为负值时，表示二次侧电压偏低[K U/U-1]100%Kε相角误差是指二次侧电压相量与一次侧电压相量旋转°后的相位差，通常以分钟为单位当为正值时，表示二次电压超前于一δ180δ次电压；为负值时，表示二次电压滞后于一次电压这两种误差共同影响测量准确性，尤其在电能计量和继电保护应用中影响显著误差来源分析磁路饱和漏磁通铁芯在高磁通密度下饱和，导致磁化曲线非线部分磁通未能完全链接两个绕组，造成相角误性，增大比值误差差增大绕组阻抗铁损绕组电阻和漏感引起电压降，尤其在负载变化铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗导致能量耗散，时影响更显著影响变换效率电压互感器的误差来源复杂多样，除上述主要因素外，还包括温度变化、频率波动、外部电磁干扰等在实际运行中，这些因素相互作用，共同影响互感器的整体性能磁路设计不合理会导致磁通分布不均匀，增大漏磁和磁路饱和风险；而材料质量不佳则会增加损耗，降低转换效率为减小误差，通常采用高质量硅钢片减少铁损，优化绕组布局减少漏磁，合理设计磁路避免饱和，并严格控制制造工艺确保产品质量稳定对于高精度需求，还可使用补偿技术进一步提高精度互感器负载特性过电压与铁磁谐振过电压触发系统开关操作或雷击引发暂态过电压谐振条件形成系统电容与互感器非线性电感耦合谐振放大效应电压畸变剧烈，可达额定值数倍铁磁谐振是电压互感器运行中的一种危险现象，主要发生在中性点非有效接地系统中当系统发生单相接地或开关操作时，可能触发互感器与系统电容之间的谐振条件由于互感器铁芯的非线性磁化特性，使得互感器在特定条件下可能进入饱和区，导致等效电感急剧下降，与系统电容形成谐振回路铁磁谐振的危害极大，可导致互感器二次侧出现数倍于额定值的过电压，造成二次设备损坏，甚至引起互感器本身过热、绝缘击穿预防措施包括安装阻尼电阻抑制谐振、使用防谐振电压互感器、合理选择中性点接地方式等一旦发生谐振，应迅速切断互感器电源或改变系统运行方式电压互感器主要类型电磁式电压互感器电容式电压互感器光电式电压互感器基于变压器原理，利用铁芯和绕组实现电压采用电容分压原理获得初步降压，再通过中利用电光效应检测电场强度，通过光纤传输变换结构简单，成本较低，适用于各电压间变压器进一步变换特别适合超高压、特信号无铁磁谐振风险，抗电磁干扰能力强，等级，但高电压等级时体积大、绝缘要求高高压系统，可兼顾电能计量、继电保护和高精度高适用于智能变电站，但成本高，技精度较高，常用于计量和保护场合频通信功能动态响应特性较电磁式差术尚未完全成熟，主要应用于高电压等级不同类型的电压互感器各有优缺点，适用场景也不同选型时需综合考虑系统电压等级、安装环境、精度要求、经济性等因素随着技术发展，新型数字化、光电式互感器正逐步应用，但传统电磁式和电容式互感器仍是电力系统的主力设备电磁式电压互感器结构一次绕组铁芯连接高压端，匝数多，线径细，通常采用圆形或矩形结构层叠绕制，以减采用高质量取向硅钢片叠装，减小磁滞损耗和涡流损耗通常使用闭合环小漏磁和降低绝缘要求绝缘采用多层绝缘纸或薄膜，层间有油路或气隙形结构，部分高压互感器采用壳式结构，最大限度减少漏磁通，提高精度确保绝缘强度铁芯表面经过磷化或绝缘处理二次绕组绝缘结构匝数少，线径粗，靠近铁芯布置，以减小漏抗均匀紧密绕制，确保良好包括空气、油浸、气体、环氧树脂等多种绝缘方式高压互感器通常采SF6的热导性和机械强度部分互感器设有附加绕组用于铁磁谐振抑制或电容用油浸式或气体绝缘，中低压多采用干式环氧树脂浇注绝缘系统需考SF6补偿虑介质强度、热耐受性和环境适应性电磁式电压互感器的结构设计需平衡电气性能、机械强度、热稳定性和绝缘可靠性等多方面要求及以下电压等级多采用干式结构，体积小、安装方便；及10kV35kV以上等级则多采用油浸式或气体绝缘结构，以提高绝缘强度和散热性能SF6电磁式原理与型号型号系列电压等级绝缘方式应用场景特点环氧树脂配电室体积小，安装JDZ

0.1-10kV简便环氧树脂室内开关柜防潮、阻燃性JDZX3-35kV好油浸式变电站绝缘强度高，JD/PT35-110kV散热好气体设备无油化，防爆JYD110-500kV SF6GIS性能好电磁式电压互感器是最传统也是应用最广泛的一种电压互感器其工作原理基于变压器理论，通过电磁感应实现电压变换当一次回路施加电压时，产生电流和磁通，磁通穿过二次绕组感应出电压，其大小与一次电压成比例，相位基本相同不同型号的电磁式电压互感器适用于不同的电压等级和应用场景低压互感器多采用干式结构，经济实用；高压互感器则根据绝缘要求和使用环境选择油浸式或气体绝缘随着环保要求提高，SF6无油化、小型化、智能化成为电磁式互感器的发展趋势电容式电压互感器结构中间变压器将分压电容输出电压进一步转换为标准信号谐振电路包含补偿电抗器，与电容分压器形成谐振电容分压器由高压电容和低压电容串联组成C1C2电容式电压互感器的核心结构是电容分压器，由高压电容和低压电容串联组成根据电容分压原理，在两端获得的电压×CVT C1C2C2U2=U1，其中为一次电压电容分压器的输出电压通常为几千伏，仍需通过中间变压器进一步转换为标准二次电压或C1/C1+C2U1100V100/√3V为了补偿电容分压器的相位偏差，内部设有补偿电抗器，与电容分压器在工频下形成谐振回路，改善相位特性此外，还配备了铁磁谐振抑制CVT CVT装置、阻尼电阻等附件，防止发生危险的铁磁谐振现象的底部设有二次接线盒，提供测量、保护和高频耦合等多种接口CVT电容式电压互感器原理CVT高压信号输入一次侧高电压接入电容分压器顶端，典型值为U1110kV-1000kV电容分压通过、串联分压，输出电压×，典型值约为几千伏C1C2U=U1C1/C1+C2电感补偿补偿电抗器与分压电容在工频下谐振，提高相位精度和测量稳定性L中间变压器变换将分压后的电压进一步变换为标准二次电压或100V100/√3V电容式电压互感器利用电容分压原理初步降低电压，然后通过中间变压器进一步变换与电磁式CVT电压互感器相比，更适合超高压系统，因为电容分压器的绝缘结构简单，高压绝缘设计更易实现CVT还可通过高频耦合滤波器实现电力线载波通信功能，一机多用CVT然而，也存在一些局限性，如暂态响应特性较差，不适合精确测量快速变化的电压；频率特性限制CVT在工频附近，偏离工频时精度下降；容易发生铁磁谐振，需设置阻尼电阻或其他抑制措施在实际应用中，主要用于及以上电压等级的电力系统CVT220kV互感器绝缘方式干式绝缘油浸式绝缘主要采用环氧树脂浇注工艺采用变压器油作为主绝缘介质••体积小、重量轻、安装简便绝缘强度高，散热性能好••不含油，无火灾爆炸风险适用于电压等级••35-500kV适用于及以下电压等级需定期检测油质，防泄漏•10kV•主要用于室内配电装置户外型需配防爆装置••气体绝缘SF6采用六氟化硫气体作为绝缘介质•绝缘性能优异，灭弧能力强•体积小于油浸式，无燃烧风险•主要用于设备和特高压系统•GIS需监控气体压力，防泄漏•绝缘方式的选择是电压互感器设计中的关键决策，直接影响设备的性能、安全性和使用寿命不同绝缘方式适用于不同的电压等级和使用环境，选择时需综合考虑技术要求、经济性和环保性近年来，随着环保要求提高，等温室气体的使用受到限制，推动了新型环保绝缘介质的研发应用SF6典型结构剖面图电压互感器的内部结构设计精密复杂，上图展示了不同类型互感器的典型剖面干式互感器采用环氧树脂整体浇注工艺，内部结构紧凑，一次绕组均匀分布在二次绕组外层，通过多层绝缘纸隔离，整体浸渍在环氧树脂中形成坚固的绝缘体油浸式互感器则将绕组和铁芯浸泡在变压器油中，顶部设有油枕或膨胀器，底部有放油阀，瓷套管作为高压引出端气体绝缘互感器采用密封金属外壳，内部充入高压气体，带有气体压力监测装置电容式互感器结构更为复杂，顶部为电容分压器，SF6SF6中部为电磁单元，底部为二次端子箱，整体呈柱状设计这些不同结构的互感器各有特点，在设计制造中需严格控制工艺流程，确保内部结构紧凑、绝缘可靠、散热良好新型数字化电压互感器光电式电压互感器电子式电压互感器基于光学原理，利用效应或法拉第效应，电场强度使光偏采用电阻分压或电容分压获得低电压信号，通过电子放大器和数Pockels振方向发生改变，通过测量光强变化确定电压字处理单元输出数字信号优点抗电磁干扰能力强，无铁磁谐振问题，频带宽，精度高，优点体积小，重量轻，频带宽，动态响应好，可直接输出数字绝缘简单缺点温度稳定性差，成本高，技术尚未完全成熟信号缺点电子元件可靠性要求高，需要辅助电源，抗干扰设计复杂数字化电压互感器是智能电网的重要组成部分，与传统互感器不同，它们直接输出数字信号，符合标准，通过过程层网络传IEC61850输到保护和控制装置数字化互感器精度高，动态范围宽，可同时满足测量和保护要求，减少设备数量数字互感器的应用正在从试点向规模化推进，在特高压和智能变电站中逐步替代传统互感器然而，目前仍面临标准不统

一、互操作性不足、长期可靠性待验证等挑战预计随着技术成熟和成本下降，数字化互感器将成为未来电力系统的主流设备互感器主要技术参数额定电压1一次侧额定电压如、、等和二次侧额定电压通常为或额定电10kV35kV110kV100V100/√3V压需与系统标称电压相匹配，并考虑系统最高运行电压精度等级表示互感器的测量精度，如级、级、级等精度等级数值越小，精度越高测量用互感器通常

0.

20.53P为级、级；保护用互感器通常为、级

0.

20.53P5P额定负荷二次侧允许连接的最大负载，单位为，如、、等选择互感器时，实际负荷应不超VA5VA10VA15VA过额定负荷，但也不宜过小通常不低于额定值的25%绝缘水平包括工频耐压值和雷电冲击耐压值如互感器的工频耐压通常为，雷电冲击耐压为110kV230kV绝缘水平必须满足系统运行安全要求550kV此外，电压互感器的重要参数还包括热稳定系数表示过电压承受能力、铁磁谐振抑制能力、环境适应性温度范围、海拔高度等以及机械特性结构尺寸、重量等这些参数共同决定了互感器的性能特点和适用范围在选型和应用过程中，必须全面考虑这些参数，确保互感器能够满足系统运行的技术要求和安全要求参数选择不当可能导致测量不准确、保护误动作或设备损坏等问题选择标准与规范标准类别标准号标准名称主要内容国际标准测量用电压互感器精度等级、测试方IEC61869-3附加要求法国际标准电容式电压互感器特性要求IEC61869-5CVT国家标准电压互感器基本要求、试验方GB1207法行业标准电压互感器选用导选型原则和方法DL/T475则电压互感器的选择应严格遵循相关标准和规范，确保设备质量和系统安全国际上主要参照IEC系列标准，该系列标准详细规定了互感器的性能要求、测试方法和使用条件中国的国家61869标准《电压互感器》与国际标准基本接轨，对互感器的额定值、精度等级、试验要求等GB1207做出了明确规定电力行业标准《电压互感器选用导则》提供了实用的选型指南，涵盖了电压等级、绝缘DL/T475水平、精度等级、热稳定系数、抗铁磁谐振能力等方面的具体要求此外，还有针对特殊应用场景的专项标准，如智能变电站用电子式互感器标准、核电站用互感器标准等选型时应结合具体应用需求，参照相应标准进行全面评估精度等级定义与应用精度等级比值误差限值相角误差限值主要应用场景级±±分高精度计量、标准实

0.

10.1%5验室级±±分关口计量、能量贸易

0.

20.2%10级±±分一般计量、监控测量

0.

50.5%20级±±分指示仪表、一般测量

1.

01.0%40级±±分继电保护、故障记录3P

3.0%120电压互感器的精度等级是表征其测量准确度的重要指标，定义了互感器在规定条件下允许的最大误差限值精度等级通常由两部分组成比值误差限值和相角误差限值，数值越小表示精度越高在国家标准中，测量用互感器的精度等级分为、、、和级；保护用互感器的精度等级通常表示

0.

10.

20.

51.

03.0为或3P6P精度等级的选择应根据具体应用需求确定电能贸易计量通常要求级或级；监控测量可使用

0.

20.

50.5级或级；而继电保护则通常使用级值得注意的是，高精度互感器成本较高，且对使用环境和

1.03P负载条件要求更严格实际选择时应充分考虑技术需求与经济性的平衡，避免盲目追求高精度造成资源浪费二次负载能力与输出局部放电、绝缘寿命局部放电现象绝缘寿命评估局部放电是互感器绝缘中的微小击穿现象，虽然不会立即导致绝互感器的绝缘寿命主要受电气、热和机械应力的综合影响高电缘完全击穿，但长期存在会逐渐损坏绝缘材料，缩短设备寿命场强度加速绝缘老化，过高温度导致绝缘材料分解，机械振动使局部放电通常发生在绝缘缺陷处，如气泡、裂缝、污染物等绝缘结构松动局部放电测量是互感器出厂试验和现场诊断的重要项目按照标绝缘寿命评估通常采用加速老化试验和统计分析方法常用的评准要求，不同电压等级的互感器有不同的局部放电允许值，如估指标包括介质损耗因数、绝缘电阻、吸收比、极化指数tanδ互感器的局部放电量通常不应超过等此外，还可通过油色谱分析、红外热成像等方法监测绝缘状110kV5pC况为延长互感器绝缘寿命，制造过程中必须严格控制材料质量和工艺流程，确保绝缘系统无缺陷运行中应避免过电压和过负荷，定期进行预防性试验，及时发现和处理绝缘问题对于重要设备，可采用在线监测系统，实时掌握绝缘状况变化趋势，实现预测性维护防护与耐环境性能温度适应性防水防潮能力抗电磁干扰互感器需在°至户外型互感器需达到电磁环境复杂的场所使用-40C°的环境温度范围以上防护等级，能的互感器需具备良好的抗+40C IP55内正常工作，特殊环境可够在雨水、雪、霜等条件干扰能力，特别是数字化扩展至°至下可靠运行采用特殊密互感器采用屏蔽设计和-50C°采用合适的绝封结构和防潮措施，防止滤波技术，减少外部电磁+55C缘材料和结构设计，确保水分侵入影响绝缘性能场对测量精度的影响极端温度下性能稳定抗污性能工业污染区或沿海地区使用的互感器需有较高的爬电比距，采用防污型瓷套或硅橡胶外套，防止表面污闪和腐蚀，延长使用寿命电压互感器的防护与耐环境性能直接影响其长期可靠性在严酷环境下，如高海拔、高污秽、强辐射区域，需选用加强型互感器，并采取额外的防护措施例如，在高海拔地区超过米，需考虑空气绝缘强度1000下降，适当提高设备绝缘水平；在沿海多盐雾地区，应选用特殊处理的外绝缘和防腐材料互感器选型流程确定基本要求明确系统电压等级、绝缘水平、安装环境和使用目的计量、保护或两用评估功能需求，如是否需要高频耦合通信功能、铁磁谐振抑制能力等特殊要求技术参数选择根据应用需要确定互感器的关键参数，包括精度等级、二次负载能力、热稳定系数等计算二次回路实际负荷，确保在互感器额定负荷范围内结构型式选定综合考虑安装空间、环境条件和经济因素，选择合适的结构型式和绝缘方式例如室内安装可选干式，户外高压可选油浸式或绝缘SF6技术经济比较对满足基本要求的多种方案进行技术经济比较，考虑设备初投资、运行维护成本、可靠性和使用寿命等因素，确定最终方案互感器选型是一个系统工程，需要工程设计人员全面了解电力系统需求和互感器性能特点在选型过程中，既要满足当前技术需求，也要考虑未来系统扩展的可能性，避免因选型不当导致频繁更换设备此外，还应注意互感器的二次接线方式、安全接地要求和特殊环境下的防护措施现场检测方法外观检查仔细检查互感器外观是否有裂纹、变形、渗漏、污染等异常现象检查端子、铭牌、油位计等附件是否完好外观检查是最基本也是不可忽视的检测手段，可以发现许多明显缺陷绝缘电阻测试使用绝缘电阻测试仪，测量一次绕组对地、二次绕组对地、一次绕组对二次绕组之间的绝缘电阻绝缘电阻值应不低于标准要求，且测量结果应与历史数据比较，观察变化趋势交流耐压试验对二次绕组施加规定的交流电压通常为，持续分钟，检查是否有击穿或闪络现象此试2kV1验主要检验二次绕组对地的绝缘强度，是预防性试验的重要项目介质损耗测量使用桥或自动介质损耗测试仪，测量互感器的介质损耗因数值升高通常Schering tanδtanδ表明绝缘老化或受潮，是评估绝缘状况的重要指标现场检测是确保电压互感器安全可靠运行的重要环节除上述基本检测外，还可根据需要进行铁芯接地电流测量、局部放电检测、变比测试、极性检查等专项检测对于重要设备或运行异常的互感器，可采用红外热成像、超声波检测、油色谱分析等先进诊断技术进行深入评估比值误差与相角误差测试测试准备准备标准互感器、互感器测试仪、稳压电源等设备，确保测试环境温度适宜，电源稳定，无强电磁干扰仪器连接按照测试仪说明书，正确连接被测互感器、标准互感器和测试仪，确保接线牢固，极性正确施加电压逐步升高一次电压至额定值或指定测试点，稳定后读取测试仪显示的比值误差和相角误差结果评估将测得的误差值与互感器精度等级要求比较，确认是否满足标准通常在额定电压范围内80%-120%进行多点测试比值误差与相角误差测试是评价电压互感器精度的基本方法测试可采用电桥法、差值法或数字化测量法现代互感器测试仪通常集成了多种测试功能，操作简便，测量精度高测试过程中应注意负载条件的控制，测试负载应符合互感器额定负载的要求测试结果受多种因素影响，包括环境温度、电源波形质量、外部电磁干扰等为获得准确可靠的结果，应严格按照规程操作，并采取必要的屏蔽和抗干扰措施对于高精度互感器如级及以上，测试仪器的精度应至少高出被测互感

0.2器一个等级，通常需使用级或更高精度的标准设备

0.05极性判别方法直流法交流法专用仪器法准备直流电源如电池和指针式电压表准备两只交流电压表或双通道示波器使用互感器极性测试仪•••电源正极接互感器端，负极接端一只电表测量一次侧间电压按仪器说明书连接互感器端子•A X•A-X U1•电压表正端接端，负端接端另一只电表测量二次侧间电压开启仪器，自动测量并显示极性结果•a x•a-x U2•闭合电路瞬间，观察电表指针偏转方向第三只电表测量间叠加电压操作简便，结果直观，适合现场快速检测••A-x U3•指针正向偏转表示极性正确，反向偏转表示极性若，则极性正确；若部分仪器还可同时测量变比和相位••U3≈U1+U2U3≈|U1•错误，则极性错误-U2|极性判别是电压互感器安装和使用前的必要检查，直接关系到测量的准确性和保护的可靠性在电力系统中，多台互感器并联或参与复杂计量保护回路时，极性必须正确无误，否则将导致测量错误或保护装置误动作极性标记是判断极性的基础按国标规定，电压互感器的一次侧端子标记为、，二次侧端子标记为、，其中、为同名端，、为异名端正确极性应保证当端电位升高时，A Xa xA aX xA端电位也随之升高在现场工作中，应养成认真核对极性的习惯，特别是在互感器更换或二次回路改造后a二次回路负载检测

0.2~

0.5典型功率因数电压互感器二次回路负载的典型功率因数范围，主要由仪表、继电器等感性负载决定5~20标准负载值VA常见电压互感器的额定二次负载范围，应根据实际连接设备选择适当容量25%最小负载比例为保证测量精度，二次实际负载不应低于额定负载的25%100%最大负载比例二次实际负载不应超过额定负载的，否则将导致精度下降100%二次回路负载检测是电压互感器运行维护的重要内容负载过重会导致互感器误差增大、发热严重，甚至损坏；负载过轻也会影响测量精度负载检测通常采用负载箱法或钳形功率表法负载箱法是将二次回路断开，接入标准负载箱，通过改变负载大小，测量互感器在不同负载下的误差变化，判断实际负载对精度的影响钳形功率表法是在不断开回路的情况下，使用钳形电流表测量二次回路电流，然后测量二次电压，计算得到视在功率×该方法操作简便，适合现场I US=U I快速检测，但精度较低对于重要计量回路，应采用更精确的测量方法，如专用负载测试仪在实际应用中，应定期检测二次负载，特别是在二次回路改造后，确保负载在合理范围内变比与极性常见问题变比失真问题极性错误影响二次开路危害变比失真主要来源于磁路饱和、绕组分布不均匀、极性错误是现场常见问题，主要由接线错误、标电压互感器二次侧严禁开路运行开路会导致二铁芯材料不良或负载过重等因素严重时可导致记不清或误操作导致极性错误会导致测量值出次绕组感应出高电压，危及人身安全和设备绝缘测量误差超出允许范围，影响计量准确性和保护现°相位差，对测量仪表造成读数错误，现场工作中必须遵守先接二次，后接一次；先180可靠性预防措施包括选用合适规格的互感器，对方向性保护装置可能引起拒动或误动安装和断一次，后断二次的原则，二次侧应安装保险避免过电压运行，控制二次负载在合理范围内检修时必须严格检验极性，明确标识接线端子和接地装置变比与极性问题是电压互感器运行中最基础也是最关键的问题在电力系统中，多台互感器组合使用时，变比和极性的一致性尤为重要例如，在三相三线制系统中，常使用接线方式，若互感器极性接错，将导致测量电压值和相位严重失真，进而影响依赖该信号的所有二次设备V-V电容式互感器专有测试电容量测试暂态特性测试电容式电压互感器的分压电容和是关键部件，其容值的暂态响应特性对继电保护功能至关重要暂态特性测试评CVT C1C2CVT直接影响变比精度电容量测试使用高精度电容表或电桥，分别估在系统故障条件下的过渡响应性能，包括暂态过电压和频CVT测量和的电容值，并计算实际分压比与设计值的偏差电率响应特性测试通常使用专用暂态测试系统，模拟系统故障瞬C1C2容量测试通常在出厂试验和定期预防性试验中进行态过程容值变化超过允许范围通常±表明设备可能存在内部故障，测试结果通过暂态误差因子和过电压因子评价良好的5%TF OF如绝缘介质劣化、电容极板变形等长期运行的还应关注电应具有较小的值和合理的衰减特性，确保在系统故障时能CVT CVTTF容量的变化趋势，持续下降通常预示绝缘性能恶化提供准确的电压信号给保护装置，避免保护误动或拒动此外，还有专门的铁磁谐振测试，评估其抗谐振能力和谐振抑制装置的有效性测试时通过特定操作如单相接地、带电操作断路器CVT等尝试激发谐振条件，观察的响应对于带有高频耦合装置的，还需进行高频响应特性测试，确保其在载波通信频段的阻抗特CVT CVT性满足要求检定与校准周期制定检定计划执行检定工作根据规程要求和设备重要性，合理安排检定时间按标准方法进行误差测试和性能评估定期复检签发检定证书按周期要求进行后续检定，跟踪性能变化合格设备出具检定合格证书，记录误差数据电压互感器的检定与校准是确保测量准确性的重要措施，也是法律要求的强制性工作根据《计量法》和电力行业规程，用于贸易结算的计量用电压互感器通常需每年检3-5定一次；对于重要电能计量点的互感器，检定周期可能更短，一般为年保护用互感器则通常按照预防性试验规程，每年进行一次校验1-33-6检定内容主要包括外观检查、绝缘测试、比值误差测量、相角误差测量等检定必须由具有资质的计量技术机构执行，使用经过溯源的标准设备对于不符合精度要求的互感器，应及时更换或返厂校正随着智能电网技术发展，在线监测和自动校准技术正逐步应用，有望实现互感器性能的实时评估，提高电力系统的计量准确性继电保护中的应用保护类型电压互感器要求典型应用注意事项过电压保护级以上，响应迅速母线、线路避免铁磁谐振3P低电压保护级以上，稳定性好母线、电动机防止误动作3P距离保护级，暂态特性好输电线路关注暂态特性3P CVT方向保护相角误差小线路、变压器极性必须正确电压互感器在继电保护系统中扮演着提供电压信号的关键角色不同类型的保护对互感器有不同要求过电压保护需要互感器能够准确反映系统过电压状态；距离保护要求互感器在故障暂态过程中保持良好的响应特性；方向保护则对相角准确度要求较高为满足保护需求，通常选用或级互感器，重点关注暂态特性而非精确的测量值3P5P保护用电压互感器的二次回路通常采用专用接线方式，如三相三线制系统常用的接线这种接线方式可节约一台互感器，但需正确处理相位关系保护回路中还需设置保险装置，防止二V-V次侧短路引起互感器损坏；同时必须避免二次回路开路，防止产生危险高电压现代微机保护装置对互感器二次信号质量要求更高，需特别注意电磁兼容性设计自动化系统中的互感器数据采集与监控智能电网应用电压互感器为系统提供实时电压信在智能电网中，电压互感器除提供常规测SCADA号，经过远动装置转换后传输到调度中心，量功能外，还需支持高采样率、宽频带的实现电网运行状态的远程监视互感器信数字信号输出，满足电能质量监测、暂态号质量直接影响监控系统的准确性和可靠分析等高级应用需求智能互感器与传统性，要求具有良好的稳定性和抗干扰能力模拟技术相比，具有更高的精度和更强的功能集成能力过程层网络集成数字化电压互感器通过标准化接口，将采样值直接接入过程层网络，实现一次设IEC61850备数字化采样值数据可同时供多个保护和控制设备使用，减少传统铜缆连接，简化系统结构，提高可靠性自动化系统中的电压互感器正经历着从传统模拟技术向数字化技术的转变电子式和光电式电压互感器的应用，使电压信号的采集、传输和处理全面数字化，为智能电网提供了坚实基础数字互感器采用标准化协议如采样值协议，实现设备互操作性，简化系统集成IEC61850-9-2LE智能变电站中，电压互感器与合并单元配合，将多路模拟信号合并处理并同步发布到站域网络，供保护、测控和计量设备共享使用这种架构大幅减少了二次电缆，降低了安装和维护成本，提高了系统可靠性和灵活性未来，随着边缘计算技术的应用，互感器将进一步智能化，具备自诊断、自校准和故障预警能力高频通信融合应用高频信号注入通过耦合电容将通信信号注入电力线频率选择滤波分离电力频率和通信频率信号双向数据传输实现保护、控制、测量数据的高速传输电容式电压互感器在高频通信领域有着独特的应用价值的电容分压器天然具有高频信号通路的特性，通过在二次侧增加高频耦合装置，可实现CVT CVT电力线载波通信功能典型的通信频率范围为，传输距离可达数百公里，数据速率从几到几百不等，主要用于远程保护、遥测PLC35-500kHz kbpskbps遥控和话音通信兼容通信功能的优势在于一机多用，节省设备投资；避免了单独安装高压耦合电容器的安全风险；系统结构简单，可靠性高但也存在一些技术挑战，CVT如频带受限、衰减较大、易受电网噪声干扰等现代设计通过优化耦合电路、采用先进调制技术和信道编码，大幅提高了通信质量和速率随着光纤通信普及，高频通信的重要性有所下降，但在特定应用场景和备用通道中仍有价值CVT电能计量系统中的作用高精度计量实现确保电能贸易结算的准确公正电压信号变换2将高电压转换为计量仪表可测量的标准信号电气隔离保障保护计量设备和人员安全在电能计量系统中，电压互感器与电流互感器配合，将系统高电压和大电流转换为标准信号，供电能表使用计量用电压互感器通常要求较高精度，常用级或级，关口计量点甚至要求级互感器的误差直接影响计量结果，因此在计量装置设计中需格外重视互感器的选型和校验

0.

20.

50.1为确保电能计量准确性，国家对计量用互感器有严格规定按照《电能计量装置技术管理规程》，计量用互感器必须经法定计量机构检定合格，且定期复检在实际应用中，还需关注二次回路负载是否在合理范围、二次电压降是否在允许范围内、接线方式是否正确等因素此外，计量装置应采取铅封等防篡改措施，确保计量数据可靠典型工程案例分析特高压工程应用数字化变电站应用新能源并网应用在特高压变电站，采用了高度定制的电容某智能变电站采用全数字化电子式电压互感大型光伏电站并网系统采用了特殊设计的电压互感1000kV500kV式电压互感器，单台高度超过米，具有优器，直接输出数字采样值，通过器，具有宽频带特性，能够准确监测电网谐波和暂CVT10IEC61850-9-异的绝缘性能和抗污能力设计中采用了多项创新协议接入站域网络系统实现了一机多用，态过电压，为新能源并网控制和电能质量管理提供2LE技术，如优化电场分布设计、特殊混合气同一台互感器同时满足测量、保护和计量需求，大数据支持这些互感器采用抗干扰设计，能够在强SF6/N2体绝缘、智能温控系统等，确保在极端环境下可靠幅减少了设备数量和二次电缆，降低了造价和维护电磁环境下稳定工作运行成本这些典型案例展示了电压互感器在不同应用场景中的技术特点和解决方案工程实践证明，电压互感器的选型和设计必须充分考虑系统需求和环境条件，才能确保长期可靠运行随着电力系统向更高电压等级、更智能化方向发展，电压互感器技术也将不断创新，为电力系统的安全稳定运行提供更坚实的保障故障案例与分析故障类型症状表现主要原因处理方法铁芯饱和测量误差增大，波形过电压运行，铁芯质控制运行电压，更换畸变量不良互感器绝缘击穿爆炸、燃烧，保护动绝缘老化，过电压冲立即停电检修，更换作击设备铁磁谐振二次电压异常，发热系统操作引发谐振条切断谐振回路，安装明显件阻尼装置二次开路电压表无指示，高压接线松动，保险熔断恢复二次回路，检查放电接线某变电站曾发生电容式电压互感器突然爆炸事故事故调查发现，该运行年，内部220kV CVT15C1电容介质老化严重，导致局部放电增加，最终引发电容击穿和爆炸分析认为，长期运行环境恶劣高温、高湿加速了绝缘老化，而预防性试验未能及时发现隐患事后采取的改进措施包括对同批设备进行特殊检测，加强红外测温和局部放电监测，修订老旧设备更新策略另一典型案例是某系统频繁出现电压互感器铁磁谐振经分析，该系统采用小电流接地方式，110kV在单相接地和操作过程中易形成谐振条件解决方案是在互感器二次侧安装专用抗谐振装置，并调整系统接地方式，最终有效抑制了谐振现象这些案例教训深刻，提示我们必须重视电压互感器全寿命周期管理，加强预防性维护和状态监测智能化互感器应用趋势智能化升级无线通信自学习算法云平台集成传统互感器集成数字处理单元，实现智采用无线传输技术替代传统二次电缆，利用人工智能技术实现自校准和状态预与云平台连接，支持远程管理和大数据能测量和自诊断简化安装维护测分析智能化是电压互感器未来发展的主要方向现代智能互感器正从单纯的电压变换设备，向多功能信息采集终端演变它们不仅提供基本的电压测量，还能实现电能质量监测、故障录波、温度监测等多种功能高级智能互感器配备自诊断系统，能够实时监测自身状态，预警潜在问题，如绝缘劣化、谐振风险等，提高设备可靠性数据远传技术使互感器摆脱了传统二次电缆的束缚通过光纤、工业以太网或无线通信技术，互感器可以将测量数据直接传输到控制中心，简化系统结构，降低安装成本此外，智能互感器通常支持多种通信协议如、等，便于与不同厂家的设备集成，提高系统互操作性预计未来几年，随着物联网和边缘计算技术的发展，互感器的智能化IEC61850DNP3程度将进一步提高互感器产业发展现状技术升级与创新方向全光纤技术新型材料应用数字孪生技术基于法拉第效应或波克尔斯效应的全光纤电压互感纳米复合材料在互感器领域展现出巨大潜力纳米数字孪生技术为互感器的全生命周期管理开辟了新器代表了未来发展方向它通过测量光波在电场中改性环氧树脂提高了绝缘强度和热稳定性；非晶合途径通过建立虚拟模型，结合实时数据和历史数的偏振变化来测量电压，完全无铁磁材料，因此没金和纳米晶材料铁芯具有低损耗、高磁导率特性，据，可实现设备状态的精确评估和预测这一技术有磁饱和现象，频带宽可达级，动态范围大，显著提升互感器效率；新型环保气体混合物正逐步帮助优化运行参数，预判潜在故障，延长设备使用MHz精度高，特别适合智能电网应用替代，减少温室气体排放寿命，降低维护成本SF6其他值得关注的创新方向还包括自供能互感器技术，通过能量收集技术实现无需外部电源的自供电运行；分布式测量技术，将传统集中式测量转变为多点分布式架构，提高系统可靠性；以及量子传感技术，利用量子效应实现超高精度测量这些创新共同推动着互感器技术向更高精度、更高可靠性、更低环境影响方向发展与智能电网的融合电压互感器作为智能电网的核心感知单元，正经历深刻变革在传统电网中，互感器仅承担简单的电压变换功能；而在智能电网中，互感器成为集电气量测量、电能质量监测、故障检测和通信功能于一体的智能终端数字化互感器通过标准化接口如与智能变电站自动化系统IEC61850无缝集成，实现数据共享和互操作在新型电力系统构建中，电压互感器面临新的挑战和机遇高比例可再生能源接入导致电网波动性增加，要求互感器具备更宽的动态范围和更快的响应速度；分布式能源广泛应用需要互感器向小型化、低成本方向发展；电力物联网建设则要求互感器具备通信和数据处理能力未来的互感器将从单一测量设备转变为电网数字化转型的关键基础设施，不仅提供准确的测量数据，还将参与能源流、信息流的智能管理课程知识回顾基础理论掌握电压互感器的定义、工作原理、误差种类及其来源，深入理解电磁感应定律在互感器中的应用，以及变比、极性等基本概念结构与类型了解电压互感器的主要结构组成，熟悉电磁式、电容式、光电式等不同类型互感器的特点和适用场景，掌握绝缘方式的选择依据测试与选型掌握互感器的主要技术参数、精度等级定义，熟悉变比测试、极性判别、绝缘检测等现场测试方法，能够根据应用需求正确选型应用与发展4深入理解互感器在继电保护、电能计量、自动化系统中的应用要点，了解互感器技术的最新发展趋势和创新方向本课程系统介绍了电压互感器的基本原理、结构特点、测试方法和应用技术通过学习，大家应已掌握互感器的关键知识点，能够进行基本的选型设计、现场操作和故障判断这些知识对于从事电力系统设计、运行维护和技术管理的工作人员都具有重要价值电压互感器作为电力系统的基础设备，技术虽相对成熟，但仍在不断创新发展希望大家在今后的工作中持续关注该领域的新技术、新产品和新应用，不断更新知识储备，提高专业能力，更好地服务于电力系统的安全稳定运行结束语与答疑3课程主要章节系统介绍了基础理论、结构原理和应用技术12关键知识点涵盖工作原理、误差分析、测试方法和选型技巧8典型案例通过实际工程案例加深理解100%实用性所有内容紧密结合工程实际，直接指导现场工作感谢大家参加《电压互感器原理与应用》专题培训本课程系统介绍了电压互感器的基础理论、结构类型、性能参数、测试方法和应用技术，旨在提升大家的专业水平和实际工作能力电压互感器作为电力系统中的关键设备，其性能直接关系到电网安全和电能计量准确性，因此深入掌握相关知识对每位电力工作者都至关重要希望通过本次培训，能够帮助大家在实际工作中更好地选择、使用和维护电压互感器，解决运行中遇到的各类问题课程讲义和补充资料将通过培训平台分享给大家，供后续学习参考现在，我们进入答疑环节，欢迎大家就课程内容或相关技术问题提出问题，进行深入交流与讨论。