电子式电压互感器的比较与研究
【摘要】随着数字化变电站的逐步实现，电子式互感器取代传统的互感器已经成为一种必然趋势。本文分析了传统电压互感器存在的一些问题;对目前国内外主要的电子式电压互感器作分析比较，给出了影响其测量精确性和可靠性的因素。在此基础上讨论了一种基于检测电容电流型电子式电压互感器的新方法，其具有结构简单和信号传输方便等优点。
【关键词】电压互感器;铁磁谐振;电子式电压互感器;光学电压互感器
Abstract：With rapid development of digital substation，it has become inevitable trend that electronic transformer would take the place of traditional transformer.This paper discussed defects of traditional transformer，and some major electronic voltage transformer studied abroad and home were compared with each other also，factors affected those EVT’s metering accuracy and stability were figured out.On the basis above，a new method of electronic voltage transformer based on detecting current of high voltage capacitor，was proposed.This EVT had simple structure，high measuring accuracy and convenient signal transmitting access.
Keyword：voltage transformer;ferro-resonance;electronic transformer;optical voltage transformer
引言
随着国民经济的迅速发展，电网规模不断地扩大，输电线路电压等级不断提升。传统的电压互感器为满足绝缘要求，其愈发显得体大质重，不便于运输和维护。同时，随着信息技术手段的发展，数字化微机保护装置和综合自动化设备越来越普及，数字化变电站已经不再是一个虚拟的概念。例如，我们通常规定电压互感器二次电压是57.7V或100V，这么高的电压无法与保护设备直接连接，而且微机保护装置和变电站自动化设备输入负载已经很小，不再需要大功率驱动。因此发展电子式电压互感器，既能解决与保护装置接口的问题，又能降低能源损耗，适应电力系统自动化、数字化的发展要求[1-4]。电子式互感器是未来互感器发展的方向，本文对近年来国内外电子式电压互感器的研究和开发状况作了简要的介绍和讨论。
1.传统电压互感器存在的一些问题
1.1 电磁式电压互感器
电压互感器是电网中重要的电压信号采集装置。目前，在国内、外电网中运行的电压互感器主要以电磁式电压互感器（PT）和电容式电压互感器（CVT）为主。1830年法拉第发现了电磁感应定律，1882年世界上第一台以电磁感应原理为基础的电压互感器问世。电磁式电压互感器是在电网中应用最久的、制造技
术最为成熟的电压互感器，并且拥有相当丰富的运行经验。但限于其传感原理，为满足绝缘的要求，一般体积大重量大，且存在铁磁谐振的隐患[5]。随着电网电压等级的攀升，其局限性也愈发暴露出来[6]。图1为电磁式电压互感器产生铁磁谐振的等效电路。
图1 PT铁磁谐振电路
根据等效电路有：
（1）
式中YA、YB、YC为各相对地等效导纳。当互感器铁芯饱和、电感下降时，即有可能诱发铁磁谐振。
1.2 电容式电压互感器
电容式电压互感器采用电容分压原理，将母线高电压通过串联电容器在其低压端抽取一1～2万伏的电压，再经过中间变压器降压，在二次侧得到两组或三组57.7V的相电压和一组100V的开口三角电压如图2所示。在额定工频下，补偿电抗器的电抗与中间变压器的漏抗之和与等值容抗ω（C1+C2）串联谐振，使中间变压器一次侧绕组上的压降等于分压电容器C2上的压降，可使中间变压器的输入电压稳定。与电磁式电压互感器相比，在同一电压等级下的体积和重量有了很大的降低。但由于电容器的特性决定了其动态特性较之电磁式要差[7]，同时它仍然存在铁磁谐振的隐患[8]。
图2 CVT原理图
2.电子式电压互感器分类
2.1 电阻分压型
电阻分压型电子式电压互感器采用精密电阻分压，在低压侧取一个几伏的电压信号，如图3所示。通过屏蔽导线将信号引入处理电路，再经过调相、调幅电路输出二次电压。电阻分压型电子式电压互感器采用精密电阻分压器作为传感元件，其技术成熟，结构简单，具有测量准确度高、体积小、重量轻等优点，但受电阻功率和绝缘的限制主要应用于10kV和35kV等级的电压网络。在国外，ABB、SIEMENS等公司已经研制出了电阻分压型电子式电压互感器产品并投入运行。国内一些科研单位也展开了相应的研究。
图3 电阻分压型电子式电压互感器
图4 电容分压型电子式电压互感器
电阻分压型电子式电压互感器的不足在于：①互感器对分压电阻精度要求
高，而电阻受温度影响较大，因此很难保证测量的可靠性。②电阻材料的选择及制造工艺要求高，成本高。③受电阻功率和绝缘的限制，其适用电压等级低。④由于提取的是电压信号，传输导线不能引得太长，以避免因导线压降引起的测量误差。⑤同时，因为引导线不能太长，处理电路与分压器不能距离太远，限制了此类电压互感器的使用范围。⑥虽有保护间隙，但一次侧与二次侧没有有效的电气隔离。
