电压互感器是什么？工作原理、类型、选型与应用全解析

【电压互感器】是什么？

电压互感器（Voltage Transformer，简称VT或PT）是一种用于将高电压降低为低电压，以便测量仪表和保护装置能够安全可靠地工作的电气设备。 它本质上是一个降压变压器，主要功能是将电网中的高电压按比例转换为标准的低电压信号（通常是100V或100V/3），供电压表、功率表、频率表、继电器等测量和保护设备使用，同时隔离了高压电路，保障了操作人员的安全。

电压互感器的核心作用

电压互感器在电力系统中扮演着至关重要的角色，其主要作用包括：

• 电压测量： 将高电压按比例缩小，使电压表等测量仪表能够准确读取电网电压值。
• 电能计量： 为电能表提供准确的电压信号，以计算消耗的电能。
• 继电保护： 为各种继电器（如差动保护、过电压保护、欠电压保护等）提供电压基准信号，使保护装置能够及时准确地判断故障并发出跳闸信号。
• 系统监测与控制： 为自动化系统提供实时电压数据，用于系统监控、稳定控制和事故预警。
• 安全隔离： 将高压侧与低压侧进行电气隔离，有效防止了高电压对测量仪表、保护装置及操作人员造成危害。

电压互感器的工作原理

电压互感器的工作原理基于电磁感应定律，与普通变压器类似，但其设计和运行方式有特殊要求。

电磁感应的核心

电压互感器由两组或多组绕组构成，缠绕在同一铁芯上。当高压侧（一次侧）绕组接入电网时，会产生变化的磁通，这个磁通在铁芯中穿过低压侧（二次侧）绕组，根据法拉第电磁感应定律，在二次侧绕组中感应出电动势，从而产生一个与一次侧电压成比例的低电压。

理想情况下，一次侧电压与二次侧电压之比等于一次侧绕组匝数与二次侧绕组匝数之比，即：

$$ frac{U_1}{U_2} = frac{N_1}{N_2} $$

其中，$U_1$为一次侧电压，$U_2$为二次侧电压，$N_1$为一次侧绕组匝数，$N_2$为二次侧绕组匝数。

实际运行中的考虑

在实际运行中，由于铁芯的磁饱和、漏磁以及绕组的电阻和漏电抗等因素的影响，电压互感器的实际电压比和相角误差会略有偏差。为了保证测量和保护的准确性，电压互感器需要满足严格的精度等级要求。

电压互感器的主要类型

根据绝缘介质、结构和工作原理的不同，电压互感器可以分为多种类型。

按绝缘介质分类

• 干式电压互感器（Air-Insulated VT, AIVT）： 采用空气作为绝缘介质，结构简单，适用于中低电压等级。
• 油浸式电压互感器（Oil-Insulated VT, OIVT）： 采用变压器油作为绝缘和散热介质，适用于高电压等级，绝缘性能好。
• 气体绝缘电压互感器（Gas-Insulated VT, GIVT）： 采用SF6等气体作为绝缘介质，体积小，绝缘可靠，适用于高电压、高密度开关设备。
• 绝缘子式电压互感器： 绝缘件采用环氧树脂等固体绝缘材料，结构紧凑，耐污秽能力强。

按结构分类

• 单相电压互感器： 最常见的一种，用于测量单相电压。
• 三相电压互感器： 将三相电压按比例变换，适用于三相系统。
• 组合式电压互感器（CVT）： 将电容分压器和电磁单元组合而成，适用于超高电压等级，具有电容分压的优点。

按工作原理分类

• 电磁式电压互感器： 基于电磁感应原理，是最传统的类型。
• 电容式电压互感器（Capacitive Voltage Transformer, CVT）： 利用电容分压器将高电压分压，再通过电磁单元进行隔离和降压，常用于高压线路的测量和保护。

电压互感器的选型要点

正确选择电压互感器是保证电力系统安全稳定运行的关键。选型时需要考虑多方面因素。

额定电压等级

电压互感器的额定一次电压应与被测线路的额定电压相匹配，通常会留有一定裕度。例如，35kV的线路应选择额定一次电压为35kV的电压互感器。

额定二次电压

根据测量仪表和保护装置的要求，选择合适的额定二次电压，最常见的为100V或100/√3V。

额定容量

电压互感器的额定容量是指在额定电压和额定负荷下，能够连续输出的视在功率（VA）。需要根据所连接的测量仪表和保护装置的总负荷来确定，并留有适当的裕度，避免过载导致精度下降或损坏。

准确级及误差要求

根据测量和保护的精度要求，选择相应准确级的电压互感器。例如，计量用的电压互感器精度要求较高，通常为0.2级或0.5级；保护用的电压互感器精度要求相对较低，如3P、6P等。

环境条件

根据安装环境（如海拔、温度、湿度、污秽程度等）选择合适的绝缘类型和防护等级的电压互感器。

特殊功能需求

如果需要具备零序电压测量、谐波检测等特殊功能，则需要选择具有相应功能的电压互感器。

电压互感器的应用领域

电压互感器广泛应用于电力系统的各个环节。

发电厂与变电站

在发电厂和变电站，电压互感器用于监测发电机出口电压、母线电压、馈线电压等，为发电设备的运行控制和保护提供依据。

输配电线路

安装在输配电线路的各个节点，用于测量线路电压，实现对电网运行状态的实时监控和管理。

工业用户

大型工业用户，如工厂、矿山等，也需要使用电压互感器来监测供电线路电压，确保生产设备的正常运行。

新能源发电领域

在风力发电、太阳能发电等新能源发电系统中，电压互感器同样是必不可少的设备，用于监测和控制新能源发电机的输出电压。

总结

电压互感器作为电力系统中不可或缺的关键设备，其正确理解、选择和应用对于保障电力系统的安全、可靠、经济运行具有至关重要的意义。从基本原理到各类型号，再到选型要点和广泛应用，希望本文能为您提供关于【电压互感器】的全面而深入的认识。