电压电流互感器培训教材

互感器

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一 . 互感器的作用： 1. 2. 3. 4.

与电气仪表和继电保护及自动装置配合测量电力系统高电压回路的电流、电压、电能等参数；

隔离高电压，保障工作人员与设备安全； 互感器二次测额定值统一，有利于二次设备标准化。 有利于使用低压、低截面电缆完成测量保护功能

二 . 互感器的分类： 1. 2. 3. 4.

从测量内容分为电流互感器和电压互感器； 使用环境分为户内型和户外型； 使用对象分为仪表用和保护用；

其它分类：绝缘、结构、原理等方面的分类。

电压互感器

目前，在电力系统中广泛采用的电压互感器， 按其工作原理可分为电磁式和电容式两种

一. 电磁式电压互感器：

1. 电磁式电压互感器工作原理：

电磁式电压互感器的工作原理和变压器相 同，分析过程与电磁式电流互感器相似。其 原理电路和相量图如图所示，其特点是：

（1）一次绕组与被测电路并联， 二次绕组与 测量仪表和保护装置的电压线圈并联；

（2）容量很小，类似一台小容量变压器，但 结构上要求有较高的安全系数；

（3）二次侧负荷比较恒定， 测量仪表和保护 装置的电压线圈阻抗很大，正常情况下，电 压互感器近于开路（空载）状态运行。

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2. 电压互感器的误差：

由于电压互感器存在励磁电流和内阻抗， 使折算到一次侧的二次电压与一次电压在数值和相位上都有差异，即测量结果有两种误差—电压误差和相位差。

（1） 电压误差 fu：为二次电压测量值 U2 乘上额定互感比 KU 所得的一次

电压近似值与一次电压实际值 U1 之差相对于 I1 的百分数。 （2） 相位差 δ u：为旋转 180°的二次电压相量－ U2 与一次电压相量 U1 之

间的夹角。由于角度很小，所以用“分”表示。

（3） 影响误差的运行工况是一次电压

U1、二次负荷 I2 和功率因数 COSφ 2，

当 I2 增加时， fu 线性增大 , δu 也相应变化（一般也线性增大） 。fu 能引起所有测量仪表和继电器产生误差 , δu 只对功率型测量仪表和继电器及反映相位的保护装置有影响。

3.

电压互感器的分类：

（1）按安装地点分：①户内式，多为 35kV 及以下；②户外式，多为 35kV 以上。

（2）按相数分：①单相式，可制成任意电压级；②三相式，一般只有 20kV 以下电压级。

（3）按绕组数分：①双绕组式，只有 35kV 及以下电压级；②三绕组式，任意电压级均有。它除供给测量仪表和继电器的二次绕组外，还有一个辅助绕组

（或称剩余电压绕组），用来接入监视电网绝缘的仪表和保护接地继电器。（4）按绝缘分：①干式，只适用于 6kV 以下空气干燥的户内；②浇注式，适用于 3~35kV 户内； ③油浸式， 又分普通式和串级式， 3~35kV 均制成普通式， 110kV 及以上则制成串级式；④气体式，用 SF6 绝缘。

所谓普通式就是二次绕组与一次绕组完全相互耦合，与普通变压器一

样。

所谓串级式就是，一次绕组由匝数相等的几个绕组元件串联而成，最下面一个元件接地，二次绕组只与最下面一个元件耦合。

4. 电压互感器型式很多，在结构上主要由一次绕组、二次绕组、铁芯、绝

缘、支持件等几个部分组成。 举例如下：左 为 JCC－ 220 型串级式电压互感器的原理接线图，右图为其外形图。互感器的铁芯和绕组装在充满油的瓷箱中。一次绕组 2 由匝数相等的四个元件组成，分别套在两个铁芯的上、下铁柱上，并按磁通相加方向顺序串联，接于相与

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地之间，每个铁芯上的绕组的中点与铁芯相连；二次绕组 5 绕在末级铁芯的下铁柱上。当二次绕组开路时，各级铁芯的磁通相同，一次绕组的

电位分布均匀，每个绕组元件的边缘线匝对铁芯的电位差都是 Uph/4（Uph为相电压）；当二次绕组接通负荷时， 由于负荷电流的去磁作用， 使末级铁芯的磁通小于前级铁芯的磁通，从而使各元件的感抗不等，电压分布不均匀，准确度下降。为避免这一现象，在两铁芯相邻的铁芯柱上，绕

有匝数相等的连耦绕组 4（绕向相同 ,反向对接）。这样，当每个铁芯的磁通不等时，连耦绕组中出现电势差，从而出现电流，使磁通较小的铁芯增磁，磁通较大的铁芯去磁，达到各级铁芯的磁通大致相等和各绕组元件电压分布均匀的目的。因此，这种串级式结构，其每个绕组元件对铁芯的绝缘只需按 /4 设计，比普通式（需按设计）大大节约绝缘材料和降

低造价。在同一铁芯的上、下柱上还有平衡绕组 3（绕向相同，反向对接），借平衡绕组内的电流，使两柱上的安匝分别平衡。

二 . 电容式电压互感器：

1. 电容式电压互感器工作原理：

（1）电容式电压互感器采用电容分压原理，如图（ a）所示。在被测电网的相和地之间接有主电容 C1 和分压电容 C2，U1 为电网相电压， Z2 表示仪表、继电器等电压线圈负荷。 C2 上的电压为由于 U2 与 U1 成比例，故可用 U2 代表 U1，即可测出相对地电压。

（ 2）等效含源一端口网络图（ a）的等效含源一端口网络如图（ b）所示。其中电源内阻抗为 Zi ＝1/j ω(C1+C2),当有负荷电流流过时，将在 Zi 上产生电压降，使 U2 与 U1*C1/(C1+C2) 在数值和相位上都有误差， 负荷电流越大，误差越大。 （3）减小误差的措施 为了减小 Zi ，从而减少误差，可在 A 、B 回路中串联一补偿电抗 L ；减小分压器的输出电流，也可减小误差，故将测量仪表经中间电磁式 TV 与分压器相连接。如图（ c）所示。

2. 电容式电压互感器基本结构：

电容式电压互感器基本结构原理如 图所示。除上述分析外，在基本结 构中尚考虑到其他因素。

（1）当互感器二次侧发生短路时， 由于 回 路 中电 阻 r 和 剩余 电 抗

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（X L-X C）均很小，短路电流可达额定电流的几十倍，此电流在补偿电抗 L 和电容 C2 上产生很高的谐振过电压，为了防止过电压引起绝缘击穿，在电 容 C2 两端并联放电间隙 。 （2）在二次侧并联电容 Ck，使互感器空载时 C2 上的电压略低于额定电压，而带有负荷时略高于额定电压。此外， Ck 还具有补偿互感器励磁电流和负荷电流中电感分量的作用，从而可减小误差。

（3）当受到二次侧短路或断开等冲击时， 由于非线性电抗 （TV 的一次绕组）的饱和，可能激发产生谐波（常见的是 1/3 次谐波）铁磁谐振过电压和大电流，对互感器、仪表和继电器将造成危害，并可能导致保护装置误动作（电

压互感器开口三角形会出现零序电压） 。为了抑制次谐波的产生，常在互感器二次侧设阻尼电阻 rd，rd 有经常接入和谐振时自动接人两种方式。在 500~750kV 级的电容式互感器中，采用谐振阻尼器，它由一只电感和一只电容并联而后与一只阻尼电阻串联构成。

（ 4）载波耦合装置接在图中开关的两端，它是一种能接收载波信号

的线路元件，其阻抗在工频电压下很小，可以忽略；若不接载波耦合装置，该开关合上。

3. 电容式电压互感器的误差：

电容式电压互感器的误差由空载误差 f0、δ0，负载误差 fl 、δ l 和阻尼器负载电流产生的误差 fd、δ d 等几部分组成。对采用谐振时自动投入阻尼器者，其 fd、 δd 可略而不计。

电容式电压互感器的误差除受一次电压、二次负荷和功率因数的影响外，还与电源频率有关，实际频率与额定频率相差愈大，误差愈大。电容式电压互感器由于结构简单、质量轻、体积小、占地少、成本低，且电压愈高效果愈显著，另外，分压电容还可兼作载波通讯的耦合电容，因此广泛应用于 110～500kV 中性点直接接地系统。

4. 产品类型：

电容式电压互感器有三种结构类型：单柱叠装型、全封闭型（适用于 及分装型。

（1）单柱叠装型。右图为 TYD220 系列单柱叠装型电容

式电压互感器结构图。 电容分 压器由上、下节串联组合而

成，装在瓷套 1 内，2、3－上 下节电容分压器， 瓷套中充满 绝缘油；电磁单元装置 4 由装

在同一油箱中的中压互感器、 补偿电抗器、 保护间隙、阻尼 器组成，其中阻尼器由多只釉 质线绕电阻并联而成， 油箱同 时作为互感器的底座； 二次出 线盒 5 在电磁单元装置侧面， 盒内有二次端子接线板及接 线标牌。 左图为法国生产的

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GIS）

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CCV 系列叠装型电容式电压互感器结构图。 电容器 1 的每一电容元件由高纯 度纤维纸和铝膜卷制而成，经真空、加热、干燥，而后装入瓷套 2 内，浸入绝缘油 3 中。互感器最上部有一由铝合金制成的帽盖， 上有阻波器的安装孔，圆柱状（或扁板状）电压连接端也直接安置于帽盖的顶部；帽盖内含有一个

腰鼓形膨胀膜盒 5（与外界隔绝），用于补偿随温度变化而改变的油的容积；侧面的油位指示器可观察油面的变化。图中： 1－电容器； 2－瓷套外壳； 3 －高介电强度的绝缘油； 4－密封设施； 5－膜盒； 6－密封金属箱； 7－阻尼器； 8－二次接线盒

（ 2）全封闭型。全封闭型电容式电压互感器与单柱叠装型类似，其电容分压器装在充有气体的金属封闭结构内，并叠装在电磁单元的油箱上。 （ 3）分装型。右图为 TYD220 系列分装型电容式电压互感器结构图。

与叠装型不同的是，电容分压器、电磁装置及阻尼电阻器装置分开安装，前两者装于户外，后者装在散热良好的金属外壳内并装于户内。

图中： 1－瓷套及电容分压器； 2－中压互感器及补偿电抗器

5.

三 . 电压互感器的运行规定：

1. 互感器的技术参数： （1）变比及额定电压

Ku

U

1N

U 2 N

U

1N

、U 2N分别为一二次额定电压

大接地系统中一次额定电压为系统额定相电压，二次额定电压

100/ 3

（2） 误差

变比误差 U 为测得的二次电压 U2 并归算到一次测的电压

KU*U2 与一次电压实际值之差对一次实际值的百分比

角误差为二次电压线路旋转 180 读与一次电压相量之间的角度，规定超前一次电压为正

（3） 等级和容量

0.5 级 150VA ， 规定一误差数额表示互感器等级，等级限定了容量。例如

即负载不大于 150VA 时可保证误差不大于 0.5％ （4） 组别和极性：

互感器一般为 Y0-Y0/12 点连接，其它还有 V-V 连接， Y-Y0 连接及 YN,YN,D 开口连接 （5）

2. 运行规定：

（ 1）在额定容量下允许长期运行， 60KV 及以下电压互感器， 其一次侧

都应装熔断器，以免互感器出现事故扩大。 110KV 及以上一次测一般不装熔断器，因为这一类互感器采用单相串级

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（ 2） （ 3） （ 4）

式，绝缘强度高，发生事故的可能性比较小，同时熔断器的断流容量亦很难满足要求。在互感器的二次测应装设熔断器或低压断路器（空气开关） ，当电压互感器二次回路发生故障时，使之能快速切断，以保证电压互感器不受损坏及不造成保护误动。运行中不得造成二次侧短路。

电压互感器运行电压不超过其额定电压的 110％

电压互感器本体及底座工作时，不仅要把一次测断开，而且 二次测有明显断开点。以防反充电。

油浸式电压互感器应装设油位计和呼吸器，以监视油位及减

少空气中水分和杂质的影响，新装的 110 及以上油浸式压变，都应采用全密封式或微正压的金属膨胀器。

（ 5）高压侧熔断器的额定电流置一般为 0.5A ，断流容量应足够；二次

熔丝的额定电流应大于负荷电流的 1.5 倍

四 . 电压互感器的巡视检查：

1. 2. 3. 4.

电压互感器瓷瓶是否清洁、完整，有无损坏及裂纹 引线接头无过热现象，引线无断股、散股现象； 外壳无锈蚀；

油位油色应正常，无渗漏油，硅胶变色不应超过1/2；

5. 金属膨胀器的油面高度指示线与温度标示线基本相符； 6. 电压互感器的二次侧和外壳接地是否完好； 7. 无异臭味，无放电声及电磁振动声；

8. 压变的消谐器和开口三角绕组上防止铁磁谐振的消谐器完好； 9. 压变高压熔丝完好；

10. 电压互感器端子箱清洁未受潮，箱内无异常。 11. 二次回路电缆及导线无腐蚀损伤现象

五 . 电压互感器的故障分析及处理：

1. 异常响声：若系统出现谐振或单相接地故障，互感器会出现较高的“哼

哼”声。如其内部出现噼啪声或其它噪声，则说明内部故障，应立即停用故障电压互感器。

2. 高压熔断器接连熔断 2～3 次

3. 内部过热产生高温，造成油位上升、漏油

4. 有臭味或冒烟，说明连接部位松动或互感器高压侧绝缘损伤 5. 放电声，绕组内部绝缘损坏或连接部位接触不良

6. 密封件老化引起漏油，应用断路器切断故障互感器，禁止使用隔离开关

或取下高压熔丝的方法停用故障互感器 7. 二次熔丝熔断或空气开关跳闸时，应注意继电保护的动作情况，可试送

一次必要时退出保护，查明原因。

六. 电流互感器的原理与结构：

1. 工作原理电力系统广泛采用电磁式电流互感器，其工作原理与变压器相似，

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原理电路、等值电路、相量图如图所示。其特点是： （1）一次绕组与被测电路串联， 匝数很少， 流过的电流是被测电路的负荷电流，与二次侧 电流 无关（这点与变压器不同） ；

（2）二次绕组与测量仪表和保护装置的电 流线圈串联，匝数通常是一次绕组的很多倍；

（3）测量仪表和保护装置的电流线圈阻抗 很小，正常情况下，电流互感器近于短路状态 运行（这点也与变压器不同） 。

φ2 为二次负荷功率因数角， α为二次总

阻抗角， ψ为铁芯损耗角。 2. 误差

（ 1）由于电流互感器本身存在励磁损耗和磁饱和等影响，使一次电流 ?1 与折算到一次侧的二次电流－ ki?2 在数值上和相位上都有差异，即测量结果有两种误差—电流误差和相位差。

（ 2）电流误差 fi ：为二次电流的测量值乘上额定互感比所得的一次电流近似值 kiI2 与一次电流实际值 I1 之差相对于 I1 的百分数。由相量图可推导得

（ 3）相位差 δi：为旋转 180?的二次电流相量－ ?2 与一次电流相量 ?1 之间的夹角。由于很小，所以用“分”表示 (每弧度 =180× 60/π =3440 分)。

（ 4）电流误差能引起所有测量仪表和继电器产生误差 , 相位差只对功率型测量仪表和继电器（例如功率表、电度表、功率型继电器等）及反映相位的保护装置有影响。

3. 运行工况对误差的影响 （ 1）一次电流 I1 的影响 正常运行中，电流互感器在额定一次电流附近运行 时，误差最小；当 I1 减小或增加时， |fi| 和|δi|都增加。发生短路时， |fi| 和|δi|都 大大增加。 （ 2）二次负荷阻抗 Z2l 及其功率因数 cosφ 2 的影响

误差与二次负荷阻抗

Z2l 成正比，当 Z2l 增加时（ cosφ2 不变），|fi| 和 |δi|均增加。当 cos φ2 下降时， φ 2 增大， α增大， |fi|增大，而 |δi|减小；反之， cosφ 上升时， φ2 减小， α2 减 小，而 |δi|增大。 （ 3） 4. 二次绕组开路的影响。

运行中的电流互感器，由于二次侧回路接触不良、断线、将二次回路的仪表、继 电器断开时未预先用导线或专用短路压板将二次绕组的端子短接等原因， 都将二次绕组开路。这时，Z2l＝∞，I2=0，I0N1＝I1N1 。励磁磁势由 I0N1 骤增为 I1N1 ，铁芯的磁通 Φ及磁感应强度 B 都相应增大，因而产生各种不良影响。

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（ 1）由于铁芯饱和的影响，磁通波形畸变为梯形波，而二次绕组感应电势 e2 与磁通的变化率 dφ/dt 成正比，因此在 φ 过零（dφ/dt 很大）时，二次绕组感应出很高的尖顶波电势， 其峰值可达数千甚至上万伏， 对工作人员安全及仪表、 继电器、连接导线和电缆的绝缘都有危害。

（ 2）由于磁感应强度 B 骤增，使铁芯损耗大大增加，引起铁芯和绕组过热，互感器损坏。

（ 3）铁芯中会产生剩磁，使互感器特性变坏，误差增大。

因此，当电流互感器一次绕组有电流时，二次绕组不允许开路。 5. 分类：

（ 1）按装设地点可分为：户内式和户外式。

（ 2）按安装方式可分为： 穿墙式、支持式（或称支柱式）、装入式（称为套管式）。 （ 3）按一次绕组匝数可分为：单匝式和复匝式（或称多匝式） 。

（ 4）按绝缘可分为：干式、浇注式（用环氧树脂作绝缘 ）、油浸式（瓷绝缘）、气体式（用 SF6 气体绝缘）。 6. 结构

电流互感器型式很多， 在结构上主要包括一次绕组、 二次绕组、铁芯、绝缘、支持件等几个部分。单匝和复匝式电流互感器结构示意图如下图所示。

在同一回路中， 往往需要很多电流互感器供给测量和保护用， 为了节约材料

和投资，高压电流互感器常由多个没有磁联系的铁芯和二次绕组与共同的一

次绕组组成同一电流比、多二次绕组的结构，如图（ c）所示。对于 110kV 及以 上的电流互感器，为了适应一次电流的变化和减少产品规 格，常将一次绕组分成几组，通过切换来改变绕组的串、 并联，以获得 2~3 种互感比。

1）右图为 LCLWD3 －220 户外瓷箱式电容型绝缘 U 字

型绕组电流互感器结构。其一次绕组 5 呈“ U”型，一次绕组绝缘采用电容均压结构，用高压电缆纸包扎而成。绝缘 共分 10 层，层间有电容屏（金属箔） ，外屏接地，形成圆筒式电容串联结构。有 4 个环形铁芯及二次绕组，分布在 “ U”型下部的两侧，二次绕组为漆包圆铜线，铁芯为优质冷轧晶粒取向硅钢板卷成。由于这类电流互感器具有用油量少、瓷套直径小、质量轻、电场分布均匀、绝缘利用率

高和便于实现机械化包扎等优点，在 110kV 及以上电压级中得到广泛的应用。图中： 1－油箱； 2－二次接线盒； 3－环形铁芯及二次绕组； 4－压圈式卡接装置； 5－U 宇型一次绕组； 6－瓷套； 7－均压护罩； 8－贮油柜； 9－一次绕组切换装置； 10－一次出线端子； 11－呼吸器

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2）SF6 气体绝缘的电流互感器，有 SAS、LVQB 等系列，电压 110kV 及以上。下图为 LVQB — 220 型电流互感器外形。 它由驱壳、器身

（一、二次绕组）、瓷套和底座组成，并采用倒置式——器身固定在驱壳内， 置于顶部。 二次绕组用绝缘件固定在驱壳上，一、二次绕组间用 SF6 气体绝缘。驱壳上方有压力释放装置，底座有 SF6 压力表、密度继电器和充气阀、二次接线盒。 7. 电流互感器的接线方式：

（ 1）单相接线 单相接线如图（ a）所示，这种接线用于三相对称负荷的一相电流测量，也用于保护回路的单相接线，例如一次系统星形中性线上的单相接线，当一次系统负荷不平衡或出现短路故障时， 可反映流过星形中性点的零序电流。 （ 2）星形接线 星形接线如图（ b）所示，这种接线用于发电机、变压器及输电线路测量和保护回路。装在二次回路各

相上的电流装置可反映各相的电流值； 装在公共线上的电流装置可反映零序电流值。

（ 3）不完全星形接线 不完全星形接线如图（c）所示，这种接线通常用于 6~10kV 厂用电动机、 35kV 及以下线路、 厂用变压器及厂用母线进线的测量和保护回路。 不仅可用接于二次两相上的电流装置反映出该两相（ U、W 相）的电流值，还可用接于公共导线上的电流装置反映第三相 （V 相）的电流值，故可用于三相对称或不对称系统。

另外，还有：两相差电流接线，输出两相二次电流差值，通常用于 6~10kV 厂用电动机保护回路； 三角形接线， 也是输出两相二次电流差值， 主要用于发电机、变压器及输电线路测量和保护回路。 8.

七. 电流互感器的运行规定：

1. 技术参数：

（1） 额定电压：指一次绕组所接线路的线电压，表示一次绕组对二次绕组

的绝缘水平，与容量无关

（2） 额定一次电流和二次电流：

二次电流一般为 5A 或 1A，一次电流是决定互感器误差和温升的一个参数，他取决与系统的一次电流

（3） 额定电流比：指额定一次电流和二次电流之比

（4） 额定负荷：指确定互感器准确度级所依据的二次负荷

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（5） 误差限值和准确级： 在一定负荷下一次电流为额定电流时的最大允许

误差称为误差限值，其值的百分数不大于准确级

（6） 10％倍数在额定负荷（功率因数为 0.8）电流互感器误差为 -10％时的

一次电流对额定一次电流的倍数称为 10％倍数。

（7） 热稳定电流与动稳定电流

2. 运行规定：

（1） 负荷电流不超过额定值的 110％（式流变），120％套管式流变； （2） 运行中不允许造成开路

（3） 为监视油位和使绝缘油免受空气中水分和杂质的影响， 需装设金属膨

胀器

（4） 电流互感器的每个二次绕组至少应有一个端子可靠接地， 它属于保护接

地。对电流差动保护等每套保护只允许有一个接地点，接地点一般设在保护屏上

（5）

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