电容式电压互感器

1 电容式电压互感器（CVT）电压互感器[1]（PT/VT）是用来变换线路电压的设备，主要功能是测量线路的电压、功率和电能。

电压互感器是电力系统中不可缺少的一种设备，在各电压等级都发挥着重要作用，其主要用于电压测量、电能计量、继电保护和自动控制等方面。

电压互感器根据结构型式主要分为电磁式、电容式和电子式三种。

目前新型的电子式互感器发展迅猛，其具有很多优异性能，但是由于其稳定性和可靠性较差，无法成为法定计量设备，所以电力系统中使用最广泛的电压互感器仍为电磁式电压互感器（PT）和电容式电压互感器（CVT）[2]。

文献[3]中统计了截至2015年广州电网各类电压互感器的使用情况，电磁式、电容式、电子式使用量占比依次是18.58%、81.30%、0.12%，可见电容式电压互感器的使用数量占据绝对优势。

PT本质上是一台容量不大的变压器，其在低压等级的测量准确度较高，但随着电压等级的升高，其绝缘可靠性变低，成本也更为昂贵。

CVT是由电容分压器和电磁单元组成，先通过串联电容进行分压后接入电磁单元，电磁单元与PT相似，所以CVT具有PT的全部功能外还有以下特点：电容分压器的分压大大提高了CVT的绝缘性能，使得它在电磁单元绝缘水平较低时也可以对高电压进行转换；内部电容器可以通过耦合作用在长距离通讯、远方测量、线路高频保护等方面发挥载波作用；制作工艺不复杂、易于维护、经济性显著[4]。

所以CVT广泛应用于110kV及以上电压等级的电网中。

从结构上看，CVT比PT多出一套电容分压装置，且其多用于电压等级较高的电网中，所以其故障率也会有所升高。

我们最大CVT被广泛应用于超高压、特高压电网中，所以会经常出现在高海拔、大温差、易覆冰、易污秽等复杂地理环境中，环境因素会很大程度地影响其测量准确度，它的故障发生率也会有所上升[2]。

所以我们主要针对电网中使用最为广泛的电容式电压互感器进行了研究。

1.1 CVT的基本原理图1-1 电容式电压互感器基本原理图电容式电压互感器主要由电容单元和电磁单元两部分组成，其并联在线路上，先通过电容分压得到10~20kV的电压，然后再经过电磁单元变换成所需的检测电压[5]。

电容式电压互感器(CVT)CVT的中文全名为电容式电压互感器，在国外已有四十多年的发展历史，在72.5～800 kV电力系统中已被普遍应用。

国产CVT于1964年在西安电力电容器厂诞生，到如今也积累了三十五年的制造和运行经验，逐渐进入成熟期。

尤其是近几年，国产CVT在准确度及输出容量的提高以及成功地采用速饱和电抗型阻尼器使铁磁谐振阻尼特性和瞬变响应特性明显改善等方面有了突破性进展。

电容式电压互感器CVT的定义编辑本段回目录CVT(电容式电压互感器)是一种由电容分压器和电磁单元组成的电压互感器。

其设计及内部接线使电磁单元的二次电压实质上与施加到电容分压器上的一次电压成正比，并且在连接方法正确时其相位差接近于零。

CVT的构成及原理编辑本段回目录CVT（电容式电压互感器）主要由电容分压器和中压变压器组成。

电容分压器由瓷套和装在其中的若干串联电容器组成，瓷套内充满保持0.1MPa正压的绝缘油，并用钢制波纹管平衡不同环境以保持油压，电容分压可用作耦合电容器连接载波装置。

中压变压器由装在密封油箱内的变压器、阻尼装置和补偿电抗器组成，油箱顶部空间充氮。

一次绕组分为主绕组和微调绕组，一次侧和一次绕组间串联一个低损耗电抗器。

由于电容式电压互感器的非线性阻抗和固有的电容有时会在电容式电压互感器内引起铁磁谐振，因而用阻尼装置抑制谐振，阻尼装置由电阻和电抗器组成，跨接在二次绕组上，正常情况下阻尼装置有很高的阻抗，当铁磁谐振引起过电压，在中压变压器受到影响前，电抗器已经饱和了只剩电阻负载，使振荡能量很快被降低。

CVT的准确度及额定输出容量编辑本段回目录国外的CVT最高准确度为0.2级，额定输出容量正在逐步降低。

以厂商ABB为例，目前其标准产品在0.2级下的输出从250VA已降低到120VA，其它国外公司各种电压等级CVT额定输出也不超过250VA，这主要是由于现代继电保护装置和测量系统所需负荷大幅减小。

国内情况则相反。

根据需求，国产CVT在0.2级条件下的额定输出容量在不断提高。

电容式电压互感器1、概述电容式电压互感器（简称CVT）,1970年研制出国产第一台330KVCVT,1980年和1985年研制出第一代和第二代500KVCVT,1990年和1995年研制出第三代和第四代500KVCVT,30多年来积累了丰富的科研、开发设计和生产经验，在国内开发出一代又一代的CVT新产品，带动了国产CVT的发展。

CVT最主要的特点是：——耐电强度高，绝缘裕度大，运行可靠。

——能可靠的阻尼铁磁谐振。

成功采用新型组尼期，严格进行质量控制，确保出厂的每一台CVT均能在从低到高的任何电压下有效阻尼各种频率的铁磁谐振。

——优良的顺变响应特性。

当一次短路后其二次剩余电压能在20MS内降到5%以下，特别适应于快速继电保护。

——具有电网谐波监测的专利技术。

2、应用电容式电压感器可在高压和超高压电力系统中用于电压和功率测量、电能计量、继电保护、自动控制等方面，并可兼作耦合电容器用于电力线载波通信系统。

如有需求，可提供用于谐波电压测量的内部附件及外部接线端子。

（1）安装运行场所：户外或户内。

（2）海拔：330kv及以下产品不超过2000m。

500kv产品不超过1000m，根据订货要求，可提供直至4000m的高原型产品。

（3）环境温度：-40/+40度，-25/+45度。

由用户在订货时选定（也可选择其他温度类别）。

（4）风速：不超过42m/s。

（5）污秽等级：Ⅰ级污秽（外绝缘爬电比距≥17mm/kv)；Ⅲ级污秽（外绝缘爬电比距≥25mm/kv)；Ⅳ级污秽（外绝缘爬电比距≥31mm/kv）。

污秽等级由用户在订货时选择。

（6）复冰厚度：不超过10mm。

（7）地震烈度：不超过8度。

根据用户要求，也可提供更高抗震能力的产品。

（8）系统额定频率：50Hz或60Hz有用户在订货是确定。

（9）系统接地条件：中性点有效接地或中性点非有效接地；由用户在订货时确定。

3、型号说明CTV的型号组成如下：TYD☆◇—□△其中：TYD—电容式电压互感器，☆—角注，设计序号，◇—CVT的额定电压（及系统的额定相电压），单位为KV，□—额定电容量，单位为uF，△—尾注，特征代号其中：F—产品用于中性点非有效接地系统，无此字母时用于有效接地系统；G—高原型产品；H—耐污秽等级Ⅲ级以上；TH—湿热带地区L—内充SF6的产品；运行在张家口沙岭子变电站中的500千伏电容式电压互感器。

电容式电压互感器引言电容式电压互感器是一种常用于电力系统中的电气设备，用于测量高电压系统中的电压值。

它具有精确度高、稳定性好、响应速度快等特点，因此在电力系统的监测、保护和控制中起着重要作用。

本文将介绍电容式电压互感器的工作原理、结构组成以及其在电力系统中的应用。

工作原理电容式电压互感器是利用电容器在电压作用下的反应来测量电压值的。

其基本工作原理如下：1.电容式电压互感器的核心部分是一个绕组，它由一对互相绝缘的金属板组成。

这对金属板之间形成了一个电容。

当待测电压施加在金属板上时，会在板之间产生电场。

2.待测电压的电场会导致金属板上产生极化电荷，从而改变电容器的电容值。

这种变化可以通过测量电容器的电容值来得到待测电压的大小。

3.为了减小金属板之间的漏电流，电容式电压互感器通常会采用绝缘材料来隔离金属板，从而提高测量的精确度。

结构组成电容式电压互感器主要由以下组成部分构成：1.金属板：金属板是电容式电压互感器的关键部分。

它负责承受待测电压，并通过电场改变电容器的电容值。

2.绝缘材料：绝缘材料用于隔离金属板之间，以减小漏电流。

绝缘材料需要具有良好的绝缘性能和耐电压能力。

3.线圈：电容式电压互感器中的线圈用于接收电容器中的信号，并将其转化为可测量的电压信号。

4.外壳：外壳是电容式电压互感器的保护部分，它可以防止电容器受到外界环境的干扰，同时提供机械强度。

应用电容式电压互感器具有广泛的应用范围，主要包括以下方面：1.电力系统监测：电容式电压互感器可以用于电力系统中对电压进行精确测量，从而确保电力系统的稳定运行。

它可以用于测量各个节点的电压值，并及时反馈给监控系统。

2.电力系统保护：电容式电压互感器用于电力系统的保护，例如过压保护、欠压保护等。

当电压超出预设范围时，电容式电压互感器会发出警报信号，以便采取相应的措施。

3.电力系统控制：电容式电压互感器可以用于电力系统的控制，例如自动电压调节器（AVR）的控制。

电容式电压互感器电磁单元
电容式电压互感器（Capacitor Voltage Transformers，CVTs）是电力系统中的重要设备，用于高电压等级的测量、监控和保护。

其中，电磁单元是电容式电压互感器的核心部分，其性能直接影响整个设备的运行效果。

电磁单元主要包含一次绕组和二次绕组，它们共同构成了互感器的基本工作原理。

一次绕组通常与高压线路直接相连，而二次绕组则与测量、控制和保护装置相连接。

当一次绕组上施加电压时，会在绕组中产生感应电流，该电流进一步产生磁场，进而在二次绕组中产生感应电动势。

这个过程实现了高电压与低电压之间的隔离，同时保证了测量和监控的准确性。

电磁单元的设计和制造过程中，需要特别关注其绝缘性能。

由于一次绕组承受高电压，如果绝缘性能不佳，可能会导致设备损坏或人身伤害。

因此，电磁单元的绝缘材料和结构对于设备的长期稳定运行至关重要。

另外，电磁单元的动态特性也是评价其性能的重要指标。

在电力系统发生故障时，
如短路或雷击，电容式电压互感器可能会承受瞬态的高电压和电流。

此时，电磁单元应具有良好的动态响应能力，以防止设备过热或损坏。

在生产过程中，还需要对电磁单元进行严格的测试和检验。

这包括但不限于耐压测试、温升测试、误差测试等，以确保每一台设备都满足电力系统的运行要求。

电容式电压互感器的电磁单元是一个设计精良、制造严格、测试全面的设备。

在实际应用中，其性能的稳定性和可靠性对于保障电力系统的安全、经济运行具有重要意义。

电容式电压互感器全解1. 前言电容式电压互感器是一种重要的电力测量仪器，广泛应用于电力系统中的电能计量、电能质量分析、电气保护、电压测量等领域。

本文将从电容式电压互感器的结构、工作原理、特点、参数等方面进行详细介绍。

2. 结构电容式电压互感器由铁芯、一组外部电容器、二次绕组和支架等部分组成。

其中，铁芯是电容式电压互感器的主要组成部分，它支撑着一组外部电容器和二次绕组，并承受着高电压、大电流的作用。

因此，铁芯的选用和制造工艺对于电容式电压互感器的工作性能具有重要影响。

外部电容器通常采用箔式电容器，它与铁芯构成了电容式互感器主回路的一部分。

为了保证外部电容器的电容值稳定，通常采取气体绝缘或油浸式设计。

二次绕组通常采用低电压、细导线的线圈设计，在绝缘材料的保护下固定在铁芯周围。

二次绕组的匝数与输出电压之间有确定的比例关系，因此，选用合适的二次匝数可以满足特定的电压测量要求。

支架是电容式电压互感器的固定装置，它不仅能够支持电容式电压互感器的重量，还能够使其适当地安装在电网设备中。

3. 工作原理电容式电压互感器的工作原理可以简单地描述为：当在高电压侧通过交流电压时，铁芯和外部电容器构成一个电容式电路，二次绕组中将感应出相应的电压信号。

该电压信号与高电压信号之间有个确定的比例关系，即：$ V_2 = V_1 \times \frac{C_2}{C_1} $其中，V1为高电压信号，V2为输出电压信号。

C1和C2分别为铁芯和外部电容器的电容值。

需要注意的是，该比例关系仅在电容式电路的共振频率下成立。

因此，在选用电容式电压互感器时要特别注意其共振频率与电网频率的匹配。

同时，由于电容式电压互感器的输出信号较小，因此，还需要通过放大器进行信号放大。

4. 特点电容式电压互感器具有以下几个特点：4.1. 相对误差小由于电容式电压互感器是间接测量高电压信号的电压互感器，因此，相对误差较小，能够满足高精度电压测量的要求。

4.2. 频率响应较高电容式电压互感器的共振频率与高电压信号频率匹配时，其频率响应较高，能够满足高频电压测量的要求。

1与电容式电压互感器相关的定义010203040506电容式电压互感器电容式电压互感器的额定频率电容式电压互感器设计所依据的频率。

电磁单元电容式电压互感器的组成部分，接在电容分压器的中压端子与接地端子之间（或当使用载波耦合装置时直接接地），用以提供二次电压。

中压变压器一台电压互感器，在正常使用条件下，其二次电压实质上正比于一次电压。

补偿电抗器一个电抗器，通常接在中压端子与中压变压器一次绕组的高压端子之间，或接在接地端子与中压变压器一次绕组的接地侧端子之间，或者将其电感值并入中压变压器的一次和二次绕组内。

阻尼装置电磁单元中的一种装置，其用途有：a）限制可能出现在一个或多个部件上的过电压；b）抑制持续的铁磁谐振；c）改善电容式电压互感器暂态响应特性。

补偿电抗器的保护器件并联于补偿电抗器两端的一个器件，用以限制电抗器的过电压，且有利于阻尼CVT的铁磁谐振。

2电容式电压互感器接线端子标志020301具有一个二次绕组的单相互感器 表示具有一个二次绕组的单相互感器，A表示电容式电压互感器的一次绕组接线端子，N表示电压互感器的一次绕组接地端子。

a表示电容式电压互感器的二次绕组接线端子，n表示电压互感器的一次绕组接地端子。

具有两个二次绕组的单相互感器 表示具有两个二次绕组的单相互感器，A表示电容式电压互感器的一次绕组接线端子，N表示电压互感器的一次绕组接地端子。

1a和2a表示电容式电压互感器的二次绕组接线端子，1n和2n表示电压互感器的一次绕组接地端子。

具有两个带抽头的二次绕组的单相互感器043电容式电压互感器分类0102 表示具有两个带抽头的二次绕组的单相互感器，A表示电容式电压互感器的一次绕组接线端子，N表示电压互感器的一次绕组接地端子。

1a1、1a2和2a、2a2分别表示电容式电压互感器的二次绕组接线端子，1n和2n表示电压互感器的一次绕组接地端子。

具有一个剩余电压绕组和两个二次绕组的单相互感器 表示具有一个剩余电压绕组和两个二次绕组的单相互感器，A表示电容式电压互感器的一次绕组接线端子，N表示电压互感器的一次绕组接地端子。

电容式电压互感器的作用电容式电压互感器，是一种常见的用于电能质量检测和维护中的设备。

它可以将高电压直接变换为标准的电压信号，用于保护和控制系统中各种电子设备。

下面我们将详细探讨电容式电压互感器的作用。

电容式电压互感器简介电容式电压互感器的主要作用是将高电压变换为小电压，从而为系统的各种设备提供标准的电流和电压信号。

与传统的电流互感器不同，电压互感器的电路构造采用高压电容器，对高电压进行分压，以保证低压下输出电压的准确性。

电容式电压互感器的输出信号与输入电压成正比，是电能质量检测和负荷分析中不可缺少的设备之一。

电容式电压互感器的作用电容式电压互感器的测量作用电容式电压互感器可以测量系统中的电压，提供标准的电压信号给测量和控制设备，保证各种设备的正常运行。

它可以分离不同部分的电路，避免高压直接影响到低压设备，从而保护系统的安全。

电容式电压互感器的保护作用电容式电压互感器可以在系统出现过载或故障时自动断开电路，防止电压过高或过低的情况对设备造成损害。

在配合保护装置使用时，电压互感器可以提供正确的电压信号，实现对系统中各种设备的保护。

电容式电压互感器的空气绝缘作用电容式电压互感器中使用的高压电容器采用空气绝缘，可以对高压电路进行良好的隔离，避免对设备造成损害和影响。

同时，空气绝缘电容器具有防潮、防震等特点，能够适应各种复杂的环境和工作条件。

电容式电压互感器的分压作用电容式电压互感器在工作时利用电源分压原理，分压高压电路，使高电压变为标准的低压信号，从而对靠近电容器的低压设备进行精确测量和控制。

这样的分压作用可以确保系统中各种设备的安全稳定运行。

总结以上就是电容式电压互感器的作用的详细解释。

电容式电压互感器作为电力系统中一种重要的检测设备，对保护和掌控各种电子设备至关重要。

同时，电容式电压互感器还可以应用于各种复杂的环境和工作条件下，具有防潮、防震等特点，保证了系统的稳定性和安全性。

电容式电压互感器工作原理
电容式电压互感器是一种使用电容器和互感器原理进行电压测量的装置。

其工作原理如下：
1. 基本结构：电容式电压互感器由电容器和互感器组成。

电容器的一端与高压输入端相连，另一端与互感器的一端相连，互感器的另一端与低压终端相连。

2. 电容感应：当高压输入端施加交流电压时，电容器的一端会出现电位差，导致电容器内部存储了一定的电荷。

这是因为电容器的两个极板之间的电场会随着电压的变化而变化，从而导致电荷的累积。

3. 电压变化传递：电容器内部的电荷变化会通过互感器传递到低压终端。

互感器的工作原理是通过电磁感应来传递能量。

当高压输入端施加的电压变化时，会通过电磁耦合作用，感应到互感器中的次级绕组上的电势变化。

4. 电压测量输出：次级绕组上的电势变化将被放大并测量。

通过测量次级绕组上的电压信号，可以得到高压输入端的电压值。

这样就实现了电压的测量。

需要注意的是，在使用电容式电压互感器进行电压测量时，必须保证电容器两端的电压为交流电。

此外，电容式电压互感器具有较高的精度和线性度，可以广泛应用于电力系统中的电压测量和保护控制等领域。

第四章电容式电压互感器Capacitor Voltage Transformer第一节电容式电压互感器的应用在110kV及以上的电力系统中要采用电容式电压互感器,特别是在超高压系统中都采用电容式电压互感器,其理由如下：1 可以抑制铁磁谐振60kV及以下的电磁式电压互感器和架空线对地的分布电容可能发生并联铁磁谐振；110kV及以上的电磁式电压互感器和少油断路器断口电容均压用可能发生串联铁磁谐振;电容式电压互感器本身即是一个谐振回路,XL ≈XC;如果CVT采取阻尼措施后确认不会发生铁磁谐振,那么与系统并联运行后只是增加了振荡回路的电容,破坏了铁磁谐振发生的条件XL =XC,回路不会发生铁磁谐振;关于铁磁谐振的理论分析,另有资料介绍;2 载波需要高压电力系统经常通过高压输电线进行通讯;是用耦合电容器和阻波器将高电压变成低电压,调谐成需要的各种波段,称作载波通讯;变电站如选用电磁式电压互感器,为了载波需要,还要选用一个耦合电容器;如选用电容式电压互感器,既可当电压互感器,又可当耦合电容器用;显然造价低了,占地面积小了;3 电容式电压互感器冲击电压分布均匀,绝缘强度高;尤其是超高压电力系统用的电压互感器,电磁式绝缘结构冲击分布很不均匀,制造十分困难;第二节电容式电压互感器的工作原理1 利用串联电容进行分压,即大的容抗上承受高电压,小的容抗上获得较低的电压;将较低的电压施加在一个电磁装置上,通过电磁装置感应出标准规定的电压互感器的二次电压,如100/√3V,100/3V,100V;电容式电压互感器由电容分压器和电磁单元两部分组成;如有载波要求,电容分压器低压端还应接有载波附件;电容式电压互感器的原理接线电路见图124;2 电容分压器它既作电容式电压互感器的分压器用,又作载波时的耦合电容器用;电容分压器的组成电容器元件：由绝缘介质和被它隔开的电极构成的部件;电容器单元：有一个或多个电容器元件组装在同一外壳中并有引出端子的组装体;电容器叠柱：电容器单元串联的组装体;注：所谓电容器是通用术语,不特指元件、单元或叠柱;2. 3电容分压器的额定电容设计电容器分压器时选用的电容值;对于电容器单元,指单元端子之间的电容;对于电容器叠柱,指叠柱的线路端子与低压端子之间或线路端子与接地端子之间的电容;对于电容分压器,指总电容CN =C1NC2N/C1N+C2N;2. 4高压电容器C1接在线路端子与中压端子之间的电容器;2. 5中压电容器C2接在中压端子与低压端子之间的电容器; 2. 6电容分压器的接线端子高压端子：与线路连接的端子; 中压端子：连接电磁单元的端子;低压端子：直接接地或通过排流线圈接地的端子; 2. 7电容允许偏差实际电容与额定电容间允许的差值国标规定：单元、叠柱及电容分压器的电容C 的偏差,应为实测电容与额定电容相对偏差不大于-5%~+10%;叠柱中任意两个单元的实际电容之比与这两个单元的额定电压之比的倒数之间相差不大于5%;CVT 用电容分压器可以要求较小的分压比偏差; 式中：C 0——单个元件的电容 n —— 串联元件的数量 在任何试验过程中,单元、叠柱或电容分压器的电容C 的变化值应不超过相当于一个元件的电容量;为了显示出一个或多个元件击穿所引起的电容变化,应在型式试验和例行试验之前进行预先的电容测量,测量时采用足够低的电压低于15%额定电压,以避免元件发生击穿; 2. 8 中间电压U C当一次电压施加在高压端子与低压端子或接地端子之间时,电容分压器中压端子与低压端子或接地端子之间的电压;CVT 的中间电压主要由其准确级和二次输出而定;准确级高、二次输出大,需选取较高的中间电压;通常中间电压在√3~36/√3kV 范围内选取; 2. 9 电容分压器的额定分压比K CN施加在电容分压器上的电压与开路中间电压的比值的额定值; K CN =C 1N +C 2N /C 1N ; 2. 10电容温度系数T C给定温度变化量下的电容变化率式中：ΔC ——在温度间隔ΔT 测得的电容变化值; C 20℃——20℃时测得的电容量;ΔC/ΔT 仅当电容在所研究的温度范围内是温度的近似线性函数时方可使用,否则,电容与温度的关系应用曲线或表格表示;低于20℃时ΔT 为负值,高于20℃时ΔT 为正值; 2. 11 低压端子杂散电容低压端子与接地端子之间的杂散电容; 2. 12 低压端子杂散电导低压端子与接地端子之间的杂散电导; 3 电磁单元接在电容分压器的中压端子与接地端子之间,用以提供二次电压;电磁单元主要由一台变压器和一个补偿电抗器组成;变压器将中间电压降低到二次电压要求值;在额定频率下,补偿电抗器的电抗值近似等于电容分压器两部分电容并联C 1+C 2的容抗值;补偿电感可以全部或部分并入变压器之中; 中压变压器实际上是一台电磁式电压互感器,在正常使用时,其二次电压正比于一次电压; 补偿电抗器一个有铁心的电抗器,通常接在中压端子与中压变压器一次绕组的高压端子之间,或接在接地端子与中压变压器一次绕组接地侧端子之间,或者并入中压变压器的一次和二次绕组内;补偿电抗器电感的设计值为：()()22121N N N f C C L π+=;阻尼装置电磁单元中与二次负荷并联的一种装置,其用途是： a 限制一个或多个部件上的过电压; b 抑制持续的铁磁谐振;c 改善电容式电压互感器暂态响应特性; 补偿电抗器的保护器件并联在补偿电抗器两端子的一个器件,用以限制系统过电压或CVT 铁磁谐振引起补偿电抗器的过电压;而且有利于阻尼CVT 的铁磁谐振;可以采用避雷器或其他放电间隙; 4 载波附件接在电容分压器低压端子与地之间用以注入载波信号的电路元件,其阻抗在工频下很小,但在载波频率下相当大;改善载波特性的关键在于降低杂散电容,以减小对高频信号的分流;电容分压器低压端和接地端之间存在着杂散电容——主要是低压端子及与其连接的器件对油箱、铁心等的电容；中压端通过变压器和补偿电抗器也存在杂散电容,对载波装置来说两个电容并联,对载波信号有影响;用聚丙烯膜ε=2~代替纸—油绝缘ε=,杂散电容可减小到规定值;在载波工作频率30—500kHz 范围内,杂散电容不大于300+pF;a 排流线圈接在电容器的低压端子与地之间的一个电感元件,排流线圈的阻抗在工频下很小,但在载波频率下具有高阻抗值;b 限压器件接在排流线圈两端或接在电容分压器低压端子与地之间一个器件,用以限制在下列情况下出现在排流线圈上的过电压;ⅰ在高压端子对地发生短路时;ⅱ在高压端子与地之间施加冲击电压时; ⅲ在一次侧开关合闸时;5 电容式电压互感器的基本工作原理设电容分压器1C 和2C 的阻抗分别为1111c j R Z c c ω+= ； 2221c j R Z c c ω+= ,式中：1c R 和2c R 分别为1C 和2C 有功损耗的等效电阻;根据图124电路可以写出：解上列方程得出： 如忽略1c R 及2c R , 式中：cc c c K C C C Z Z Z 1211212=+=+c K ——电容式电压互感器的分压比c Z ——电容分压器的容抗 ,cj Z c ω1= , 21C C C +=I ——流过电磁单元一次侧的电流 所以 ：由上式可看出,当分压比一定时,因CX Z c c ω1==数值很大,c U 及2U 将随负荷电流的变化而剧烈变化,在标准规定的负荷变化范围内无法保证误差要求;所以必须在中压回路中串联一个电抗器,以补偿电容的电抗,使L X ≈c X ,式中L X 是补偿电抗器的感抗; 同理,直接用电容分压器作电压互感器来测量系统电压也是不可取的;电路图124典型电路可视为以中压端子为结点的三端子网络,根据戴维南定理亦称等效发电机原理,由中压端子向左看,高压端子与低压端子短接时得到的阻抗是等效发电机内阻抗,C 1和C 2并联,)(121c c X C +=ω;向右看是中压回路的阻抗;可给出图125所示的等值电路;图中：)(121c c X C +=ω——电容分压器等效容抗)21C C +——电容分压器的等效电容 R C ——电容分压器等效电阻X L 、R L ——补偿电抗感抗、电阻1X 、'2X 、1R 、'2R ——中压变压器一、二次绕组漏抗、电阻X 0、R 0——中压变压器励磁电抗、电阻 Z ＇——负荷阻抗 •C U ——中间电压•'2U ——二次电压•1I ——一次电流 •'2I ——二次电流 •0I ——励磁电流中间变压器实际上是一台电压为中间电压U C 的电磁式电压互感器,补偿电抗器和中间变压器的一次绕组串联,接在一次端子的高压端,也可接在一次绕组的低压端;在额定频率下,电容分压器的等效容抗X C 和补偿电抗器的感抗X L 应是谐振状态,即X C = X L ,这是电容式电压互感器正常工作的基本条件,本身即处于铁磁谐振状态,必须接入阻尼器和补偿电抗器的过电压保护装置方可消除铁磁谐振;电容式电压互感器的等值电路与电磁式电压互感器相同,只是前者比后者一次电路中多了等效电容和补偿电抗器电感;等值电路的电动势平衡方程式为：因为：•••+='201I I Icc c X I j X I j R I X I j X I j R I U U 212212********* '-'+'+-++'= 1式中：R 10=R L +R C +RC C C tg X R δ⋅= δtg 为电容分压器的损耗角正切 与图125相应的相量图如图126所示;图126第三节 电容式电压互感器误差特性1 误差计算：和电磁式电压互感器一样,由阻抗压降造成的电容式电压互感器的误差;有一个二次绕组的误差为：a 空载误差电压误差 )((%)10100x m r P u u I u I ∆∆+-=ε 2 相位差 )(4.34)('10100x p r m u u I u I ∆∆-=ε 3 式中：2200)(sin )(C n P U S VA I *∆=θ00sin )(θVA ——中压变压器铁心励磁功率的有功分量,W 00cos )(θVA ——中压变压器铁心励磁功率的无功分量,VA 0)(VA ——铁心的励磁功率,VA n S 2——额定二次负荷,VA CNCC U U U =*——中间电压标幺值 因为∆P I 和∆m I 和电压U C 磁通0Φ是非线性关系,它随电压而变化,所以空载误差随电压变化而变化,与二次负荷无关;b 负荷误差电压误差 )sin cos ((%)212212ϕϕεx r un u u +-= 4 相位差 )cos sin (4.34)('212212ϕϕεx r un u u -= 5 式中： (%),100)(212212⨯=CN n r U R S u2ϕ——负荷的功率因数角负荷误差和电压无关,与负荷成正比变化;多个二次绕组的负荷误差计算参照电磁式电压互感器进行; 2 频率影响的附加误差计算在额定频率f N 角频率ωN 下,电容式电压互感器等效电容C 1+C 2与补偿电抗器的电感L 处于谐振状态,即)(121C C L N N +=ωω;如果实际频率f 角频率ω与额定频率不相同,将出现等效容抗和感抗之差的差电抗 忽略ω变化造成中压变压器绕组漏电抗的变化,因为此漏电抗远小于补偿电抗器的感抗值;ωX ∆对负荷误差的影响是指式4和式5括号中第二项的变化,附加误差为：2212))((100)(CN N mN N U C C S +-=ωωωωω 6 式中：222sin ϕn m S S =——二次负荷的无功分量,VA2212))((100)(4.34CN N p N N U C C S +--=ωωωωω 7 式中：222cos ϕn p S S =——二次负荷的有功分量,W频率增高时感抗增加,ωX ∆呈感性,附加误差ωεu ∆和ωu δ∆为负值;频率降低时容抗增加,ωX ∆呈容性,附加误差ωεu ∆和ωu δ∆为正值;频率变化也影响中间变压器的磁通密度,对空载误差当然有影响,但空载误差在总误差中占的比例很小,频变化对空载误差的影响可以忽略; 3 温度影响的附加误差计算由于电容分压器的电容值随温度变化,等效电容C 1+C 2随温度变化T ∆而发生变化时,等效容抗不等于感抗,将出现容抗与感抗之差的差电抗T X ∆因为在N ω下,)(121C C L N N +=ωω式中：C T ——电容温度系数,K1 T ∆——测量电容值时温度变化量 附加负荷误差和式6和7类似,为 2212222))((100)(sin (%)CN N C m CN n T uT U C C TT S U S X +∆-=⨯∆-=∆ωϕε 8100))((4.34100)(cos 4.34)('2212222⨯+∆-=⨯∆-=∆CN N C p CN n T uT U C C TT S U S X ωϕδ 9如果取某温度为基准值通常取20℃为满足额定频率下谐振条件的电容基准温度,则任一温度间隔时的电容量为：由于常用的膜—纸复合介质的T C 一般为负值;当实际温度低于基准值时,T ∆是负值,电容量增大,容抗减小,T X ∆呈感性,附加负荷误差为负值;当实际温度高于基准值时,T ∆是正值,电容量减小,容抗增大,T X ∆呈容性,附加负荷误差为正值;如忽略电容器的温升,可按产品温度类别的上、下限温度与基准温度之差计算相应温度的附加误差;频率附加误差和温度附加误差两者的叠加对准确级高的互感器影响很大,尤其是对电压误差;附加误差对保护级影响不大;4 电容分压器额定分压比的偏差对互感器误差的影响额定分压比N N N CN C C C K 121)(+=,国标规定C 1N 和C 2N 的偏差均为-5%~+10%,因此K CN 的偏差可能高达-13%~+15%;如果K CN 是正偏差,中间电压U C 降低,二次电压U 2降低,铁心磁密减小,电压误差负值增加,相位差正值增加;如果K CN 是负偏差,中间电压升高,二次电压升高,铁心磁密增加,电压误差正值增加,相位差正值减小;当K CN 是正偏差时,需减少中压变压器一次绕组匝数,即减匝补偿,维持铁心磁密不变,当K CN 是负偏差时,需增加中压变压器一次绕组匝数,即加匝补偿,维持铁心磁密不变;无论是减匝还是加匝补偿都需要中压变压器一次绕组很多的抽头补偿匝数,绕线很不方便;耦合电容及电容分压器国标规定：对于电容分压器、电容式电压互感器可以要求较小的分压比偏差;为了避免前面所述因分压比偏差太大带来的困难,此处推荐额定分压比N N N CN C C C K 121)(+=的偏差为±%; 5 影响误差的其他因素 阻抗如前所述'2112R R R R R C L +++=,式中L R 和C C C tg X R δ=都很小,1R 和'2R 是主要的;减小1R 和'2R 可减小误差;减少绕组匝数或/和增大导线截面均可减小1R 和'2R ,但同时将增大铁心截面、绕组外径和铁心及导线重量;'2112X X X X X C L ++-=,1X 和'2X 相对较小,对12X 影响很小;补偿电抗器采用有气隙的铁心,而且有调节线匝,L X 可以在较大的范围内进行调节,使C L X X X X ≈++'21,因此只要12X 调整到最佳值即可;电容分压器额定电容C N额定电容C N 对互感器误差影响主要表现在温度和频率的附加误差上;在K CN 不变的情况下,由式6—9看出这些附加误差与X C 成正比,与C N 成反比,因此C N 加大误差减小;也可以利用加大C N 的方法增加二次负荷; 额定中间电压U CNU CN 提高M 倍时,如铁心磁通密度不变,二次负荷不变,则中间变压器绕组匝数将增加到M 倍,绕组电阻近似增加到M 倍实际要大于M 倍;漏电抗近似增加到M 2倍实际要大于M 2倍;假设励磁功率不变铁心尺寸不变,因为空载电阻压降10r U %和负载电阻压降12r U %都减小了M 倍,空载电抗压降10X U %和负载电抗压降12X U %几乎不变;所以空载和负载电压误差εu0 %、εu12 %减小了,而空载和负载相位差可能增加,可能减小;如果因为绕组匝数增加,铁心尺寸变大,励磁功率增加,p ∆I 和m I ∆增加,εu0 %可能会增加; 6 误差补偿电容式电压互感器误差补偿和电磁式电压互感器一样采用匝数补偿,在电磁单元上进行;通过改变中压变压器一次绕组匝数及补偿电抗器的匝数调节误差;改变中压变压器一次绕组匝数只能补偿电压误差,对相位差影响很小;若一次额定匝数为N 1N ,实际一次匝数为N 1,则电压误差补偿值为100100(%)11111⨯∆=⨯-=∆NN N ub N N N N N ε,%如果已知需要的电压误差补偿值ub ε∆,那么一次绕组应改变的匝数为改变补偿电抗器的匝数可以同时调节电压误差和相位差;改变补偿电抗器的电感X L ,可以改变X 10和X 12,即改变U X10和U X12,由式2—5可看出同时调节了空载误差和负荷误差的电压误差及相位差;增加补偿电抗器的匝数,可使相位差值减小,而电压误差的负值增加;减少补偿电抗器的匝数,可使电压误差的负值减小,而相位差值增加;设计或试验时,首先改变补偿电抗器的匝数,调节至相位差合格计算值或实测值不大于限值的75%,再改变中压变压器一次绕组匝数,直至调节到电压误差合格计算值或实测值不大于限值的75%;第四节 电容式电压互感器结构特点和部件设计计算 1 电容式电压互感器的结构电容式电压互感器的结构型式,按电容分压器和电磁单元组装的方式分为整体式和分体式两种;整体式：电容分压器叠装在电磁单元上面,电容分压器的底板即电磁单元的箱盖,中、低压引出线套管在电磁单元内部也可以外露,结构紧凑,但电磁单元单独试验不方便;分体式：电容分压器和电磁单元分别组装,电磁单元有外露的中、低压引线套管与电容分压器的中、低压端子在外部连接;电容分压器和电磁单元可以叠在一起安装,也可以分别安装;体积大,但试验和检修方便; 2 电容分压器的结构与互感器相对应,也分为整体式或分体式,见图127和图128所示;图127 整体式结构 图128分体式结构由三个电容器单元组成叠柱, 由三个电容器单元组成叠柱,中压端子由下节 中、低压端子由下节电容器 电容器单元瓷套的侧壁引出,低压端子即下节 单元的底板上引出; 电容器单元的底板,因此电容分压器通过支持绝缘子与电磁单元箱盖连接;3 中压变压器中压变压器实际是一个相对地连接的单相电压互感器; a 按中间电压和二次负荷选择导线、匝数和铁心;按中间变压器的绝缘水平设计主绝缘和纵绝缘;中间变压器一次绕组设有补偿误差用的几个抽头调节线段;抽头线段的总匝数约为一次绕组匝数的3~%,抽头线段中,匝数最少的线段的匝数n 约为一次绕组匝数的~%;通常如图129所示有5 个抽头调节线段,n ——最少匝数线段的匝数;图129b 中压变压器铁心磁通密度为了改善CVT 的铁磁谐振特性,铁心磁通密度应尽量取低一些; 4 补偿电抗器为了使中压变压器一次回路的电感有大的调节量,补偿电抗器采用有气隙的铁心,并设有调节电感用的几个抽头调节线段;抽头线段中匝数最少的线段的匝数应能补偿相位差约±1′,约为补偿电抗器总匝数的~%;补偿电抗器总匝数应为最少匝数线段的8倍;先按上述方法选取,再在误差计算中调整;图130所示有4个抽头调节线段,C ——最少匝数线段的匝数;图1305 阻尼装置阻尼装置的用途：限制部件上可能出现的过电压；抑制持续的铁磁谐振；改善CVT 暂态响应特性;目前常采用的阻尼装置有两种：谐振型阻尼器和速饱和电抗器型阻尼器;以前采用过的电阻型阻尼器,因影响误差已很少使用;阻尼器好象一个开关,正常运行时断开,不起作用；谐振过电压时接通,有电流流过;a 谐振型阻尼器：见图131;将L 、C 并联振荡回路设计成在50Hz 下谐振,即CL ωω1=,在正常运行时振荡回路呈现高阻抗,近似开路,对误差的影响可以忽略;当CVT 发生铁磁谐振时,高频或分频信号出现,LC 谐振条件被破坏,阻尼器内流过的电流迅速增大,电阻R 上消耗很大的能量,可有效的阻尼CVT 的铁磁谐振;图131b 速饱和电抗器型阻尼器：见图132,电抗器采用方形磁化曲线特性的铁心,如图133所示的坡莫合金1J51铁心的磁化曲线;在正常运行时铁心不饱和,铁心的励磁阻抗非常大,阻尼回路近似开路,其电流对误差的影响可以忽略;当CVT 发生谐振过电压时,铁心迅速饱和,励磁电抗变的很小阻尼回路的电流很大,电阻R 上消耗很大的能量,可有效的阻尼CVT 的铁磁谐振;图132 图1336 补偿电抗的过电压保护器过电压保护器用于抑制铁磁谐振过电压的辅助装置,常用的过电压保护为氧化锌避雷器;在电容式电压互感器中,过电压保护器有两种连接方式;a 与补偿电抗器并联连接,避雷器可以限制补偿电抗器的过电压;避雷器动作后破坏了铁磁谐振的条件,有利于抑制铁磁谐振;b 连接在中压端子与地之间,限制电磁单元的过电压,对抑制铁磁谐振效果明显; 第五节 铁磁谐振电容式电压互感器等值电路是等效电容和非线性铁心电感串联的回路,而且产品设计时,在50Hz 下使回路呈现谐振状态,即)(121C C L +=ωω,所以一有激发,回路即可发生串联铁磁谐振,回路有很大的电流流过,同时二次绕组有很高的振荡过电压;铁磁谐振可以在基频下发生,也可以在高频和分频下发生,最常见的是3倍的额定频率和额定频率的31;铁磁谐振,尤其是分频谐振对CVT 危害很大,由于串联谐振出现大的过电流使铁心高度饱和,剧烈增大的励磁电流会使匝间和层间绝缘焦化,导致绝缘击穿;1 在不超过Fv ×U 1N 的任一电压下和负荷为零至额定负荷之间的任一值时,由断路器操作或者由一次或二次端子上暂态过程引起CVT 的铁磁谐振应不持续;Fv ——电容式电压互感器额定电压因数;2 铁磁谐振的暂态振荡震荡引起的瞬时误差：式中：F Λε——最大瞬时误差2ΛU ——在时间T F 之后的二次电压峰值 U 1——一次电压方均根值 K N ——额定电压比 T F ——铁磁谐振时间时间T F 之后的最大瞬时误差F Λε要求见下表：2、出厂试验时,只在两个电压——和或下各进行3次; 铁磁谐振详细的理论分析另有介绍; 第六节 暂态响应特性1 暂态响应是指在暂态条件下,与高压端子电压波形相比,所测得的二次电压波形的保真度;仅适用于保护用电容式电压互感器;当系统发生对地短路故障时,电压互感器二次绕组应能立即反映一次电压的变化情况,以保证继电保护装置正确动作;对于110kV 及以上的电压互感器开口三角绕组作提供接地保护零序信号用,所以要求有良好的暂态特性;暂态响应特性还对快速距离保护继电器动作有影响;当电容式电压互感器高压端子发生对地短路时,二次电压要经过一定的时间才能衰减到零;衰减过程实际上是互感器内部电磁能量的释放过程;由于电容式电压互感器是由电容、电感组成的回路,随回路参数不同,一次短路后二次电压呈周期振荡衰减或非周期性指数衰减;电容式电压互感器暂态特性还与一次电压的幅值、短路瞬间的相位、二次负荷及功率因数等有关;暂态响应特性为一次短路后规定时间Ts 时的二次电压)(2t U 对一次短路前的二次电压峰值√2U 2之比值;一次电压)(11t U U =短路后的二次电压)(22t U U =可用图134表示; 2 暂态响应要求在高压端子A 与接地的低压端子N 之间的电源短路后,电容式电压互感器的二次电压,应在规定的时间Ts 内衰减到相对于短路前峰值电压的某一规定值; 3 标准的暂态响应级暂态响应特性为一次短路后规定时间Ts 时的二次电压)(2t U 对一次短路前的二次电压2.对于某一规定的级,二次电压U 2t 的暂态响应可能是非周期性或周期性衰减,可采用可靠的阻尼装置;3对于电容式电压互感器3PT3和6PT3暂态响应级需采用阻尼装置;设电容分压器 1C 和2C 的阻抗为： 1111c j R Z c c ω+= ； 2221c j R Z c c ω+= , 式中：1c R 和2c R 分别是1C 和2C 有功损耗的等效电阻;根据图124电路可以写出：解上列方程得出： 如忽略1c R 及2c R , 式中：cc c c K C C C Z Z Z 1211212=+=+c K ——电容式电压互感器的分压比 c Z ——电容分压器的容抗 ,cj Z c ω1=, 21C C C +=I ——流过电磁单元一次侧的电流 所以 ：由上式可看出,当分压比一定时,因CX Z c c ω1==数值很大,c U 及2U 将随负荷电流的变化而剧烈变化,在标准规定的负荷变化范围内无法保证误差要求;所以必须在中压回路中串联一个电抗器,以补偿电容的电抗,使L X ≈c X ,式中L X 是补偿电抗器的感抗;。