电压互感器的功能与应用解析：理解高压变低压的关键设备

在电力系统中，电压互感器（Potential Transformer，简称PT）是一种不可或缺的设备。它不仅能够将高电压按比例转换为低电压，还能为测量仪表、继电保护和自动装置提供安全、可靠的电压信号。本文将详细介绍电压互感器的定义、分类、结构以及配置原则，并结合实际案例，帮助大家更好地理解和应用这一重要设备。

一、电压互感器的定义

电压互感器是一种特殊的变压器，其工作原理与普通变压器类似，但用途和设计有所不同。它主要用于将高电压按比例转换为低电压，一般为100V或更低，以便于测量和保护设备的安全运行。

（一）基本原理

电压互感器的核心是一个带铁心的变压器，主要由一次绕组、二次绕组、铁心和绝缘组成。当一次绕组施加高电压时，铁心中会产生磁通，根据电磁感应定律，二次绕组中会产生相应的低电压。通过改变一次或二次绕组的匝数比，可以实现不同的电压转换比例。

（二）作用

1. 电压测量：将高电压转换为低电压，供测量仪表使用。

2. 保护装置供电：为继电保护装置提供电压信号，用于故障检测和保护动作。

3. 同期检测：在并网操作中，提供电压信号用于同期检测。

二、电压互感器的分类

电压互感器的种类繁多，根据不同的分类标准，可以分为以下几类：

（一）按安装地点分类

1. 户内式：适用于35kV及以下电压等级，通常安装在室内开关柜中。

2. 户外式：适用于35kV及以上电压等级，通常安装在户外变电站中。

（二）按相数分类

1. 单相式：适用于高电压等级，如35kV及以上。

2. 三相式：适用于低电压等级，如10kV及以下。

（三）按绕组数分类

1. 双绕组：一次绕组和二次绕组。

2. 三绕组：增加一个辅助绕组，用于特殊用途。

3. 四绕组：进一步增加绕组数量，满足更多功能需求。

（四）按绝缘方式分类

1. 干式：适用于户内，结构简单，维护方便。

2. 浇注式：采用环氧树脂浇注，适用于户内和户外，绝缘性能好。

3. 油浸式：适用于户外，绝缘性能和散热性能优良。

4. 气体式：如SF6气体绝缘，适用于高电压等级，绝缘性能强。

（五）按工作原理分类

1. 电磁式：传统型式，通过电磁感应实现电压转换。

2. 电容式：利用电容分压原理，适用于高电压等级。

3. 光电式：新型技术，利用光信号传输，具有高精度和抗干扰能力。

三、电压互感器的结构

不同类型的电压互感器在结构上有所不同，以下是几种常见类型的结构特点：

（一）油浸式电压互感器

油浸式电压互感器分为单级式和串级式。单级式适用于220kV及以下电压等级，一次绕组和二次绕组绕在同一铁芯上，通过磁耦合实现能量转换。串级式适用于66kV及以上电压等级，由多个一次绕组串联，分布在多个铁芯上，以提高绝缘性能和电压等级。

（二）SF6气体绝缘电压互感器

SF6气体绝缘电压互感器由外壳、绝缘套管、铁芯、一次绕组和二次绕组组成。一次绕组通常采用宝塔形层式绕组，二次绕组紧靠铁芯绕制。SF6气体绝缘性能优良，适用于高电压等级，且可以与GIS（气体绝缘开关设备）配套使用。

（三）浇注绝缘电压互感器

浇注绝缘电压互感器采用环氧树脂浇注，具有良好的绝缘性能和机械强度。它通常用于35kV及以下电压等级，可做成户内、户外、接地、不接地等多种结构。在10kV开关柜中，几乎全部采用浇注式电压互感器。

（四）电容式电压互感器

电容式电压互感器由电容分压器和电磁单元组成。根据电容分压器和电磁单元的组合方式，分为分装式和单柱式。分装式中，电容分压器和电磁单元分别安装，通过外部套管连接；单柱式则将二者组装在一起，内部连接。

四、电压互感器的配置原则

电压互感器的配置应根据电力系统的主接线方式、电压等级和运行要求进行选择。以下是常见的配置原则：

（一）单母线、单母线分段、双母线接线

在这些接线方式中，通常在母线上安装三相式电压互感器。如果出线上有电源，需要重合闸检同期或无压，应在出线侧安装单相或两相电压互感器。

（二）3/2接线

3/2接线方式中，通常在线路或变压器侧安装三相电压互感器，而在母线上安装单相电压互感器，用于同期并列和重合闸检无压、检同期。

（三）内桥接线

内桥接线中，电压互感器可以安装在线路侧或母线上，但一般不同时安装。安装位置不同，对保护功能的影响也不同。

（四）电压等级与绕组配置

对于220kV及以下电压等级，电压互感器一般有两至三个次级，一组接为开口三角形，其他接为星形。在500kV系统中，为实现零序继电保护的完全双重化，一般选用三个次级的电压互感器，其中两组接为星形，一组接为开口三角形。

（五）计量需求

当计量回路有特殊需求时，可增加专供计量的电压互感器次级或安装计量专用的电压互感器组。

（六）接地电流系统

在小接地电流系统中，需要检查线路电压或同期时，应在线路侧装设两相式电压互感器或装一台电压互感器接线间电压。

（七）大接地电流系统

在大接地电流系统中，线路有检查线路电压或同期要求时，应优先选用电压抽取装置。500kV线路一般装设三只电容式线路电压互感器，作为保护、测量和载波通信公用。