筆者介紹了開(kāi)關(guān)柜中的零序電壓互感器（適用于0.38~66kV），分析了其特點(diǎn)，講解了如何選擇合適的零序電壓互感器，以達(dá)到最佳的使用效果。
1 概述
在中壓電力系統(tǒng)項(xiàng)目中，我們的開(kāi)關(guān)柜設(shè)計(jì)人員經(jīng)常會(huì)遇到開(kāi)關(guān)柜中零序電壓互感器的選擇問(wèn)題。 不同的零序電壓互感器具有不同的特性，其應(yīng)用環(huán)境也有不同的不同。 在開(kāi)關(guān)柜設(shè)計(jì)中??如何合理選用零序電壓互感器已成為開(kāi)關(guān)柜設(shè)計(jì)者經(jīng)常遇到的問(wèn)題。 本文對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行初步分析。
2 零序電壓互感器的特點(diǎn)及分類
2.1 零序電壓互感器及其特性
零序電壓互感器是用來(lái)測(cè)量零序電壓的，因此可以稱為零序電壓濾波器。 其結(jié)構(gòu)與普通穿心式電壓互感器類似，只不過(guò)其初級(jí)定子為三相線（三相線共同穿過(guò)變壓器環(huán)形鐵心），次級(jí)定子響應(yīng)零序。 -一次系統(tǒng)的序電壓。
在中性點(diǎn)不直接接地的系統(tǒng)中，零序電壓互感器和接地熔斷器構(gòu)成三相接地保護(hù)裝置。 系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，經(jīng)過(guò)零序電壓互感器一次側(cè)的單相電壓矢量和為零，即Ia+Ib+Ic=0。 此時(shí)，零序電壓互感器處于非工作狀態(tài)。 當(dāng)發(fā)生三相接地故障（如A相）時(shí)，Ia+Ib+Ic=3Ioc，3Ioc等于B相和C相對(duì)地電容電壓的矢量和，鐵芯中出現(xiàn)零序磁路，鐵損在次級(jí)定子中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，次級(jí)電壓流過(guò)接地熔斷器使其動(dòng)作。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，零序電壓互感器是在電力系統(tǒng)形成零序接地電壓時(shí)與繼電保護(hù)裝置或信號(hào)裝置配合使用，使裝置動(dòng)作以實(shí)現(xiàn)保護(hù)或監(jiān)測(cè)功能。
2.2 零序電壓互感器的分類
根據(jù)安裝方式不同，有整體式（如LJ、LJZ）和分體式（如LXK）兩種。 外觀如圖1所示。
根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不同，有母線型（如LJM）和電纜型（如LJ、LJZ、LXK）兩種。 外觀如圖1所示。
根據(jù)配合保護(hù)的不同，可分為小電壓接地選線裝置、熔斷器保護(hù)、微機(jī)保護(hù)三種類型。
圖1 零序電壓互感器
3 零序電壓互感器的選擇
3.1 安裝方法
在維護(hù)和安裝方面，盡量采用LJK、LXK分體式零序電壓互感器。 拆解后外觀如圖2所示； LJ、LJZ為老式結(jié)構(gòu)，維修更換時(shí)必須重新制作電纜頭。 不建議。
圖2 開(kāi)合零序電壓互感器的分閘狀態(tài)
3.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
根據(jù)實(shí)際用途選擇。 通常，大多數(shù)采用電纜類型（如LJ、LJZ、LXK）。 在極少數(shù)場(chǎng)合，需要采用分母型（如LJM），如發(fā)電機(jī)出口的零序保護(hù)。
3.3 協(xié)調(diào)保護(hù)
根據(jù)配套使用的保護(hù)裝置進(jìn)行相應(yīng)選擇。 根據(jù)保護(hù)裝置的不同，可分為以下類型：
1）零序電壓互感器與小電壓接地選線裝置配合使用
低壓接地一線裝置本身沒(méi)有整定值，零序電壓只是該裝置的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)之一。 要求零序電壓互感器也應(yīng)有一定的輸出，滿足裝置啟動(dòng)閾值，選擇接地線路或閉合相應(yīng)線路。
設(shè)備本身的負(fù)載阻抗并不大，但每個(gè)零序電壓互感器都需要通過(guò)電纜與設(shè)備連接，因此電纜的阻抗是零序電壓互感器的主要負(fù)載阻抗，而負(fù)載這些零序電壓互感器的阻抗通常在2.5Ω左右。
這些零序電壓互感器通常可以選擇無(wú)鐵損的，初級(jí)零序電壓為1-40A，次級(jí)電壓為0.02-1A左右。
2）零序電壓互感器與DD11/60接地熔斷器配合使用
DD11/60接地熔斷器線圈并聯(lián)阻抗為10Ω，動(dòng)作整定值為0.03A。 這些零序電壓互感器通常可以選擇無(wú)鐵損的，初級(jí)零序電壓為2-4A，次級(jí)電壓為0.03-0.06A左右。
3）零序電壓互感器與DL11/0.2型電壓熔斷器配套使用
DL11/0.2熔絲線圈的并聯(lián)阻抗為10Ω，其動(dòng)作整定值為0.1A。 這些零序電壓互感器通常為無(wú)鐵損型，初級(jí)零序電壓為10A，次級(jí)電壓為0.2A左右。
4）與微機(jī)保護(hù)裝置配合使用的零序電壓互感器
微機(jī)保護(hù)裝置的阻抗通常不超過(guò)0.2~0.4Ω，零序過(guò)流保護(hù)二次動(dòng)作整定值為0.1~20A。 這些零序電壓互感器通常可以根據(jù)鐵損、容量和精度等級(jí)要求來(lái)選擇類型。
3.4 零序電壓互感器鐵損的選擇
零序電壓互感器的應(yīng)用通常選擇鐵損小的，如：50/5； 75/5； 100/5； 150/5； 200/5； 300/5； 20/1； 50/1； 100/1； 150/1； 200/1； 300/1，因?yàn)橹挥邪l(fā)生接地故障時(shí)，零序電壓互感器才有輸出。 當(dāng)對(duì)地電壓很大時(shí)人們不會(huì)做出保護(hù)動(dòng)作。
無(wú)需考慮逃逸負(fù)載電壓）但由于初級(jí)定子是電力電纜，只有一匝，所以，50/5； 10/1的零序電壓互感器二次額定電阻只有10匝，因此50/5、10/1零序電壓互感器負(fù)載特性較差，當(dāng)實(shí)際負(fù)載阻抗與零序容量有關(guān)時(shí)，電壓互感器的順序不一致，會(huì)出現(xiàn)較大的偏差，而且當(dāng)電壓高于額定電壓時(shí)，偏差會(huì)加強(qiáng)，因此在可能的情況下，盡量采用較大的鐵損。
1）有保護(hù)整定值時(shí)的鐵損選擇
具有保護(hù)定值，鐵損易于選擇。 若固定值為一次電壓80A，則保護(hù)動(dòng)作可選擇100/5或100/1，對(duì)應(yīng)的零序二次電壓值為4A或0.8A，二次動(dòng)作整定值為零序過(guò)流保護(hù)0.1～20A以內(nèi)。
2）內(nèi)阻接地系統(tǒng)鐵損的選擇（小電壓接地系統(tǒng)，通常用于66kV及以下）
內(nèi)阻接地系統(tǒng)為三相接地時(shí)，流過(guò)故障點(diǎn)的電壓由兩部分組成，一是電容器電壓，二是中性點(diǎn)內(nèi)阻電壓，兩者之差為90 °。 故障電路的零序電壓等于接地點(diǎn)電壓與該線路對(duì)地電容電流矢量之差，等于該線路對(duì)地電容電壓與內(nèi)阻電流矢量和的負(fù)值。所有非故障線路見(jiàn)表1。
建議零序電壓互感器鐵損選用：50/1； 100/1； 150/1； 200/1； 100/5； 200/5。
表1 內(nèi)阻接地系統(tǒng)接地電壓(IR=1-1.5IC)
a) 架空線路電容電壓估算
IC=(2.7～3.3)*U*L*10－3(A)
式中：U——電網(wǎng)額定電流（kV）
L——線寬（KM）
系數(shù)2.7適用于無(wú)防雷線的線路（木桿線路）； 3.3適用于帶有防雷線路（木桿線路）的金屬塔
變電站用電設(shè)備引起的電容電壓增量可根據(jù)表2左右求得。
表2 電力設(shè)備引起的電容器電壓升高
b) 電纜比同寬度架空線電容電壓大25倍（三芯電纜）至50倍（單芯電纜），可采用IC=0.1U*L(A)近似估計(jì)。 表3中的平均值也可用于估計(jì)。
表3 電纜線路電容電壓平均值（A/KM）
3）中性點(diǎn)不接地、消弧線圈接地系統(tǒng)（小電壓接地系統(tǒng)，通常用于66kV及以下）零序電壓互感器鐵損的選用。
當(dāng)中性點(diǎn)不接地且系統(tǒng)三相接地時(shí)，流經(jīng)故障點(diǎn)的電壓僅為電網(wǎng)對(duì)地電容電壓。 當(dāng)這些系統(tǒng)接地電壓較大，或保護(hù)最低啟動(dòng)電壓較小時(shí)，可選用鐵損較大的零序電壓互感器，如50/1； 100/1； 100/5； 150/5及以上。 而且，一些中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)通常不允許對(duì)地電壓超過(guò)10A，因此10A以下的保護(hù)通常都會(huì)動(dòng)作。
當(dāng)消弧線圈接地系統(tǒng)為三相接地時(shí)，由于消弧線圈形成的電感電壓與三相接地的電容電壓相中和，因此通常不會(huì)出現(xiàn)超過(guò)10A的接地電壓（通常為過(guò)補(bǔ)償時(shí)，實(shí)際接地電壓已經(jīng)是電感電壓）。
由于采用綜合保護(hù)，所以需要整定值（如果不采用綜合保護(hù)，有時(shí)采用高靈敏度零序電壓互感器及配套熔斷器，見(jiàn)3.3 1~3）），通常整定值≤10A，如設(shè)置初級(jí)電壓為5A，可以考慮100/5A或20/1A。 當(dāng)初級(jí)電壓為5A時(shí)，次級(jí)電壓為0.25A，通常超過(guò)綜合保護(hù)的啟動(dòng)電壓。
若綜合保護(hù)最低啟動(dòng)電壓>0.25A，則鐵損為75/5； 情況更糟。
4）中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)（大電壓接地系統(tǒng)，通常用于110kV及以上）鐵損的選擇
中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的三相接地即為三相漏電。 鐵損可以選大一些，如：150/5：150/1以上的鐵損不能太小，否則無(wú)法避免電壓不平衡。 注意電纜的中性線不要穿過(guò)零序電壓互感器。
3.5 零序電壓互感器二次額定電壓的選擇
-2006年規(guī)定電流互感器二次額定電壓為1A、5A。 考慮到零序電壓互感器通常鐵損較小零序電流過(guò)大怎么解決，盡量選擇1A（零序電壓互感器二次額定電阻較多），以提高負(fù)載能力。 而當(dāng)一些綜合保護(hù)設(shè)置為1A或5A時(shí)，則采用菜單選擇。 此時(shí)，零序電壓互感器的二次額定電壓必須服從主電壓互感器的二次額定電壓值。
3.6 容量選擇
容量應(yīng)與保護(hù)裝置的阻抗（包括電纜阻抗）相匹配，以保證其準(zhǔn)確度。
1）容量與次級(jí)阻抗的關(guān)系
Z=S/I2 或 S=I2×Z
在公式：
S：容量（額定負(fù)載），以“VA”表示
I：二次額定電壓，（5A或1A）用“A”表示
Z：二次連接儀表或熔斷器的阻抗與二次連接線的阻抗之和，以“Ω”表示
例如：鐵損100/5 容量：5VA
Z=S/I2=5/52=0.2(Ω)
鐵損150/5 容量：10VA
Z=S/I2=10/52=0.4（Ω）
鐵損100/1 容量：2.5VA
Z=S/I2=2.5/I2=2.5（Ω）
鐵損50/1 容量：1VA
Z=S/I2=1/12=1(Ω)
2）精度與容量（額定負(fù)載）的關(guān)系
-2006規(guī)定：“在額定頻率和額定負(fù)載下，電壓偏差、相位差和復(fù)合偏差不得超過(guò)表4所列限值。” 因此，所選用的零序電壓互感器的容量應(yīng)與二次回路（裝置和電路）的阻抗匹配一致，才能達(dá)到上表的精度，如果所選用的容量大于實(shí)際的零序電壓互感器將會(huì)使用時(shí)出現(xiàn)正偏差，否則出現(xiàn)負(fù)偏差。
表4 保護(hù)電壓互感器偏差限值
3）支持綜合保護(hù)等電子保護(hù)的零序電壓互感器容量
如果這些保護(hù)裝置安裝在本地（開(kāi)關(guān)柜上），則環(huán)路阻抗可以忽略不計(jì)，通常在0.2Ω-0.4Ω范圍內(nèi)。 二次額定電壓為5A的零序變壓器為5VA，二次額定電壓為1A的零序電壓互感器為0.2VA—0.4VA。 如果電纜連接電路較長(zhǎng)，應(yīng)考慮電路阻抗以增強(qiáng)容量。
4）與熔斷器配套的零序電壓互感器容量
表5 常用電磁熔斷器阻抗（Ω）
根據(jù)零序電壓互感器的阻抗（見(jiàn)表5）和額定二次電壓零序電流過(guò)大怎么解決，可估算出零序電壓互感器的容量。
5) 二次回路電纜內(nèi)阻見(jiàn)表6。
表6 銅線內(nèi)阻表
3.7 精確等級(jí)和精確極限系數(shù)
確切的等級(jí)是電壓互感器的等級(jí)。 變壓器在規(guī)定的使用條件下的偏差應(yīng)在規(guī)定的限度內(nèi)。 保護(hù)用電壓互感器的精確等級(jí)以其最大綜合偏差與其額定精確極限一次電壓的比值命名，后接字母“P”（保護(hù)）。 保護(hù)電壓互感器的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確等級(jí)為5P和10P。
精確限制系數(shù)是額定精確限制一次電壓與額定一次電壓的比值。
例如：鐵損100/5； 10p5
其中，10為綜合偏差，p為防護(hù)等級(jí)，5為精確限制系數(shù)。
也就是說(shuō)，當(dāng)初級(jí)電壓為500A時(shí)，次級(jí)電壓為25A左右，復(fù)合偏差≤10%。 當(dāng)使用初級(jí)電壓和額定次級(jí)電壓時(shí)，可以獲得更高的精度。 通常，零序電壓互感器的具體級(jí)數(shù)選擇為10P。
3.8 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定電壓和短時(shí)熱電流
電壓動(dòng)態(tài)穩(wěn)定意味著初級(jí)電壓很大時(shí)形成的電力不會(huì)對(duì)電壓互感器造成機(jī)械損壞。 電纜式零序電壓互感器的初級(jí)定子是電力電纜，變壓器與電力電纜不直接接觸，因此沒(méi)有動(dòng)態(tài)穩(wěn)壓要求。
短期熱電流是指在二次定子漏電情況下，電壓互感器在1秒內(nèi)能承受而不損壞的最大一次電壓平方根，（以“kA-S”表示）。 通常在5KA/1秒以上。
3.9 零序電壓互感器一次、二次電壓曲線
a.0~1、初始階段，零序電壓互感器的初級(jí)電壓較小，因?yàn)椴糠钟糜趧?lì)磁，所以次級(jí)電壓也較小，高靈敏度的零序電壓變壓器通常工作在這個(gè)階段。
b.1~2、直線部分，一次電壓與二次電壓成正比，零序電壓互感器工作在線性區(qū)，有鐵損和精度要求的零序電壓互感器通常工作在此階段。
c.2~3，2后變壓器進(jìn)入飽和區(qū)。 精確系數(shù)2越大，該點(diǎn)越高，越晚進(jìn)入飽和區(qū)。
3.10 零序電壓互感器外徑的選擇
高壓電力電纜通常為交聯(lián)聚乙烯絕緣、聚氯乙烯護(hù)套電力電纜。 選擇零序電壓互感器外徑時(shí)，通常要求互感器直徑必須比電纜直徑小20～30mm（見(jiàn)表7），以方便電纜和電纜的安裝和維護(hù)。變壓器。
表7 三芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜選用變壓器外徑一覽表
4 尾聲
根據(jù)上述分析方法，通過(guò)產(chǎn)品的安裝形式、結(jié)構(gòu)方式、配合保護(hù)等方面結(jié)合電力系統(tǒng)的各種運(yùn)行方式（中性點(diǎn)接地、中性點(diǎn)不接地、電阻接地、消弧線圈接地） ）選擇相應(yīng)的零序電壓互感器，以達(dá)到零序電壓互感器與相應(yīng)保護(hù)裝置的最佳配合，保護(hù)電力設(shè)備。
在實(shí)際選型中，應(yīng)盡量選擇樹(shù)脂澆注型式，外形美觀、體積小、安裝方便并節(jié)省安裝空間，仔細(xì)權(quán)衡不同零序電壓互感器的性價(jià)比，進(jìn)一步增加設(shè)計(jì)成本。開(kāi)關(guān)柜、柜體市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力降低。
本文編輯自《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為《開(kāi)關(guān)柜中零序電壓互感器的設(shè)計(jì)與選型》，作者是徐鐵軍、李躍。