互感器結(jié)構(gòu)與原理

1、互感器,互感器作用,將電網(wǎng)高電壓、大電流的信息傳遞到低電壓、小電流二次側(cè)的計量、測量儀表及繼電保護(hù)、自動裝置的一種特殊變壓器，是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)原件； 將二次設(shè)備及二次系統(tǒng)與一次系統(tǒng)高壓設(shè)備在電氣方面隔離，保證設(shè)備及人身安全,第一部分 電流互感器,一、分類 1.按用途分：測量用電流互感器（或測量繞組），保護(hù)用電流互感器（或保護(hù)繞組） 2.按絕緣介質(zhì)分：干式、澆注式、油浸式、氣體絕緣。 3.按電流變換原理分：電磁式、光電式。 4.按結(jié)構(gòu)型式分：正立式（二次繞組在下部）、倒立式（二次繞組在頭部） 5.按密封型式分：微正壓（充油型）和全密封（氣體,二、油紙絕緣電流互感器結(jié)構(gòu) 1、正立式,a.

2、外觀圖,b.剖面圖,c.繞組及絕緣結(jié)構(gòu)圖,2、倒立式,a.外觀圖,b.剖面圖,c.繞組及絕緣結(jié)構(gòu)圖,3.油紙絕緣電流互感器的特點和運行維護(hù)要點 由其結(jié)構(gòu)決定，倒立式油紙絕緣電流互感器有以下特點： a.易滲漏油。特別是在密封工藝不良或者密封老化的情況下，滲漏油缺陷最易發(fā)生，導(dǎo)致本體絕緣受潮 b. 一次繞組的主絕緣難以制作。工藝控制不良最容易發(fā)生局部放電，嚴(yán)重者導(dǎo)致互感器發(fā)生爆炸。 c.運行維護(hù)相對復(fù)雜,三、氣體絕緣電流互感器,湖南電力電瓷電器廠生產(chǎn)的220kv、500kv倒立式sf6氣體絕緣電流互感器,2.“三電”產(chǎn)氣體絕緣互感器剖面圖,3.500kv sf6氣體絕緣電流互感器的結(jié)構(gòu) 500kv

3、 sf6氣體絕緣電流互感器的基本結(jié)構(gòu)包括：一次線圈、二次線圈和鐵芯、外殼、底座、硅橡膠復(fù)合絕緣套管、支撐絕緣子、二次線引出管、均壓屏蔽筒、均壓屏蔽ii支持絕緣子、密度繼電器、防爆膜等部分組成。但對不同的生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)的具體細(xì)節(jié)上又有不同之處,4.氣體絕緣互感器特點 a.外絕緣套管為硅橡膠復(fù)合空心絕緣套管，提高了產(chǎn)品整體絕緣性能。 b.采用了高絕緣性能的sf6氣體 sf6氣體具有很強(qiáng)的吸附電子的能力，稱為負(fù)電性，比空氣高幾十倍， sf6氣體另一個特征是較低溫時（2000k)的高導(dǎo)熱性,具有很強(qiáng)的息弧能 力，是空氣的100倍。這是sf6氣體作為高壓電器絕緣介質(zhì)的主要原因。 c.安裝了防

4、爆膜，在設(shè)備發(fā)生內(nèi)部放電故障和事故時，外殼不發(fā)生炸裂，不會損傷其周圍的設(shè)備 d.運行維護(hù)簡單 1）不需要做大量的維護(hù)工作，規(guī)程規(guī)定的維護(hù)項目少。每周巡視一次，記錄產(chǎn)品氣體壓力，發(fā)現(xiàn)異常，及時處理。 2）每年測水份一次，運行產(chǎn)品水份不能超過25010-6（v/v）（20）。 3）當(dāng)產(chǎn)品sf6氣體泄漏率較高時，應(yīng)通知廠家派人處理或返廠檢修,5.氣體絕緣互感器的缺陷和事故 雖然sf6氣體絕緣電流互感器具有優(yōu)良的電氣性能，但由于各種原因， 在實際運行中還是發(fā)生了一些缺陷和事故，主要有以下幾種： a.漏氣 本體密封漏氣。 密度繼電器漏氣。 防爆膜破裂漏氣。 b.密度繼電器損壞，指示不準(zhǔn)確。 c.新互感器

5、送電時或運行后內(nèi)部發(fā)生絕緣事故。 互感器本體內(nèi)部發(fā)生支持絕緣子斷裂，送電時造成內(nèi)部絕緣事故。 互感器本體內(nèi)部發(fā)生支持絕緣子在運行中表面爬電，產(chǎn)生放電炭化通道擊穿主絕緣。 該種類型的事故拒統(tǒng)計占整個sf6氣體絕緣互感器事故的85%，且全部為制造質(zhì)量不良造成,二、幾個參數(shù)技術(shù)要求,1.額定短時熱電流ith、額定動穩(wěn)定電流idyn ith 二次繞組短路，電流互感器在短時間內(nèi)所能承受而無損傷的一次電流方均根值。 idyn二次繞組短路，電流互感器所能承受其電磁力作用而無電或機(jī)械損傷的一次電流峰值。 標(biāo)準(zhǔn)要求值見下表,2.電容和介質(zhì)損耗因數(shù)（油浸式電流互感器,電容式電流互感器初級繞組和次級繞組之間存在著主

6、電容屏，主電容屏間有若干端屏。一般來說，110kvta有6個主屏，220kvta有10個主屏，最外面的叫末屏，運行中接地。為改善主屏端部的電場分布，又設(shè)有端屏。如果例行試驗中發(fā)現(xiàn)介損超標(biāo)或電容量變大，很有可能已經(jīng)發(fā)生了主屏或端屏擊穿。 不同標(biāo)準(zhǔn)要求值見下表,不同標(biāo)準(zhǔn)對電容型ta介損要求值,此外，規(guī)程規(guī)定：10kv um/3電壓下，介損增量不超過0.2%（交規(guī)）或0.3（狀態(tài)檢修試驗規(guī)程），電容變化不超過0.5%電容量與初始值超過5%時應(yīng)查明原因：進(jìn)水受潮、主屏或端屏擊穿,3.污穢與爬電距離,我省新投互感器至少應(yīng)滿足iii級防污要求,sf6氣體絕緣互感器要求,年泄漏率0.5%（交規(guī)、預(yù)規(guī)、反措1

7、%） 氣體含水量250ppmv（交規(guī)250、反措300） 應(yīng)配備氣體檢測裝置（帶壓力指示的密度繼電器） 零表壓耐壓試驗：um/3電壓下耐壓5min（型式試驗,互感器運輸要求,220/500kv油浸式及sf6絕緣互感器應(yīng)在臥倒?fàn)顟B(tài)下運輸，并裝設(shè)沖撞記錄器。對于sf6絕緣互感器，還應(yīng)減壓運輸，到達(dá)現(xiàn)場后，及時補氣并重新加壓進(jìn)行老練試驗,第二部分 電壓互感器,一、分類 按結(jié)構(gòu)型式分：電磁式、電容式 內(nèi)絕緣型式：通常為油浸式（110及以上） 外絕緣型式：瓷套（表面穩(wěn)定性能好）、硅橡膠（抗污閃和抗震性好） 二、選型原則 220kv及以下的：低磁密的電磁式或電容式 電磁型諧振條件：空母線、斷路器斷口電容、

8、隔離開關(guān) 330kv及以上：電容式 三、污穢等級（與電流互感器相同,一、電磁式電壓互感器1.結(jié)構(gòu)圖,2.油紙絕緣電磁式電壓互感器的結(jié)構(gòu)特點 a.高壓繞組首端和末端絕緣水平不一致，采用了分級絕緣方式（首端的絕緣等級與系統(tǒng)相同，末端的試驗電壓為交流2000v）。 b.一次繞組采用串級式寶塔形結(jié)構(gòu)，四個繞組自上而下所承受的系統(tǒng)對地電壓逐步降低。 c.內(nèi)部絕緣支撐架在運行中承受電壓作用。其中上鐵芯固定點承受3/4相對 地電壓，下鐵芯固定點承受1/4相對地電壓,3.油紙絕緣電磁式電壓互感器的常見故障和缺陷 a. 因內(nèi)部絕緣支架材質(zhì)不良或內(nèi)部進(jìn)水受潮，導(dǎo)致絕緣支架介質(zhì)損耗升 高，最終發(fā)生絕緣擊穿爆炸事故，

9、這樣的事故在上個世紀(jì)的80年代末期發(fā) 生的較多。 b. 內(nèi)部進(jìn)水受潮或者與絕緣油接觸的金屬部件加工工藝不良，造成互感器 運行后絕緣油中微量水分和色譜時氫氣超標(biāo)。 密封不良或密封老化造成滲漏油缺陷。 d.使用油紙絕緣電磁式電壓互感器的系統(tǒng)，在系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障 時，易引發(fā)鐵磁諧振，引起諧振過電壓，損壞互感器或與系統(tǒng)相連接的其 它設(shè)備，導(dǎo)致絕緣事故發(fā)生。 （鐵磁諧振條件：空母線、開關(guān)帶斷口電容、隔離開關(guān)在合位,4.油紙絕緣電磁式電壓互感器的電氣試驗技術(shù)要點 按照國家電網(wǎng)公司電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程要求，油紙絕緣電磁式電壓互感器在預(yù)防性試驗中應(yīng)該進(jìn)行絕緣電阻測量、繞組絕緣和支架絕緣的介質(zhì)損耗測量、

10、油中溶解氣體色譜分析項目。多年的實踐證明，通過測量繞組絕緣和支架絕緣的介質(zhì)損耗，加強(qiáng)絕緣油的色譜分析，是能夠及時發(fā)現(xiàn)互感器內(nèi)部的支架絕緣缺陷、受潮、內(nèi)部局部放電等缺陷的，特別是絕緣油的色譜分析，對于缺陷產(chǎn)生初期的發(fā)現(xiàn)，預(yù)控缺陷的發(fā)展過程、了解缺陷的性質(zhì)，及時采取有效的技術(shù)措施，防止缺陷的擴(kuò)大和事故的發(fā)生，能起到重要的作用，但在進(jìn)行以上試驗時，要把握以下技術(shù)要點,a. 對絕緣油進(jìn)行色譜分析時，要嚴(yán)格按照色譜規(guī)程的要求進(jìn)行，取樣器皿 的準(zhǔn)備、取樣的過程、油樣的保存和運輸、脫氣及檢測、含氣量的計算要 規(guī)范化，避免出現(xiàn)某一過程失誤造成的測量誤差，必要時采取多樣分析核 對的手段，確保測試結(jié)果準(zhǔn)確，為缺陷

11、或故障判斷打好基礎(chǔ)。在發(fā)現(xiàn)實驗 數(shù)據(jù)異常時，要適時縮短實驗周期，或者輔助以絕緣油耐壓和微水實驗項 目，增加對故障判斷的判據(jù)。 b. 繞組絕緣和支架絕緣的介質(zhì)損耗的測量，要充分考慮互感器的絕緣結(jié)構(gòu)對測量結(jié)果的影響（被測絕緣的電容量大小、二次接線端子的臟污、空間電磁場的干擾等），并根據(jù)被測量絕緣部位選擇正確的接線方式,5.串級式電壓互感器介損測量,1.常規(guī)反接法：一次首尾短接加壓，二次繞組短路接地。 這種接線方式測出的主要是以下三部分的介損：一次繞組靜電屏對二次繞組的介損； 一次繞組對二繞組端部的介損； 絕緣支架對地的介損。 相對于2、3來說，一次靜電屏對二次繞組的電容值要大得多，所以，這種接線方

12、式難以反映2、3兩部分的絕緣情況。此外，由于一次繞組尾端的絕緣較低，所以，這種試驗方法所能施加的電壓也較低，一般，不允許超過2kv，影響了試驗的精確度。而且，容易受一次尾端引出端子板、引出線小磁套臟污的影響,2.自激法：互感器的二次繞組勵磁感應(yīng)出高壓來進(jìn)行試驗。 這種方法的優(yōu)點：試品上的電壓分布與其工作時的一致，且一次尾端對地的介損被屏蔽，測量的是一次繞組對二次繞組端絕緣以及絕緣支架對地的介損。主要缺點有：1，一次繞組對地的雜散電容影響試驗數(shù)據(jù)；2，二次勵磁引起的試驗回路電壓的相位偏移；3抗空間電場干擾能力弱。需要說明的是，有的廠家生產(chǎn)的電磁式電壓互感器在出廠說明書或出場試驗報告上，明確指出，

13、該廠的互感器不允許用自激法作介損試驗。 3.末端屏蔽法：一次繞組首端加高壓，尾端接電橋屏蔽（正接線時接地），二次繞組尾端短接（二次繞組不能首尾短接），接電橋的cx 。由于一次尾端被屏蔽，故一次靜電屏對二次繞組的介損也被屏蔽，正接線時底座法蘭接地，小磁套及接線端子板的臟污受潮等產(chǎn)生的影響也被屏蔽。故此種方法只是測量一次繞組對二次繞組的介損,二、電容式電壓互感器,1.結(jié)構(gòu)圖,1) 電 容 分 壓 器 (7)阻 尼 器 (12)接 地 端 (2) 電 磁 單 元 (8)電 容 分 壓 器 低 壓 (13) 絕 緣 油 (3) 高 壓 電 容 端 對 地 保 護(hù) 間 隙 (14) 電 容 分 壓 器

14、套 管 (4) 中 壓 電 容 (9)阻 尼 器 連 接 線 (15)電 磁 單 元 箱 體 (5) 中 間 變 壓 器 (10) 一 次 接 線 端 (16)端 子 箱 (6) 補 償 電 抗 器 (11) 二 次 輸 出 端 (17)外 置 式 金 屬 膨 脹 器,2.電容式電壓互感器的特點 與電磁式電壓互感器相比較，電容式電壓互感器有以下特點： a. 體積小，重量輕，現(xiàn)場便于安裝和運輸。 b. 由溫度變化引起的電容量和分壓比的變化可以忽略不計。 c. 每節(jié)分壓電容內(nèi)裝金屬膨脹器，在互感器本體溫度變化時保持內(nèi)部壓力 微正壓，不容易滲漏油。 d. 電容器的電感量小，因此，除用做系統(tǒng)電壓測量外

15、，還作為載波或繼電 保護(hù)信號的上傳通道。 e. 正常運行時不需要對其中的絕緣油進(jìn)行處理和分析。 f. 運行時不易導(dǎo)致系統(tǒng)的鐵磁諧振,3.電容式電壓互感器的常見故障和缺陷 a. 滲漏油。包括分壓電容器的膨脹器制造質(zhì)量不良造成的破裂滲漏、端部法蘭密封老化造成的滲漏、電磁單元油位觀察窗密封不良造成的滲漏。需 要特別說明的是，電容式電壓互感器一旦發(fā)現(xiàn)滲漏油要立即退出運行。 b. 分壓電容器介質(zhì)損耗試驗超標(biāo)。主要因內(nèi)部電容元件制造工藝不良和總裝時真空處理不好造成。 c. 電磁單元內(nèi)部的補償電抗器因鐵芯松動造成振動大，聲音異常。 d. 中壓電容接地端子未正常接地或者接地不良造成二次接線盒內(nèi)部放電,4.電容

16、式電壓互感器的現(xiàn)場試驗遇到的問題 a.現(xiàn)場電磁干擾大。當(dāng)500kv站部分停電，即有干擾時，離地面1.5米高處空間場強(qiáng)約為23kv/m左右，被試設(shè)備上感應(yīng)電壓一般約為35kv左右，在此環(huán)境下進(jìn)行試驗時，必須采用抗干擾措施或者選擇抗干擾性能優(yōu)良的試驗儀器。 b.試驗接線方式對對試驗結(jié)果影響大。受周圍干擾源影響（工頻50hz），試驗儀器本體測試回路上的干擾信號會因接線方式的不同而變化，需要根據(jù)被試驗設(shè)備所處的環(huán)境選擇最有利的接線方式，另外，各種高、低壓引線的布置要恰當(dāng)。 c.被試驗設(shè)備高位布置，一次引線位置高且沉重，拆接線困難，現(xiàn)場全部拆除一次引線危險性大，需要合適的檢修工器具和特種車輛，如高架車等

17、。因此，需要在拆線試驗和不拆線試驗做選擇,5.電容式電壓互感器現(xiàn)場試驗常規(guī)接線方式 500kv電容式電壓互感器的現(xiàn)場試驗建議采用不拆除一次引線的設(shè)備試驗 狀態(tài)，對于500kv以下設(shè)備可根據(jù)現(xiàn)場實際情況決定，基本的原則是：保證 工作安全的情況下，以最小的工作量，最短的工作時間，最準(zhǔn)確的試驗結(jié) 果，完成全部試驗工作。 a.測量電容c11的tg和電容量 采用電橋反接線法屏蔽（高壓屏蔽）測量，此時cvt的c11上端死接地,電容c11的tg和電容量測量接線圖,b. 測量電容c12的tg和電容量 原則上采用電橋正接線法測量，此時cvt的c1上端死接地,電容c12的tg和電容量測量接線圖,c. 測量c13和

18、c2的tg和電容量 由于c13和c2同在一個瓷套中，連接點打不開，采用感應(yīng)加壓法進(jìn)行 tg和電容量試驗。但由于c2的接地端子設(shè)計上只能承受2500v交流電 壓，所以要控制c2接地端子的試驗電壓不能超過2000v，同時控制低壓輔 助繞組勵磁電流不超過廠家設(shè)計的長時間運行電流。 圖 測c13的tg和電容量 圖 測c2的tg和電容量,cvt結(jié)構(gòu)要求 中間變壓器高壓側(cè)不應(yīng)裝設(shè)moa或保護(hù)間隙（moa或保護(hù)間隙不是防止中間電磁單元發(fā)生鐵磁諧振的根本措施，而且在高壓側(cè)容易擊穿而引起設(shè)備事故） 諧振特性 對電容式電壓互感器應(yīng)要求制造廠在出廠時進(jìn)行0.8u1n、1.0u1n、1.2u1n及1.5u1n的鐵磁諧

19、振試驗。 在電壓1.2u1n而負(fù)荷實際為零的情況下，互感器二次端子短路后又突然消除短路，其二次電壓峰值應(yīng)在10個周波內(nèi)恢復(fù)到與正常值相差不大于10%； 在電壓1.5u1n(用于中性點有效接地系統(tǒng))或1.9u1n(用于中性點非有效接地系統(tǒng))而負(fù)荷實際上為零的情況下，互感器的二次端子短路后又突然消除短路，其鐵磁諧振持續(xù)時間應(yīng)不超過2s。 目的：檢查當(dāng)互感器發(fā)生分?jǐn)?shù)次諧振時，能否在短時間內(nèi)消除諧振狀態(tài),瞬變響應(yīng)特性要求 二次繞組帶有25%-100%額定負(fù)載，高壓端子在額定電壓下發(fā)生對地短路后，二次輸出電壓應(yīng)在額定頻率的一個周波內(nèi)降低到短路前電壓峰值的10% 運行中的電容式電壓互感器可堪稱l-r-c儲

20、能回路，當(dāng)對地發(fā)生短路時，有個能量釋放過程。保護(hù)方面要求電壓能快速下降，以使二次保護(hù)能正確、快速動作。 電容和介損 電容量測得的電容量與額定值之差不應(yīng)超過額定值的-5%-10% 條件許可時測量單節(jié)電容器在10kv 至額定電壓范圍內(nèi)，電容 量的變化量大于1%時判為不合格 cvt耦合電容器（高壓臂）由100多個單個電容串聯(lián)組成，一個或幾個擊穿會導(dǎo)致測試結(jié)果變大。 介損20時，膜紙絕緣互感器介損不超過0.15%（出廠）0.2% （交接）。新投運的cvt多為膜紙絕緣結(jié)構(gòu),第三部分 基建類和生產(chǎn)類標(biāo)準(zhǔn)差異協(xié)調(diào)統(tǒng)一條款（變電部分,電磁式電壓互感器交流耐壓 gb 50150-2006交規(guī)規(guī)定：電磁式電壓互感

21、器交流耐壓試驗按出廠試驗電壓的 80進(jìn)行。 dl/t 596-1996預(yù)規(guī)規(guī)定：電磁式電壓互感器一次繞組交流耐壓按出廠的 85進(jìn)行。 協(xié)調(diào)方案：按出廠試驗的80%進(jìn)行。 sf6絕緣互感器交流耐壓試驗 十八項反措 規(guī)定， 氣體絕緣的電流互感器安裝后應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場老煉試驗及耐壓，試驗電壓為出廠試驗值的90。 交規(guī)規(guī)定，互感器交流耐壓試驗，應(yīng)符合下列規(guī)定：應(yīng)按出廠試驗電壓的 80 協(xié)調(diào)方案：現(xiàn)場按出廠值的80%進(jìn)行交流耐壓,gb 50150-2006交規(guī)9.0.6：絕緣介質(zhì)性能試驗，對絕緣性能有懷疑的互感器，應(yīng)檢測絕緣介質(zhì)性能，并符合下列規(guī)定：2、sf6氣體的性能應(yīng)符合如下要求：sf6氣體充入設(shè)備24

22、小時后取樣，sf6氣體水分含量不得大于 250l/l（20 體積分?jǐn)?shù)）。 國 家 電 網(wǎng) 公 司 十 八 項 電 網(wǎng) 重 大 反 事 故 措 施 ，10.3.3.1 條：進(jìn)行安裝時，密封檢查合格后方可對互感器充sf6氣體至額定壓力，靜置 1h 后進(jìn)行 sf6氣體微水測量。氣體密度表、繼電器必須經(jīng)校驗合格，sf6含水量不應(yīng)超過300l/l。 協(xié)調(diào)方案：（1）sf6氣體的性能應(yīng)符合如下要求：sf6氣體充入設(shè)備 24 小時后取樣，sf6氣體水分含量不得大于 250l/l（20 體積分?jǐn)?shù),第四部分 互感器故障類型及原因,一、故障類型 可按以下分類 1.互感器回路故障 a，過電壓過電流入侵互感器引起的接地事故； b，二次回路的短路、開路引起的故障； c，因受潮、漏氣、漏油等設(shè)備缺陷引起的故障。 2.互感器繞組故障 a，繞組絕緣擊穿故障，包括主絕緣擊穿和匝間絕緣擊穿； b，油浸式互感器絕緣油老化變質(zhì)； c，互感器局部放電故障； d