電壓互感器四類問題原因與解決方案

宣黎強(qiáng)　 孫鵬　 孫科　 王鵬　 湯雨

摘 要：電子電壓互感器是電流系統(tǒng)中保護(hù)設(shè)備及計(jì)量的重要依據(jù)，且計(jì)量的可靠性及精確性受到電壓互感器測量精度的影響，在數(shù)字化變電站中得到廣泛應(yīng)用。但不管是無源電壓還是有源電壓互感器都存在一定發(fā)熱損壞、開路損壞、不夠精確及抗直流分量不足等問題。本文從電子電壓互感器的分類入手進(jìn)行探討其四類問題及其存在原因，并提出相應(yīng)的解決對策。

關(guān)鍵詞：電壓互感器；無源電壓；有源電壓；問題

電壓互感器是確保電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行而對其設(shè)備、系統(tǒng)相關(guān)系數(shù)實(shí)施測量的設(shè)備[1]，電壓互感器可以把高壓依比例轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)低電壓，以向繼電保護(hù)、儀表及測量儀器等裝置提供電壓。傳統(tǒng)電壓互感器存在動(dòng)態(tài)范圍、絕緣性及磁飽和性等方面存在諸多不足，而電子式電壓互感器克服了上述不足，以數(shù)字信號(hào)對電量采集進(jìn)行模擬，已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢。本文從電壓互感器的分類入手探討其四類問題，以期為該問題的解決提供思路和參考。

一、電壓互感器的定義及分類

（一）定義

電子電壓互感器是對數(shù)字量及電壓輸出的模擬[2]，以向繼電保護(hù)設(shè)備、電氣測量儀器等提供使用的電壓，這些設(shè)備或儀器的頻率為15100Hz。其供電原理為：利用一次傳感器產(chǎn)生同一次端子電壓對應(yīng)的信號(hào)，而后經(jīng)一次轉(zhuǎn)換器向二次轉(zhuǎn)換器輸送，二次轉(zhuǎn)換器再將此信號(hào)向測量設(shè)備、儀器等裝置轉(zhuǎn)換。

（二）分類

電壓互感器分為有源式、無源式兩種[3]，無源式又分為逆壓電及Pockels效應(yīng)兩種類型，而有源式分為電阻、電容及阻容三種分壓類型。一次轉(zhuǎn)換器電子部件要滿足的供電源為一次電源，則為有源電壓互感器，若以光學(xué)原理進(jìn)行的一次傳感，可利用光纖傳輸直接送出光測量信號(hào)，不用一次轉(zhuǎn)換器或一次電源，此類電壓互感器為無源電壓互感器。

二、電子電壓互感器存在的四類問題原因

無源電壓互感器發(fā)熱損壞、有源電壓互感器開路損壞、接電阻采樣不夠精確及抗直流分量不足等四類問題，具體原因如下：

（一）無源電壓互感器的發(fā)熱損壞

無源電壓互感器的加工過程中，其繞線會(huì)增加漆包線的針孔數(shù)量，在線卷匝存在短路或在匝間存在短路隱患。無源電壓互感器工作過程中，線卷能夠產(chǎn)生磁振動(dòng)，進(jìn)而造成匝間短路。而出現(xiàn)匝間短路時(shí)，會(huì)急劇增加原邊電流，致使電壓互感器在短時(shí)間內(nèi)迅速發(fā)熱，直至燒壞。

（二）有源電壓互感器的開路損壞問題

有源電壓互感器在縮小體積時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生一系列的問題，如采用的漆包線規(guī)格較低，漆包線較細(xì)，通常用直徑為0.08毫米的漆包線進(jìn)行生產(chǎn)，而此規(guī)格的漆包線焊接后的抗拉強(qiáng)度不高，極易斷；同時(shí)，生產(chǎn)有源電壓互感器給環(huán)繞機(jī)提出了較高要求，但因磁芯小，普通的環(huán)繞機(jī)難以加工，需要特種的設(shè)備方能生產(chǎn)，也有生產(chǎn)單位采用手工繞線，但因中間接頭及手汗等問題，也容易導(dǎo)致事故隱患。此外，漆包線焊接點(diǎn)的檢驗(yàn)較為困難也是發(fā)生開路損壞的原因之一。

（三）有源電壓互感器的接電阻采樣過程中精確等級降低的問題

該電壓互感器的體積及磁芯截面積都相對較小，其電壓輸出能力有限，在直接接電阻的采樣過程中，其精確等級會(huì)顯著降低，其輸出的最大電壓也非常低。

（四）電子電壓互感器抗直流電壓分量不足的問題

在電壓互感器故障中，存在一定的直流分量來保護(hù)電壓互感器并使其迅速飽和，進(jìn)而接電阻采樣值也迅速下降，控制保護(hù)裝置會(huì)相應(yīng)地出現(xiàn)誤動(dòng)作，這是因?yàn)樵S多磁性材料由于剩磁因素和磁感應(yīng)的飽和強(qiáng)度作用下，極小的直流電壓成分也能使電壓互感器呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，進(jìn)而呈現(xiàn)出抗直流電壓分量不足的問題。

三、電壓互感器四類問題的解決對策

（一）電壓互感器發(fā)熱損壞的對策

生產(chǎn)無源電壓互感器時(shí)，如果其線卷能夠充分浸漆則對線卷磁振動(dòng)具有較好的減弱功能，可以大大降低匝間短路的發(fā)生幾率。同時(shí)，電壓互感器的二次側(cè)線卷匝數(shù)明顯少于一次側(cè)線匝數(shù)，然而其漆包線的直徑較大，且內(nèi)阻抗較小，容易發(fā)生短路而致使其電流急劇增加，進(jìn)而造成二次側(cè)發(fā)熱燒毀。因此，應(yīng)在互感器二次側(cè)加設(shè)保險(xiǎn)絲，防止其發(fā)生短路現(xiàn)象。

（二）開路損壞的問題

電壓互感器的開路損壞問題主要是生產(chǎn)時(shí)繞線方式的問題所致，因此，應(yīng)選擇高規(guī)格的繞線機(jī)，而不用手工繞線生產(chǎn)，比如選擇德國、美國等環(huán)繞機(jī)。同時(shí)，在焊接時(shí)要選擇可靠性強(qiáng)的焊接方法，以確保焊點(diǎn)無虛焊點(diǎn)和漆包線焊接后的抗拉強(qiáng)度不下降。此外，還要利用特殊熱老化方式對不可靠產(chǎn)品進(jìn)行剔除，以避免開路損壞的發(fā)生。

（三）接電阻采樣時(shí)的精確等級的提升

在進(jìn)行電壓互感器的接電阻采樣時(shí)，應(yīng)盡量選擇小阻值電阻的采樣電阻，通常以低于400歐姆為佳。

（四）提升抗直流電壓分量能力

提升電壓互感器的抗直流電壓分量能力首先要選擇磁感應(yīng)強(qiáng)及飽和度高的磁材料和低剩磁的材料[4]，而硅鋼磁芯的磁感應(yīng)飽和強(qiáng)度盡管較強(qiáng)，但其具有較高的剩磁，因此選擇硅鋼磁芯則不能實(shí)現(xiàn)提升電壓互感器抗直流電壓分量能力的要求。如果利用其截面積的增加來提高抗直流分量的能力，雖然能夠提高，但提高的強(qiáng)度不太理想，因?yàn)槠溥€收到硅鋼體積的限制。如果利用硅鋼的開氣隙來增強(qiáng)抗直流電壓能力，盡管能夠取得較好的增強(qiáng)效果，但需要同時(shí)控制好其相位差問題，在電壓互感器的制作過程中會(huì)產(chǎn)生較大的相位差，且超過10°，由于相位差同溫度變化的關(guān)系密切，因此也應(yīng)對溫度進(jìn)行相應(yīng)的控制和調(diào)節(jié)。

總之，電壓互感器的四類問題同其標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)材料、環(huán)節(jié)及生產(chǎn)方式相關(guān)，因此，應(yīng)選擇高規(guī)格的生產(chǎn)方式和合適的漆包線、磁材料等，從生產(chǎn)環(huán)節(jié)對其四大類問題進(jìn)行控制和處理，以確保其運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]周強(qiáng)，何為，李松濃，等.單極電容式電壓互感器的試驗(yàn)研究[J].高電壓技術(shù)，2016，（06）：17811789.

[2]魏菊芳，唐慶華，王飛，等.小電流接地系統(tǒng)電壓互感器鐵磁諧振過電壓與抑制措施仿真分析[J].電網(wǎng)與清潔能源，2015，（12）：4856.

[3]楊世海，周贛，周峰，等.多繞組電壓互感器二次負(fù)荷配置原則及其工程應(yīng)用[J].高電壓技術(shù)，2015，（01）：202208.

[4]李振華，李闖，李振興，等.數(shù)字量輸出電子式電壓互感器的高精度在線校驗(yàn)方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015，（13）：163167.