筆者介紹了開關(guān)柜中的零序電壓互感器（適用于0.38~66kV），分析了其特點，講解了如何選擇合適的零序電壓互感器，以達到最佳的使用效果。
1 概述
在中壓電力系統(tǒng)項目中，我們的開關(guān)柜設(shè)計人員經(jīng)常會遇到開關(guān)柜中零序電壓互感器的選擇問題。 不同的零序電壓互感器具有不同的特性，其應用環(huán)境也有不同的不同。 在開關(guān)柜設(shè)計中??如何合理選用零序電壓互感器已成為開關(guān)柜設(shè)計者經(jīng)常遇到的問題。 本文對此問題進行初步分析。
2 零序電壓互感器的特點及分類
2.1 零序電壓互感器及其特性
零序電壓互感器是用來測量零序電壓的，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，只不過其初級定子為三相線（三相線共同穿過變壓器環(huán)形鐵心），次級定子響應零序。 -一次系統(tǒng)的序電壓。
在中性點不直接接地的系統(tǒng)中，零序電壓互感器和接地熔斷器構(gòu)成三相接地保護裝置。 系統(tǒng)正常運行時，經(jīng)過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，零序電壓互感器處于非工作狀態(tài)。 當發(fā)生三相接地故障（如A相）時，Ia+Ib+Ic=3Ioc，3Ioc等于B相和C相對地電容電壓的矢量和，鐵芯中出現(xiàn)零序磁路，鐵損在次級定子中感應出電動勢，次級電壓流過接地熔斷器使其動作。
簡單地說，零序電壓互感器是在電力系統(tǒng)形成零序接地電壓時與繼電保護裝置或信號裝置配合使用，使裝置動作以實現(xiàn)保護或監(jiān)測功能。
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)配合保護的不同，可分為小電壓接地選線裝置、熔斷器保護、微機保護三種類型。
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)，維修更換時必須重新制作電纜頭。 不建議。
圖2 開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)場合，需要采用分母型（如LJM），如發(fā)電機出口的零序保護。
3.3 協(xié)調(diào)保護
根據(jù)配套使用的保護裝置進行相應選擇。 根據(jù)保護裝置的不同，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有整定值，零序電壓只是該裝置的評判標準之一。 要求零序電壓互感器也應有一定的輸出，滿足裝置啟動閾值，選擇接地線路或閉合相應線路。
設(shè)備本身的負載阻抗并不大，但每個零序電壓互感器都需要通過電纜與設(shè)備連接，因此電纜的阻抗是零序電壓互感器的主要負載阻抗，而負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?？梢赃x擇無鐵損的，初級零序電壓為1-40A，次級電壓為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，動作整定值為0.03A。 這些零序電壓互感器通常可以選擇無鐵損的，初級零序電壓為2-4A，次級電壓為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，其動作整定值為0.1A。 這些零序電壓互感器通常為無鐵損型，初級零序電壓為10A，次級電壓為0.2A左右。
4）與微機保護裝置配合使用的零序電壓互感器
微機保護裝置的阻抗通常不超過0.2~0.4Ω，零序過流保護二次動作整定值為0.1~20A。 這些零序電壓互感器通常可以根據(jù)鐵損、容量和精度等級要求來選擇類型。
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，因為只有發(fā)生接地故障時，零序電壓互感器才有輸出。 當對地電壓很大時人們不會做出保護動作。
無需考慮逃逸負載電壓）但由于初級定子是電力電纜，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載特性較差，當實際負載阻抗與零序容量有關(guān)時，電壓互感器的順序不一致，會出現(xiàn)較大的偏差，而且當電壓高于額定電壓時，偏差會加強，因此在可能的情況下，盡量采用較大的鐵損。
1）有保護整定值時的鐵損選擇
具有保護定值，鐵損易于選擇。 若固定值為一次電壓80A，則保護動作可選擇100/5或100/1，對應的零序二次電壓值為4A或0.8A，二次動作整定值為零序過流保護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，流過故障點的電壓由兩部分組成，一是電容器電壓，二是中性點內(nèi)阻電壓，兩者之差為90 °。 故障電路的零序電壓等于接地點電壓與該線路對地電容電流矢量之差，等于該線路對地電容電壓與內(nèi)阻電流矢量和的負值。所有非故障線路見表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。 表3中的平均值也可用于估計。
表3 電纜線路電容電壓平均值（A/KM）
3）中性點不接地、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。
當中性點不接地且系統(tǒng)三相接地時，流經(jīng)故障點的電壓僅為電網(wǎng)對地電容電壓。 當這些系統(tǒng)接地電壓較大，或保護最低啟動電壓較小時，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，一些中性點不接地系統(tǒng)通常不允許對地電壓超過10A，因此10A以下的保護通常都會動作。
當消弧線圈接地系統(tǒng)為三相接地時，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，因此通常不會出現(xiàn)超過10A的接地電壓（通常為過補償時，實際接地電壓已經(jīng)是電感電壓）。
由于采用綜合保護，所以需要整定值（如果不采用綜合保護，有時采用高靈敏度零序電壓互感器及配套熔斷器，見3.3 1~3）），通常整定值≤10A，如設(shè)置初級電壓為5A，可以考慮100/5A或20/1A。 當初級電壓為5A時，次級電壓為0.25A，通常超過綜合保護的啟動電壓。
若綜合保護最低啟動電壓>0.25A，則鐵損為75/5； 情況更糟。
4）中性點直接接地系統(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，否則無法避免電壓不平衡。 注意電纜的中性線不要穿過零序電壓互感器。
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），以提高負載能力。 而當一些綜合保護設(shè)置為1A或5A時，則采用菜單選擇。 此時，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
容量應與保護裝置的阻抗（包括電纜阻抗）相匹配，以保證其準確度。
1）容量與次級阻抗的關(guān)系
Z=S/I2 或 S=I2×Z
在公式：
S：容量（額定負載），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（額定負載）的關(guān)系
-2006規(guī)定：“在額定頻率和額定負載下，電壓偏差、相位差和復合偏差不得超過表4所列限值?！?因此，所選用的零序電壓互感器的容量應與二次回路（裝置和電路）的阻抗匹配一致，才能達到上表的精度，如果所選用的容量大于實際的零序電壓互感器將會使用時出現(xiàn)正偏差，否則出現(xiàn)負偏差。
表4 保護電壓互感器偏差限值
3）支持綜合保護等電子保護的零序電壓互感器容量
如果這些保護裝置安裝在本地（開關(guān)柜上），則環(huán)路阻抗可以忽略不計，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，應考慮電路阻抗以增強容量。
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（見表5）和額定二次電壓零序電流過大怎么解決，可估算出零序電壓互感器的容量。
5) 二次回路電纜內(nèi)阻見表6。
表6 銅線內(nèi)阻表
3.7 精確等級和精確極限系數(shù)
確切的等級是電壓互感器的等級。 變壓器在規(guī)定的使用條件下的偏差應在規(guī)定的限度內(nèi)。 保護用電壓互感器的精確等級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）。 保護電壓互感器的標準準確等級為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為防護等級，5為精確限制系數(shù)。
也就是說，當初級電壓為500A時，次級電壓為25A左右，復合偏差≤10%。 當使用初級電壓和額定次級電壓時，可以獲得更高的精度。 通常，零序電壓互感器的具體級數(shù)選擇為10P。
3.8 動態(tài)穩(wěn)定電壓和短時熱電流
電壓動態(tài)穩(wěn)定意味著初級電壓很大時形成的電力不會對電壓互感器造成機械損壞。 電纜式零序電壓互感器的初級定子是電力電纜，變壓器與電力電纜不直接接觸，因此沒有動態(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電壓較小，因為部分用于勵磁，所以次級電壓也較小，高靈敏度的零序電壓變壓器通常工作在這個階段。
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后變壓器進入飽和區(qū)。 精確系數(shù)2越大，該點越高，越晚進入飽和區(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、聚氯乙烯護套電力電纜。 選擇零序電壓互感器外徑時，通常要求互感器直徑必須比電纜直徑小20～30mm（見表7），以方便電纜和電纜的安裝和維護。變壓器。
表7 三芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護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，通過產(chǎn)品的安裝形式、結(jié)構(gòu)方式、配合保護等方面結(jié)合電力系統(tǒng)的各種運行方式（中性點接地、中性點不接地、電阻接地、消弧線圈接地） ）選擇相應的零序電壓互感器，以達到零序電壓互感器與相應保護裝置的最佳配合，保護電力設(shè)備。
在實際選型中，應盡量選擇樹脂澆注型式，外形美觀、體積小、安裝方便并節(jié)省安裝空間，仔細權(quán)衡不同零序電壓互感器的性價比，進一步增加設(shè)計成本。開關(guān)柜、柜體市場的競爭力降低。
本文編輯自《電氣技術(shù)》，標題為《開關(guān)柜中零序電壓互感器的設(shè)計與選型》，作者是徐鐵軍、李躍。