电流互感器和电压互感器的试验

电流互感器和电压互感器的试验调试运行项目部一、电压、电流互感器的概述典型的互感器是利用电磁感应原理将高电压转换成低电压，或将大电流转换成小电流，为测量装置、保护装置、控制装置提供合适的电压或电流信号。电力系统常用的电压互感器，其一次侧电压与系统电压有关，通常是几百伏～几百千伏，标准二次电压通常是100V/√3和100V/3两种；而电力系统常用的电流互感器，其一次侧电流通常为几安培～几万安培，标准二次电流通常有5A、1A、0.5A等。•1.电压互感器的原理•电压互感器的原理与变压器相似，如图1.1所示。一次绕组(高压绕组)和二次绕组(低压绕组)绕在同一个铁芯上，铁芯中的磁通为Ф。根据电磁感应定律，绕组的电压U与电压频率f、绕组的匝数W、磁通Ф的关系为：图1.1电压互感器原理•2.电流互感器的原理•在原理上也与变压器相似，如图1.2所示。与电压互感器的主要差别是：正常工作状态下，一、二次绕组上的压降很小（注意不是指对地电压），相当于一个短路状态的变压器，所以铁芯中的磁通Ф也很小，这时一、二次绕组的磁势F（F=IW）大小相等，方向相反。即电流互感器一、二次之间的电流比与一、二次绕组的匝数成反比。图1.2电流互感器的原理•3.互感器绕组的端子和极性•电压互感器绕组分为首端和尾端，对于全绝缘的电压互感器，一次绕组的首端和尾端可承受的对地电压是一样的，而半绝缘结构的电压互感器，尾端可承受的电压一般只有几kV左右。常见的用A和X分别表示电压互感器一次绕组的首端和尾端，用a、x表示电压互感器二次绕组的首端或尾端；电流互感器常见的用L1、L2或P1、P2分别表示一次绕组首端和尾端，二次绕组则用K1、K2或S1、S2表示首端或尾端，不同的生产厂家其标号可能不一样，通常用下标1表示首端，下标2表示尾端。•当端子的感应电势方向一致时，称为同名端；反过来说，如果在同名端通入同方向的直流电流，它们在铁芯中产生的磁通也是同方向的。标号同为首端或同为尾端的端子而且感应电势方向一致，这种标号的绕组称为减极性，如图1.3a所示，此时A-a端子的电压是两个绕组感应电势相减的结果。在互感器中正确的标号规定为减极性。•图1.3b是错误的极性（加极性），此时一、二次绕组的同名端感应电势的方向是相反的。不管是电流互感器还是电压互感器，极性错误（或接错端子）都可能会造成计量、保护、控制的错误。比如：•（1）用于计量时，功率反向；•（2）用于保护时，造成保护误动；•（3）用于同期回路时，造成非同期合闸。a减极性b加极性图1.3减极性和加极性原理•4.电压互感器和电流互感器在结构上的主要差别•（1）电压互感器和电流互感器都可以有多个二次绕组，但电压互感器可以多个二次绕组共用一个铁芯，电流互感器则必需是每个二次绕组都必需有独立的铁芯，有多少个二次绕组，就有多少个铁芯。•（2）电压互感器一次绕组匝数很多，导线很细，二次绕组匝数较少，导线稍粗；而变电站用的高压电流互感器一次绕组只有1到2匝，导线很粗，二次绕组匝数较多，导线的粗细与二次电流的额定值有关。•（3）电压互感器正常运行时，严禁将二次绕组短路；电流互感器正常运行时，严禁将二次绕组开路。•互感器的绝缘结构•（1）干式（2）油浸式（3）SF6绝缘。•电压互感器的结构•（1）串级式电压互感器•采用串级式结构可以降抵主绝缘的要求，高压绕组对铁芯、的电压只有最高电压的1/4，可以降低制造成本结构如图1.4、图1.5所示。图1.4串级式电压互感器原理接线图图1.5110kV串级式电压互感器•（2）全绝缘油浸式电压互感器•全绝缘油浸式电压互感器的A端和X端对地绝缘水平是相同的，多见于35kV及以下的电压互感器，结构见图1.6。•（3）全绝缘干式电压互感器•结构见图1.7。图1.6全绝缘10kV油浸式电压互感器图1.7全绝缘干式电压互感器•（4）SF6绝缘电压互感器•SF6绝缘电压互感器有与GIS配套的结构，也有室外独立安装的独立式结构，其外形见图1.8，内部结构见图1.9。图1.8六氟化硫绝缘电压互感器图1.9SF6绝缘独立式电压互感器•（5）电容式电压互感器（CVT）•电容式电压互感器采用电容器分压的原理先将系统电压降为1.3万伏左右，再通过中间变压器降为标准的二次电压。结构见图1.10。•CVT一次电压U1与中间电压UZ的关系为：121Z1CCCUU图1.10电容式电压互感器原理接线图•电流互感器的结构•（1）串级式•串级式电流互感器可以降低绝缘要求，但由于是几个电流互感器串接，增加了误差。图1.11串级式电流互感器•（2）油浸电容型绝缘•a．油浸电容型正立式电流互感器的内部结构见图1.12。图1.12油浸电容型正立式电流互感器•b．油浸倒立式电流互感器的结构见图1.13和图1.14。•合资产倒立式电流互感器的二次铁芯线圈内置于圆形铁心外罩内，二次引线通过与铁心外罩直接焊接的圆柱形金属管引出(运行中金属管直接接地)，铁心外罩与直接焊接的圆柱形金属铝管外绕绝缘层，绝缘层内设置若干电容屏构成主电容，绝缘层最外一层电容称“未屏”，与设备高压端相连。从结构上分析，高压端对铁心外罩有一个电容，对金属铝管又有一个电容，这2个电容并联构成主电容。接近金属管最里一屏电容称“零屏”，运行中外引接地。正常运行时设备的二次引线金属管与“零屏”同时接地。•国产倒立式电流互感的设计基本原理、绝缘结构与进口或合资设备相同，所不同的是二次引线的金属管与金属管的零屏引线焊接在一起，组装后外引接地，瓷套内二次引线金属管不再接地固定。国产倒置式流变这种将器身接地的方式主要考虑运行中的维护，因此现场实际测量中用传统的电桥正接法就能测量出设备的整体电容与介质损耗。图1.13油浸倒立式电流互感器图1.14油浸倒立式电流互感器绝缘结构•（3）SF6绝缘倒置式电流互感器•其外观见图1.15，内部结构见图1.16。图1.15SF6绝缘倒置式电流互感器图1.16SF6倒置式电流互感器的绝缘结构•（4）高压干式电流互感器•高电压干式电流互感器也有正立式结构和倒立式结构。正立式结构见图1.17。图1.17干式电流互感器结构（正立式）•5.电压互感器型号意义•第一个字母：J—电压互感器。•第二个字母：D—单相；S—三相；C—串级式；W—五铁芯柱。•第三个字母：G—干式，J—油浸式；C—瓷绝缘；Z—浇注绝缘；R—电容式；S—三相；Q－气体绝缘•第四个字母：W—五铁芯柱；B—带补偿角差绕组。•连字符后的字母：GH—高海拔地区使用；TH—湿热地区使用。•6.电流互感器的型号意义•电流互感器的型号由字母符号及数字组成，通常表示电流互感器绕组类型、绝缘种类、使用场所及电压等级等。字母符号含义如下：•第一位字母：L——电流互感器。•第二位字母：M——母线式(穿心式)；Q——线圈式；Y——低压式；D——单匝式；F——多匝式；A——穿墙式；R——装入式；C——瓷箱式；Z——支柱式；V——倒装式。•第三位字母：K——塑料外壳式；Z——浇注式；W——户外式；G——改进型；C——瓷绝缘；P——中频；Q——气体绝缘。•第四位字母：B——过流保护；D——差动保护；J——接地保护或加大容量；S——速饱和；Q——加强型。字母后面的数字一般表示使用电压等级。•例如：LMK－0.5S型，表示使用于额定电压500V及以下电路，塑料外壳的穿心式S级电流互感器。LA－10型，表示使用于额定电压10kV电路的穿墙式电流互感器。二、互感器的试验项目1、测量绕组的直流电阻；2、测量互感器的极性；3、测量互感器的变比；4、测量互感器的励磁特性；5、测量绕组的绝缘电阻；6、测量35kV及以上电压等级互感器的介质损耗角tanδ；7、电容式电压互感器（CVT）的测量；8、交流耐压试验。•1、绕组直流电阻测量•（1）对电压互感器一次绕组，宜采用单臂电桥进行测量；•（2）对电压互感器的二次绕组以及电流互感器的一次或二次绕组，宜采用双臂电桥进行测量，如果二次绕组直流电阻超过10Ω，应采用单臂电桥测量；•（3）也可采用直流电阻测试仪进行测量，但应注意测试电流不宜超过线圈额定电流的50%，以免线圈发热直流电阻增加，影响测量的准确度。•（4）试验接线：将被试绕组首尾端分别接入电桥，非被试绕组悬空，采用双臂电桥（或数字式直流电阻测试仪）时，电流端子应在电压端子的外侧，见图2.4；图2.4直流电阻测量接线•（5）换接线时应断开电桥的电源，并对被试绕组短路充分放电后才能拆开测量端子，如果放电不充分而强行断开测量端子，容易造成过电压而损坏线圈的主绝缘，一般数字式直流电阻测量装置都有自动放电和警示功能；•（6）测量电容式电压互感器中间变压器一、二次绕组直流电阻时，应拆开一次绕组与分压电容器的连接和二次绕组的外部连接线，当中间变压器一次绕组与分压电容器在内部连接而无法分开时，可不测量一次绕组的直流电阻。•关键点：•a．测量电流不宜大于按绕组额定负载计算所得的输出电流的20%•b．当线圈匝数较多而电感较大时，应待仪器显示的数据稳定后方可读取数据，测量结束后应待仪器充分放电后方可断开测量回路。•c．记录试验时环境温度和空气相对湿度；•d．直流电阻测量值应换算到同一温度下进行比较。•2）．绕组直流电阻测量应符合下列规定：•与历次试验结果和同类设备的试验结果相比无显著差别。•⑴电压互感器：一次绕组直流电阻测量值，与换算到同一温度下的出厂值比较，相差不宜大于10%；二次绕组直流电阻测量值，与换算到同一温度下的出厂值比较，相差不宜大于15%。•⑵电流互感器：同型号、同规格、同批次电流互感器一、二次绕组的直流电阻和平均值的差异不宜大于10%。2、测量电压互感器的极性•1）．直流法•⑴工具选择•5～3V直流电池、开关K、mV表•⑵步骤•①用放电棒分别对一次和二次接地充分放电；•②按图接线，并检查无误；•③合上K，观查瞬间mV表指针的偏转方向；•④断开K，观查瞬间mV表指针的偏转方向；•⑤重复③④步，再做一遍。•⑥用放电棒分别对一次和二次接地充分放电•⑶判断•①合上K，正偏；断开K，反偏；则为同极性（减极性）；•②合上K，反偏；断开K，正偏；则为异极性（加极性）。•2）．交流法•⑴工具选择•220V交流电源、调压器、电压表1、电压表2•⑵步骤•①用放电棒分别对一次和二次接地充分放电•②连接线，如下图所示；•③加压，记录UxX、UAx；•④用放电棒分别对一次和二次接地充分放电•⑶判断•①UxXUAx时，为同极性；•②UxXUAx时，为异极性。3、测量电流互感器的极性电流互感器的极性检测方法也有直流法和交流法，我们常用的是直流法。•⑴工具选择•5～3V直流电池、开关K、mV表•⑵步骤•①按图接线，并检查无误；•②合上K，观查瞬间mV表指针的偏转方向；•③断开K，观查瞬间mV表指针的偏转方向；•④重复③④步，再做一遍。•⑶判断•①合上K，正偏；断开K，反偏；•则为同极性（减极性）；•②合上K，反偏；断开K，正偏；•则为异极性（加极性）。4、电压互感器变比测试检查电压互感器的变比主要采取与标准电压互感器相互比较的方法，试验接线如下图所示。试验时被试互感器和标准互感器高压侧并联，低压侧各一只0.5级以上的电压表，由单相调压器通过试验变压器向高压侧加压。从高压侧施加电压的目的是为了减少被试互感器的励磁电流，提高测量变比的准确度。5、电流互感器变比测试电流互感器变比的检查也是采用与标准电流互感器比较的方法，其试验接线如下图所示。接线时将被试电流互感器与标准电流互感器一次侧串联，二次侧各接一只0.5级的电流表，由升流器在一次侧供给电流。试验时标准电流互感器与被试互感器的变比应尽可能相同，标准互感器的级别应高于被试互感器的级别，使用的电流表应为0.5级以上，同时还应注意二次侧不能开路。•6、测量互感器的励磁特性•6.1电压互感器的励磁特性试验方法•6.1.1具体接线如下图：•6.1.2试验步骤：•合上电源，分段调节电压，在每一个电压下读取相对应的励磁电流，直至额定电压的1.3倍为止。一般应测量七点以上，并在额定电压附近多测几点。试验后根据记录划出特性曲线。•6.2电流互感器的励