400-027-0075
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摘要：綜述了國內(nèi)外電子式電壓互感器研究的現(xiàn)狀，并對其發(fā)展趨勢進行了展望，介紹了幾種典型的電子式電壓互感器。
1 引言
電壓互感器是電力系統(tǒng)中一次電氣回路與二次電氣回路間不可缺少的連接設備， 其精度及可靠性與電力系統(tǒng)的可靠和經(jīng)濟運行密切相關。目前，電網(wǎng)中普遍采用電磁式電壓互感器或電容分壓式電壓互感器進行電壓測量、電能計量和繼電保護。由于傳統(tǒng)的電壓互感器二次輸出的100V 或100/姨3 V 的電壓信號不能直接和微機相連， 因此已難以適應電力系統(tǒng)自動化、數(shù)字化和智能化的發(fā)展趨勢。而由于現(xiàn)代電子測量技術能實現(xiàn)對微弱信號的精確測量，繼電保護和二次測量裝置不再需要大功率大驅(qū)動，僅需幾伏的電壓信號, 即系統(tǒng)對互感器的參數(shù)要求發(fā)生了變化，因而出現(xiàn)了電子式電壓互感器，并且電子技術、計算機測控技術以及數(shù)字化電力技術的快速發(fā)展也不斷促進電子式電壓互感器的改進和發(fā)展。
2 電壓互感器研究現(xiàn)狀
國外對光學電壓互感器的研究起步于20 世紀60 年代。七十年代隨著光導纖維的出現(xiàn)，電力系統(tǒng)中出現(xiàn)了研究光學電壓互感器的熱潮。日本、瑞士和法國等國家的許多公司投入了大量的人力和財力從事這方面的研究。八十年代后期，隨著電子技術、計算機技術及光纖傳感技術的深入發(fā)展， 光學電壓互感器在高電壓系統(tǒng)中的應用取得了突破性的進展。九十年代后， 光學電壓互感器的研究進入實用化階段，國外已經(jīng)研制出123kV～765kV 的系列光學電壓互感器。國內(nèi)對光學電壓互感器的研究始于20 世紀80 年代，經(jīng)過近30 年的研究,我國已研制出110kV的光學電壓互感器。
由于有源電子式電壓互感器在技術和成本等方面的要求均比較低，易取得實用化進展，因而成為我國電子式電壓互感器的研究熱點。目前，我國許多大學和科研單位都在從事有源電子式電壓互感器的研制工作，并已達到較實用的水平。同時一些公司已可小規(guī)模地生產(chǎn)符合國標的有源電子式電壓互感器。為了規(guī)范和推動電子式互感器的發(fā)展， 國際電工委員(IEC)在1999 年制定了電子式電壓互感器和電子式電流互感器標準IEC60044 -7 和IEC60044-8。2007 年我國在沈陽變壓器研究所全國互感器標準化技術委員會的主持下, 參照國際電工委員會制定的標準IEC60044-7 和IEC60044-8 并結合我國的實際情況, 頒布了基于IEC 標準的電子式互感器國家標準GB/T20840.7 -2007 和GB/T20840.8-2007。制定和發(fā)布這些標準說明我國電子式互感器已經(jīng)從研發(fā)階段進入到了實用階段。
3 光學電壓互感器
3.1 光學電壓互感器的原理
光學電壓互感器研究的起始階段， 主要是基于電光效應的純光學式的光學電壓互感器的研究，但是由于這種互感器光學轉(zhuǎn)換器件的溫度的特性，一直無法滿足戶外環(huán)境下0.2 級精度的要求，因此，目前已改為研究電子式的光學電壓互感器。光學電壓互感器的測量原理大致可分為基于Pockels 效應和基于逆壓電效應或電致伸縮效應兩種。目前研究的光學電壓互感器大多是基于Pockels效應。Pockels 效應就是電光晶體在沒有外加電場作用時是各向同性的，而在外加電壓作用下，晶體變?yōu)楦飨虍愋缘碾p軸晶體， 從而導致其折射率和通過晶體的光偏振態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生雙折射，一束光變成兩束偏振光，且這兩束光的速率不同。借助雙折射效應和干涉的方法進行精確地測量，進而得到所要測量的電壓值。
光學電壓互感器具有尺寸小、重量輕、絕緣性好、頻帶寬、動態(tài)范圍大、不受電磁干擾和安全性好等優(yōu)點。因此，各國都在尋求把光電子學技術用于特高壓大電流電網(wǎng)中的方法。
3.2 存在的問題
(1)需要較多的精度要求比較高的光學部件，光學系統(tǒng)的封裝校準困難，不易進行批量生產(chǎn)，運輸過程中易損壞，給現(xiàn)場安裝、運行和調(diào)試帶來了困難。
(2)影響光學電壓互感器可靠性與精度的最關鍵的溫度和光電轉(zhuǎn)換的非線性問題有待解決。
(3)電源供電模塊應做進一步改進。
4 電容分壓電子式電壓互感器
4.1 電容分壓電子式電壓互感器的原理
電容分壓電子式電壓互感器的關鍵是電容分壓器。電容分壓器由高壓臂電容C1和低壓臂電容C2組成。電容分壓器利用電容分壓原理實現(xiàn)電壓變換，將高壓分為低壓并進行A/D 變換，經(jīng)電/光轉(zhuǎn)換耦合進行光纖傳輸， 傳至信號處理單元進行光/電轉(zhuǎn)換，經(jīng)微機系統(tǒng)處理輸出數(shù)字信號或進行D/A 轉(zhuǎn)換輸出模擬信號。
該互感器由光纖傳送信號， 解決了絕緣和抗電磁干擾問題，并且無鐵心，因此不存在由于鐵心飽和引起的一系列問題，動態(tài)響應好，二次負載的變化對暫態(tài)過程影響不大。
4.2 存在的問題
(1)其傳感元件為電容分壓器，最突出的暫態(tài)問題是高壓側出口短路和電荷俘獲現(xiàn)象。
(2)電容分壓器的電容隨環(huán)境溫度的變化而變化。如果沿著電容分壓器高度方向溫度不均勻,電容的分壓比將發(fā)生改變，電壓互感器的誤差就會增大。
(3)電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定，使得串聯(lián)在電路中的電抗器和并聯(lián)在電路中的電容器之間可能發(fā)生不平衡諧振。
(4)一次電壓過零短路將產(chǎn)生較大誤差。
5 電阻分壓電子式電壓互感器
5.1 電阻分壓電子式電壓互感器原理
其中由高壓臂電阻R1和低壓臂電阻R2組成電阻分壓器，并獲取電壓信號。為防止低壓部分過電壓和保護二次側測量裝置，在低壓電阻上加裝一個放電管S，
使其放電電壓略小于或等于低壓側允許的最大電壓。該電壓傳感器體積小、重量輕、結構簡單、傳輸頻帶寬、線性度好、無諧振、克服了鐵心飽和的缺點、無負載分擔、允許短路開路和具有較高的可靠性，并且一個傳感器可以同時滿足測量和保護的要求。因此在中低壓系統(tǒng)具有廣闊的應用前景。
