淺析電磁式電壓互感器原理及測試方法

趙豐

摘要：目前測量電壓互感器介損的試驗方法有很多，而試驗方法的不同對測量結果的影響也各不相同。文章介紹了電磁式電壓互感器的概念、原理、特點及用途，重點對油式分級絕緣電壓互感器介損測量中末端屏蔽法和末端加壓法等常用的試驗接線進行原理分析，并通過試驗對比、理論分析，最終得出合理的試驗接線

方法。

關鍵詞：電壓互感器；電磁式；介損；測試方法

中圖分類號：TM451 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）06-0091-03

介損測量作為電磁式電壓互感器絕緣預防實驗的主要內容之一，在現場實驗測量中有著很高的靈敏度，不僅能夠及時發現電壓互感器絕緣受潮，還能有效發現繞組上油脂劣化和嚴重缺陷等。在現場測試過程中，由于實驗條件和設備結構的限制，其實驗方法也有很多種，而最為常用的實驗測量方法包括常規短路法，末端屏蔽法和末端加壓法。本章結合電磁式電壓互感器特點，從三種不同實驗接線方法進行原理分析，選擇出現場情況最為合適的實驗接線方法。

1 電磁式電壓互感器介紹

1.1 原理與特點

電壓互感器從結構上來說是一種容量小、體積小及大電壓比的降壓變壓器，它能將電網的高電轉化成低電壓，以起到方便監測和測量的作用。其基本原理是和變壓器相同的，既由一次和二次繞組、引出線、鐵心及絕緣部件等構成。目前，我國南方電網中運用的電壓互感器主要有電磁式和電容式兩種類型，電磁式電壓互感器是通過電磁感應按照一定的比例將一次電壓轉變成二次電壓且不會改變一次電壓其他電氣元件的電壓互感器。

特點：電磁式互感器是把一次繞組直接并聯在一次回路中，一次回路上的電壓決定著一次繞組上的電壓；二次繞組和一次繞組也是通過磁耦合完成無電耦合的。二次繞組多用于儀器、儀表及保護裝置，由于負載小且是恒定的，因此可將電壓互感器的一次側看做一個電壓源，幾乎不會受到二次負載的影響。在正常運行的時候，電壓互感器的二次側負載很小，處于一種開路狀態，此時的二次電壓基本上就是二次側感應電壓的動勢，取決于一次系統電壓。

1.2 分類與用途

電磁式電壓互感器有多種分類方式，根據相數的不同分為單項和三相兩種；根據絕緣介質來分可分為干式和油式；根據繞組來分可分為雙繞組、三繞組和四繞組三種，在運行當中，按其承受電壓的不同，又可分為半絕緣式與全絕緣式電壓互感器等。

用途：可與電氣儀表、繼電保護和自動裝置配合測量高電壓回路的電壓參數，起到隔離高壓，保證人員與設備的安全的作用；互感器二次側統一的取量，有利于二次設備標準化。另外，電磁式電壓互感器是我國電網中最主要的電壓互感器，是電力輸送方面的重要設備，一方面便于監測電網的運行狀態；另一方面也可以為續電保護的正確操作提供參考量。

2 分級絕緣方式電磁式電壓互感器的介損測量試驗

2.1 常規短路法（正接法）

2.1.1 實驗原理分析。

圖1表明：一次繞組（AX）對二次繞組（a1x1）和二次輔助繞組（a2x2）電容電流是經CX構成回路的，實驗中可以檢測出電流的信號，但AX對外殼上的電流卻無法進行檢測。因此，這種接線方法只能反映一次繞組對二次和二次輔助繞組的絕緣，卻無法反映出一次繞組對外殼（支架）的絕緣，等值電路見圖2：

圖1 正接線介損測量示意圖

圖2 測量絕緣等值示意圖（正接線）

2.1.2 影響因素。

實驗電壓：由于受到X端的低壓小套管絕緣的影響，實驗電壓通常為2kV，在整個實驗過程中電流偏低。但采用這種短接的方法進行加壓，X端的電壓能夠達到2kV，對考驗X端與二次繞組及二次輔助繞組之間的絕緣非常有效。

端子板和小套管：由于X與a之間的電壓較高，如若端子板和小套管表面絕緣很差的話，在其表面就會有很大電流流入實驗儀器的檢測回路中，這樣會導致介損的測量值偏大。

2.2 常規短路發（反接法）

2.2.1 實驗原理分析。從圖3可以看出，一次繞組（AX）對二次繞組（a1x1）、二次輔助繞組（a2x2）及外殼上的電容電流構成的回路均是通過信號端CX來完成，實驗中能夠檢測出信號電流。因此，這種接線能準確反映一次繞組對二次繞組、二次輔助繞組及外殼的整體絕緣情況，等值電路見圖4：

圖3 反接線介損測量示意圖

圖4 測量絕緣等值示意圖（反接線）

2.2.2 影響因素。這種接線方式由于X和a之間的電壓等同于實驗電壓，端子板和小套管表面存在較大的泄露電流，此時的介損測量值要大于短路正接法的值。這種情況很容易超過規程定值，因此，此結果對繞組間的絕緣無法做出正確的判斷。

2.3 末端屏蔽法

介損因數的測量采用末端屏蔽法，其接線方式有多種，其中正接法在現場實驗中的靈敏度很高，能夠及時發現互感器絕緣油脂劣化、受潮、繞組發生局部缺陷和油垢嚴重等問題。受到實驗條件的限制，現主要對現場測量中采用末端屏蔽法正接線進行討論。

2.3.1 實驗原理分析

如圖5所示，實驗接線采用的是自感應耐壓類型的實驗接線，等同于正接法測量。由于靜電屏和X端連接并接地，其電位強度是零，因此對支架、端子板和小套管表面泄露電流起到了很好的屏蔽，但只反應了一次繞組AX、二次繞組（a1x1）及二次輔助繞組（a2x2）之間的介損。

圖5 測量介損示意圖（末端屏蔽法）

2.3.2 影響因素

此種接線方法的實驗電壓是10KV，但由于此種電壓互感器的二次繞組、二次輔助繞組僅僅與一次繞組的部分繞組發生磁耦合，因此，真實的耦合實驗電壓對110KV的設備應為二分之一的實驗電壓，也就是5KV，實驗中反應出一次繞組AX、二次（a1x1）及二次輔助繞組（a2x2）間介損不僅靈敏度低，且電容量偏小。由于A端受到較強的電磁場干擾，使得此種測量方法抗干擾能力極差，見圖6：endprint

圖6 電位分布示意圖

2.4 末端加壓法

2.4.1 實驗原理分析

如圖7所示，末端加壓法的實驗接線相當于自感應法和正接線測量方法，實驗電壓約為2.5KV，此時的實驗高壓加于X端，既互感器絕緣極易受到破壞的位置。因此，對考驗一次繞組AX、二次繞組（a1x1）及二次輔助繞組（a2x2）之間的絕緣不僅有效且靈敏度高，但此種方法對支架介損卻無法反映出來。

圖7 測量介損示意圖（末端加壓法）

2.4.2 影響因素

此種接線方法由于A端接地，屬于零電位強度，因此，抗干擾效果很好。但此時的X端帶有高電位，端子板和小套管表面的絕緣狀況對介損值的測量結果影響很大，時常造成實驗人員對繞組間絕緣測試進行判斷時出現錯誤。

3 結論與總結

以上幾種不同的接線方法都能測量出電磁式電壓互感器的介損，但又具備各自的優勢與缺點，因此，在實際的應用中，選取接線時可參考以下內容：

（1）在臟污少、濕度小、二次端小套管與端子板表面絕緣良好的情況下，可選擇短接法的反接方式，進行互感器的整體絕緣情況的判斷。如果不考慮支架上的絕緣，只想進行繞組間的絕緣判斷，可選擇短接法的正接方式來測量。

（2）如果二次端小套管和端子板表面絕緣臟污多、濕度大，可選用末端屏蔽法接線進行繞組間絕緣的判斷。

（3）如果進行以上兩種方法測出的結果合格，仍然對繞組間絕緣狀況心存疑慮或現場出現較大的電磁干擾時，可選擇用末端加壓法進行補充測量。

（4）由于二次輔助繞組a2x2位于電壓互感器絕緣的最外層，是最易出現缺陷和受潮的部位，因此，采取圖8所示的接線方法測量要比末端屏蔽方法實測的效果要好。由于都是自感應耐壓試驗，對二次繞組和二次輔助繞組接線時要注意不能將其首位端進行短接，正確的方法是將二次繞組及二次輔助繞組尾端的X1和X2一起短接之后再接入測試儀器中。

圖8 末端加壓法測量AX-a2x2介損示意圖

綜上所述，介損實驗是用來檢測電壓互感器絕緣受潮和老化的重要項目，不同的接線方式和環境因素對實驗結果的影響很大。進行現場測試時，要采用正確的方式并排除周圍環境影響因素，對實驗結果進行規程對比。此后，還要對實驗數據要進行綜合分析與判斷，必要時可進行分解實驗。對電壓互感器內部的缺陷需要依靠多種手段結合設備運行狀態、檢修情況和各項電氣實驗的結果進行綜合判斷，最終用最合理的接線方法來確定缺陷的部位和類別。

參考文獻

[1] 張偉.配電變壓器預防性試驗接線分析[J].安徽

水利水電職業技術學院學報，2011，（4）.

[2] 韓愛芝.一臺110kV變壓器故障原因分析及處理

[J].變壓器，2010，（9）.

[3] 李建明，朱康.高壓電氣設備試驗方法[M].北

京：中國電力出版社，2010.

[4] 朱華.變壓器介質損耗因素的測量與分析[J].大

眾用電，2011.

[5] 張曉惠.電氣試驗[M].北京：中國電力出版社，

2010.endprint

圖6 電位分布示意圖

2.4 末端加壓法

2.4.1 實驗原理分析

如圖7所示，末端加壓法的實驗接線相當于自感應法和正接線測量方法，實驗電壓約為2.5KV，此時的實驗高壓加于X端，既互感器絕緣極易受到破壞的位置。因此，對考驗一次繞組AX、二次繞組（a1x1）及二次輔助繞組（a2x2）之間的絕緣不僅有效且靈敏度高，但此種方法對支架介損卻無法反映出來。

圖7 測量介損示意圖（末端加壓法）

2.4.2 影響因素

此種接線方法由于A端接地，屬于零電位強度，因此，抗干擾效果很好。但此時的X端帶有高電位，端子板和小套管表面的絕緣狀況對介損值的測量結果影響很大，時常造成實驗人員對繞組間絕緣測試進行判斷時出現錯誤。

3 結論與總結

以上幾種不同的接線方法都能測量出電磁式電壓互感器的介損，但又具備各自的優勢與缺點，因此，在實際的應用中，選取接線時可參考以下內容：

（1）在臟污少、濕度小、二次端小套管與端子板表面絕緣良好的情況下，可選擇短接法的反接方式，進行互感器的整體絕緣情況的判斷。如果不考慮支架上的絕緣，只想進行繞組間的絕緣判斷，可選擇短接法的正接方式來測量。

（2）如果二次端小套管和端子板表面絕緣臟污多、濕度大，可選用末端屏蔽法接線進行繞組間絕緣的判斷。

（3）如果進行以上兩種方法測出的結果合格，仍然對繞組間絕緣狀況心存疑慮或現場出現較大的電磁干擾時，可選擇用末端加壓法進行補充測量。

（4）由于二次輔助繞組a2x2位于電壓互感器絕緣的最外層，是最易出現缺陷和受潮的部位，因此，采取圖8所示的接線方法測量要比末端屏蔽方法實測的效果要好。由于都是自感應耐壓試驗，對二次繞組和二次輔助繞組接線時要注意不能將其首位端進行短接，正確的方法是將二次繞組及二次輔助繞組尾端的X1和X2一起短接之后再接入測試儀器中。

圖8 末端加壓法測量AX-a2x2介損示意圖

綜上所述，介損實驗是用來檢測電壓互感器絕緣受潮和老化的重要項目，不同的接線方式和環境因素對實驗結果的影響很大。進行現場測試時，要采用正確的方式并排除周圍環境影響因素，對實驗結果進行規程對比。此后，還要對實驗數據要進行綜合分析與判斷，必要時可進行分解實驗。對電壓互感器內部的缺陷需要依靠多種手段結合設備運行狀態、檢修情況和各項電氣實驗的結果進行綜合判斷，最終用最合理的接線方法來確定缺陷的部位和類別。

參考文獻

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[5] 張曉惠.電氣試驗[M].北京：中國電力出版社，

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圖6 電位分布示意圖

2.4 末端加壓法

2.4.1 實驗原理分析

如圖7所示，末端加壓法的實驗接線相當于自感應法和正接線測量方法，實驗電壓約為2.5KV，此時的實驗高壓加于X端，既互感器絕緣極易受到破壞的位置。因此，對考驗一次繞組AX、二次繞組（a1x1）及二次輔助繞組（a2x2）之間的絕緣不僅有效且靈敏度高，但此種方法對支架介損卻無法反映出來。

圖7 測量介損示意圖（末端加壓法）

2.4.2 影響因素

此種接線方法由于A端接地，屬于零電位強度，因此，抗干擾效果很好。但此時的X端帶有高電位，端子板和小套管表面的絕緣狀況對介損值的測量結果影響很大，時常造成實驗人員對繞組間絕緣測試進行判斷時出現錯誤。

3 結論與總結

以上幾種不同的接線方法都能測量出電磁式電壓互感器的介損，但又具備各自的優勢與缺點，因此，在實際的應用中，選取接線時可參考以下內容：

（1）在臟污少、濕度小、二次端小套管與端子板表面絕緣良好的情況下，可選擇短接法的反接方式，進行互感器的整體絕緣情況的判斷。如果不考慮支架上的絕緣，只想進行繞組間的絕緣判斷，可選擇短接法的正接方式來測量。

（2）如果二次端小套管和端子板表面絕緣臟污多、濕度大，可選用末端屏蔽法接線進行繞組間絕緣的判斷。

（3）如果進行以上兩種方法測出的結果合格，仍然對繞組間絕緣狀況心存疑慮或現場出現較大的電磁干擾時，可選擇用末端加壓法進行補充測量。

（4）由于二次輔助繞組a2x2位于電壓互感器絕緣的最外層，是最易出現缺陷和受潮的部位，因此，采取圖8所示的接線方法測量要比末端屏蔽方法實測的效果要好。由于都是自感應耐壓試驗，對二次繞組和二次輔助繞組接線時要注意不能將其首位端進行短接，正確的方法是將二次繞組及二次輔助繞組尾端的X1和X2一起短接之后再接入測試儀器中。

圖8 末端加壓法測量AX-a2x2介損示意圖

綜上所述，介損實驗是用來檢測電壓互感器絕緣受潮和老化的重要項目，不同的接線方式和環境因素對實驗結果的影響很大。進行現場測試時，要采用正確的方式并排除周圍環境影響因素，對實驗結果進行規程對比。此后，還要對實驗數據要進行綜合分析與判斷，必要時可進行分解實驗。對電壓互感器內部的缺陷需要依靠多種手段結合設備運行狀態、檢修情況和各項電氣實驗的結果進行綜合判斷，最終用最合理的接線方法來確定缺陷的部位和類別。

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[5] 張曉惠.電氣試驗[M].北京：中國電力出版社，

2010.endprint