電阻分壓的10KV電子式電壓互感器分析

李延平

（邵東職業(yè)中專，湖南 邵陽 422800）

1 概述

為了能夠使電能正常的使用，不影響電網(wǎng)供電的穩(wěn)定安全帶的工作，所以需要用電壓互感器來對其進(jìn)行保護(hù)，無論是測量的準(zhǔn)度還是自身使用的可靠方面都能夠成為保護(hù)電能的重要組成并且對于電力的及時供應(yīng)起到了一定的作用。最多使用在電力系統(tǒng)的電業(yè)互感器是電磁式，它的優(yōu)點(diǎn)是能夠測量到相對更大的范圍，測量的結(jié)果準(zhǔn)確度可以符合電能保護(hù)的需要，對于該種電壓互感器生產(chǎn)技術(shù)比較成熟，自身性能很好，以及規(guī)范化的校驗(yàn)。因?yàn)槭艿搅藗鞲袡C(jī)理的約束使其也存在著諸多不便，首先體積龐大不易隨時移動，其次動態(tài)范圍小，最后容易因磁力震動導(dǎo)致短路現(xiàn)象的出現(xiàn)。之后出現(xiàn)的微電子技術(shù)雖然在一定程度上克服了電磁式裝置的缺點(diǎn)，卻不能夠與電力的自動化相匹配。相繼出現(xiàn)的集中形式都不同程度上存在著工作缺陷，最終出現(xiàn)了電阻式，它體積小重量輕可進(jìn)行移動、但依然存在著影響因素不能使結(jié)果更精準(zhǔn)。本文將著重分析其影響因素并對此進(jìn)行解決分析。

2 原理及結(jié)構(gòu)

10kV電子式電壓互感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。互感器主要由電阻分壓器、傳輸系統(tǒng)和信號處理單元組成。電阻分壓器由高壓臂電阻R1、低壓臂電阻R2和過電壓保護(hù)的氣體放電管S構(gòu)成，低壓臂電阻R2的下端與帶螺紋的接地嵌件連接，從而通過接地嵌件實(shí)現(xiàn)可靠接地。電阻分壓器作為傳感器頭，主要將一次母線電壓成比例轉(zhuǎn)換為小電壓信號輸出；傳輸單元由雙層屏蔽絞線和連接端子構(gòu)成，主要將分壓器輸出信號傳遞到信號處理單元，同時實(shí)現(xiàn)外界電磁干擾屏蔽功能；信號處理單元主要由電壓跟隨、相位補(bǔ)償和比例調(diào)節(jié)電路組成，實(shí)現(xiàn)電壓互感器的阻抗變換、相位補(bǔ)償和幅值調(diào)節(jié)功能，使得互感器輸出信號滿足IEC6004-7的準(zhǔn)確度要求。

3 傳感器誤差分析

3.1 電阻特性影響

由圖1可知，理想電阻分壓器的二次輸出電壓為

式中 U1-一次母線電壓；U2-電阻分壓器低壓臂輸出電壓

電阻分壓器的分壓比為

分壓器電阻在外加電壓增加到一定值后，電阻的阻值隨電壓的增加而減小，從而影響分壓比的穩(wěn)定性。電阻隨外施電壓的變化阻值發(fā)生改變的非線性程度用電壓系數(shù)αV表征

式中R，R0-外施電壓為U和U0時電阻的阻值由于電阻分壓式互感器在運(yùn)行時，電壓主要降落在高壓臂電阻R1上，考慮電阻電壓系數(shù)影響時分壓器的分壓比為

電壓互感器在受到系統(tǒng)運(yùn)行過程中因斷路的電壓諧振電壓以及雷擊等電壓而強(qiáng)大沖擊，從而影響其使用的穩(wěn)定性，過壓會超過高壓臂的系數(shù)的波動范圍。基于這種情況，在使用時可以將打壓系數(shù)大的電阻器更換為電壓系數(shù)小的電阻器，并且電阻分壓器自身的穩(wěn)定性能一定要符合要求。同時，分壓器的電阻還會因?yàn)橥饨绲淖匀粶囟鹊淖兓S之變化，也不利于互感器正常的工作。溫度對分壓器影響可表示為

式中 αT1，αT2-高低壓臂電阻的溫度系數(shù)從式（5）可知，傳感器的分壓在分壓器高低壓臂溫度值相同的情況下是不會變化的，而這僅僅在公式理論中成立，到現(xiàn)實(shí)的工作中，很難使得二者的數(shù)據(jù)完全吻合，所以為了避免此類事情發(fā)生，雖然不能保持一致，但可以為分壓器高低壓臂選擇小溫度系數(shù)的電阻器已達(dá)到相對比較穩(wěn)定的效果。

通過以上分析我們可以得出以下結(jié)論，首先在使用電子是電壓互感器時，需要注意的因素有阻溫度系數(shù)、電壓系數(shù)、電阻性能穩(wěn)定性和可靠性等，只有使各個因素滿足具體的實(shí)際情況才能保證測量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

10kV和35kV電壓等級的電子式電壓互感器主要選用高穩(wěn)定性的厚膜電阻作為分壓器的高低壓臂電阻。根據(jù)IEC 60044.7《電子式電壓互感器》的要求，對厚膜電阻進(jìn)行了1min的交流耐壓試驗(yàn)和正負(fù)極性各15次的標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)前后阻值的相對變化小于10.5，滿足測量0.2級準(zhǔn)確度要求；考慮到電阻經(jīng)受的電壓沖擊主要來自于中壓系統(tǒng)的開關(guān)操作過電壓，而且開關(guān)柜正常運(yùn)行的時間為幾十年，電壓沖擊次數(shù)相當(dāng)多，同時對厚膜電阻進(jìn)行了沖擊次數(shù)在104～105量級的雙極性和單極性沖擊電壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明選用高穩(wěn)定性的厚膜電阻，沖擊試驗(yàn)前后阻值相對變化為10.3，厚膜電阻適合用于電力系統(tǒng)中壓等級的電壓測量。

3.2 雜散電容影響

在高壓測試中，電阻對地雜散電容也對分壓器性能產(chǎn)生很大的影響，圖2為考慮分壓器本體對地雜散電容和對高壓部分的雜散電容時的等效電路。

圖2

從圖中我們可以看出，經(jīng)過對地雜散電容使原本應(yīng)通過電阻的一部分改為經(jīng)對地雜散電容而直接分到地，造成分壓器低壓臂運(yùn)行的時實(shí)際值與理論估算值相差的原因是分流使更多的電壓停留在分壓器的上部，所以如果在使用過程中出現(xiàn)對地雜散電容那么對于電壓互感器有很大的影響力，為了保證互感器能夠更精準(zhǔn)在實(shí)際中應(yīng)該盡量減少分壓器對地雜散電容的出現(xiàn)率。而無法減少數(shù)量的時候可在分壓器上加入屏蔽系統(tǒng)，是電壓不再集中，四散分布開，同時產(chǎn)生更多的電流來彌補(bǔ)被引入地的電流。需要注意的事，對地雜散電容不僅僅只停留在表面，還有很多隱藏在運(yùn)行的環(huán)境之中需要引起我們的注意，比如墻壁內(nèi)、金屬板以及很多電壓設(shè)備等都可能存在，如果沒能及時注意就會對最終的測量結(jié)果有影響，如果發(fā)現(xiàn)了這類問題可以通過低壓屏蔽，從而降低對于互感器的影響。

結(jié)語

本文實(shí)現(xiàn)了一種基于電阻分壓器的電子式電壓互感器，測試結(jié)果表明其準(zhǔn)確度滿足IEC60044-7的0.2級要求。對于電阻特性、互感器雜散電容對電子式互感器性能的影響，采取了以下措施提高基于電阻分壓器的電子式電壓互感器的測量準(zhǔn)確度：

采用高穩(wěn)定、低電壓系數(shù)和低溫度系數(shù)的厚膜電阻器作為分壓器的高低壓臂，從而減少沖擊電壓和環(huán)境溫度對EVT的性能影響。

在電阻分壓器的高壓部分安裝屏蔽罩，可以補(bǔ)償傳感器對地雜散電容的分流，減小對地雜散電容對電子式電壓互感器準(zhǔn)確度的影響。

在電阻分壓器的低壓部分裝設(shè)屏蔽罩，可以有效控制傳感器的對地雜散電容，減少互感器運(yùn)行環(huán)境不同對其性能的影響。

[1]方春恩，李 偉，任 曉，王 軍，張彼德.基于電阻分壓器的10kV電子式電壓互感器的研制[J].西華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010(02).

[2]董森森，李 陽，王何平.基于電容分壓器原理的電子式電壓互感器結(jié)構(gòu)形式[J].電氣制造，2011(08).

[3]王紅星，張國慶，蔡興國，郭志忠.電容分壓型電子式電壓互感器研究與設(shè)計[J].電力自動化設(shè)備，2009(10).