电压互感器如何使用

电压互感器是电力系统中用于精确测量高压线路电压的关键设备，其核心功能是将高电压按比例转换为安全的低电压，供测量仪表和保护装置使用。正确使用电压互感器涉及选型、安装、接线、维护及安全操作等多个关键环节，需要严格遵循技术规范与安全规程。本文将系统阐述电压互感器的工作原理、类型选择、安装调试、日常维护、故障处理以及在实际应用中的注意事项，旨在为电力从业人员提供一份全面、深度的实用操作指南。

       在电力系统的庞大网络中，电压的精确测量与监控是保障电网安全、稳定和经济运行的基础。面对动辄数千甚至数十万伏的高压电，直接使用普通仪表进行测量既不安全也不可行。这时，一种被称为“电压互感器”的设备便扮演了不可或缺的角色。它如同一位忠诚的“翻译官”或“降压使者”，将高不可攀的系统电压，按精确的比例转换为标准的、安全的低电压信号，输送给我们的测量表计、继电保护装置以及自动控制系统。然而，这个“翻译官”的工作并非简单的转换，其使用过程蕴含着一系列严谨的技术规范和操作智慧。掌握电压互感器的正确使用方法，对于每一位电力工程师、运维人员乃至相关领域的技术人员而言，都是一项必备的专业技能。本文将深入探讨电压互感器从原理认知到实践操作的全流程，为您揭开其专业使用的神秘面纱。

       

一、 理解基石：电压互感器的工作原理与核心类型

       要正确使用任何设备，首先必须理解其内在的工作原理。电压互感器，本质上是一种特殊设计的变压器。其工作原理基于电磁感应定律。它的一次绕组并联接入被测的高压电路，二次绕组则连接测量仪表或保护装置。设计时，通过精确控制一次绕组和二次绕组的匝数比，使得二次侧的输出电压与一次侧的被测电压保持一个固定且已知的比例关系，例如常见的100伏比1伏，100伏比根号3分之一伏等。同时，其二次侧的额定负荷通常设计得很小，因此它在正常工作时接近于空载运行的变压器状态，这是它与电力变压器的一个重要区别。

       根据绝缘结构、安装方式和使用场合的不同，电压互感器主要分为以下几类：电磁式电压互感器，这是最传统和常见的类型，依靠油纸或环氧树脂等绝缘介质；电容式电压互感器，常用于110千伏及以上超高压系统，它通过电容分压原理获取中间电压，再经电磁单元变换输出，兼具电压变换和载波通信耦合功能；还有非接触式的光学电压互感器，利用光电效应进行测量，代表了未来的技术发展方向。在选择时，需根据系统电压等级、准确度要求、安装空间、成本预算以及是否需要通信耦合功能等因素综合决定。国家能源局发布的《电力互感器检定规程》等权威文件，为各类电压互感器的技术参数和性能要求提供了法定依据。

       

二、 使用前的精准匹配：选型与参数确认

       使用电压互感器的第一步，并非匆忙接线，而是进行周密的选型与参数核对。错误的选型轻则导致测量不准，重则引发设备损坏甚至安全事故。选型时需要关注的核心参数包括：额定电压比，即一次额定电压与二次额定电压之比，它必须与被测系统电压和仪表输入电压匹配；准确度等级，如0.2级、0.5级、3P级等，计量回路通常要求0.2级或0.5级，保护回路则多用3P或6P级；额定容量，指在额定电压和额定负荷下，互感器二次侧所能输出的视在功率，单位通常为伏安，所选互感器的额定容量必须大于或等于所有二次设备实际消耗容量之和，并留有适当裕度；绝缘水平，需满足安装点的系统最高运行电压和绝缘要求。此外，还需考虑安装方式（如户内、户外、支柱式、套管式）、环境条件、是否需要防爆或防污秽等特殊设计。

       

三、 安全之本：安装环境与物理固定

       电压互感器的安装是确保其长期稳定运行的基础。安装场所应干燥、清洁、通风良好，无剧烈震动，无腐蚀性气体。对于户外安装的互感器，其外壳防护等级需满足当地气候条件。安装时，必须保证互感器垂直或按厂家规定角度牢固固定，基础或支架应有足够的机械强度。一次高压引线的连接应接触良好，连接端子不应承受额外的机械应力。同时，要确保互感器外壳可靠接地，这是防止一次高压窜入二次低压侧、保障人身和设备安全的最重要措施。接地线应采用截面积符合要求的铜导线，并直接与主接地网可靠连接。

       

四、 神经脉络：二次回路的正确接线

       二次接线是将电压互感器与后端设备连接起来的“神经脉络”，其正确性直接决定了测量和保护的可靠性。首先，必须明确接线方式。常见的有单相接线、不完全星形接线以及全星形接线。三相系统中，通常采用三台单相互感器接成星形，以获得相电压和线电压。其次，接线时必须严格区分极性。电压互感器的一次和二次绕组端子都有明确的极性标记（如A和a为同极性端）。在接线时，必须按照标记正确连接，否则会导致相序错误、仪表反指或保护误动。所有二次接线应使用截面足够的绝缘铜芯线，导线排列整齐，端子压接牢固，并套上清晰的线号管。

       一个至关重要的安全原则是：电压互感器的二次侧必须有一点可靠接地。这通常选择在配电装置处的端子箱内，将二次绕组的中性点直接接地。其目的是当一次和二次绕组间的绝缘损坏时，防止高电压窜入二次回路，危及人身安全和设备绝缘。但必须注意，严禁多点接地，因为不同接地点间可能存在电位差，从而在二次回路中形成环流，影响测量精度甚至烧毁绕组。

       

五、 投入运行：通电前的检查与测试

       在完成安装和接线后，切勿立即投入运行。必须进行一系列严格的检查与测试。首先进行直观检查，确认外观无损伤，螺丝紧固，接地可靠，接线无误。然后使用兆欧表测量一次绕组对地、二次绕组对地以及一次与二次绕组之间的绝缘电阻，其值应符合规程要求。对于新安装或大修后的互感器，还需进行工频耐压试验，以验证其主绝缘强度。在确认绝缘良好后，可进行通电检查。首次通电应在空载状态下进行，观察有无异常声响、冒烟或异味。然后测量二次侧各相电压和相序，确认其数值正确、相序无误，并与一次系统相对应。

       

六、 日常监视：运行中的关键参数监控

       电压互感器投入运行后，需要对其进行持续的监视。运维人员应定期巡视，检查互感器外壳有无渗漏油（对于油浸式）、有无异常发热、有无异常声响或振动、套管表面是否清洁无闪络痕迹、二次接线端子有无松动或过热现象。同时，应通过后台监控系统或现场仪表，关注二次输出电压是否在正常范围内，三相电压是否平衡。若发现二次电压异常降低、波动或为零，应立即排查原因，可能是熔断器熔断、二次回路断线或短路，甚至是互感器内部故障的前兆。

       

七、 防患未然：熔断器的配置与管理

       在电压互感器的二次回路中，通常装设熔断器或微型断路器作为短路保护。其作用是在二次回路发生短路故障时，快速切断电路，防止故障扩大损坏互感器绕组。但配置熔断器需格外谨慎。首先，熔断器的额定电流必须与二次回路的最大负荷电流相匹配，既不能过大（失去保护作用），也不能过小（易发生误熔断）。其次，在接有距离保护等重要保护装置的电压回路中，有时会采用快速自动开关代替熔断器，以提高保护的可靠性，防止因熔断器熔断时间过长导致保护误动或拒动。运维中，应定期检查熔断器是否完好，严禁使用额定电流不符或性能不明的替代品。

       

八、 核心禁忌：防止二次回路短路与接地

       这是使用电压互感器时必须时刻牢记的铁律。电压互感器在正常运行时，其二次侧接近于空载状态，内阻抗很小。一旦二次回路发生短路，将产生巨大的短路电流，不仅会烧毁精密的二次绕组，产生的高温还可能引发火灾或爆炸。因此，在带电情况下进行二次回路作业时，必须采取可靠措施防止短路。例如，使用绝缘工具，在端子排上操作时用绝缘胶布包裹相邻端子等。同样，前文已强调二次回路只能一点接地，多点接地形成的环流危害极大，在施工和检修后必须进行导通性测试予以确认。

       

九、 操作规范：投运与停运的正确步骤

       电压互感器的投运和停运操作需遵循严格的顺序，尤其是对于接有保护装置的回路。投运时，应先检查一次侧隔离开关在断开位置，然后合上二次侧熔断器或开关，最后再合上一次侧隔离开关将其投入系统。停运时，顺序则完全相反：先断开一次侧隔离开关，使互感器脱离高压系统，然后再断开二次侧的熔断器或开关。这个顺序至关重要。如果先断开二次侧，当一次侧仍带电时，互感器处于空载状态，其铁芯可能因磁通饱和而产生过电压和谐振，危及设备绝缘。正确的操作顺序是保障设备安全和人员操作安全的基本要求。

       

十、 隐患克星：铁磁谐振的识别与抑制

       在中性点不直接接地的配电网中，电磁式电压互感器与线路对地电容可能构成特殊的谐振回路。当系统发生单相接地故障消失、断路器合闸或雷击等扰动时，可能激发起铁磁谐振，导致互感器一次绕组中流过远大于额定值的过电流，引起高压熔断器熔断甚至互感器烧毁，同时二次侧会产生虚幻的接地信号，造成误报警。抑制铁磁谐振的措施有多种，例如选用伏安特性较好的抗谐振互感器，在互感器开口三角绕组或中性点接入专用的消谐装置，或在系统中性点加装消弧线圈等。运行人员应能识别谐振现象，并及时采取应对措施。

       

十一、 定期体检：预防性试验与周期检定

       如同人体需要定期体检，电压互感器也需要按照预定的周期进行预防性试验和周期检定，以评估其绝缘状况和计量性能是否依然合格。预防性试验项目通常包括绝缘电阻测试、介质损耗因数测量、交流耐压试验等，旨在发现绝缘老化或受潮等潜在缺陷。周期检定则主要针对其计量性能，包括比值差和相位差的测量，确保其准确度等级仍满足使用要求。这些试验和检定必须由具备资质的机构，依据国家计量检定规程进行。试验和检定记录应妥善保存，作为设备状态评估和到期轮换的依据。

       

十二、 故障应对：常见异常与处理思路

       尽管我们精心维护，故障仍有可能发生。掌握常见故障的现象和处理思路至关重要。内部故障可能表现为绝缘油色谱分析异常、局部过热、甚至爆炸起火，一旦确认内部故障，必须立即停运并更换。外部故障则更为常见，例如二次熔断器熔断，表现为该相二次电压为零或降低，处理方法是停电后更换同规格熔断器，并检查二次回路有无短路点。二次回路断线或接触不良，会导致电压不稳定或指示异常，需要仔细排查接线端子和导线。当系统发生单相接地时，绝缘监察装置会发出信号，此时非故障相电压会升高至线电压，这是正常现象，需与互感器自身故障区分开来，并按规程进行接地查找和处理。

       

十三、 精度保障：误差来源与降低措施

       电压互感器的测量并非绝对理想，其输出值与理论值之间存在比值差和相位差，统称为误差。误差主要来源于互感器本身的励磁电流和绕组阻抗，同时也受二次负荷大小和功率因数的影响。为了将误差控制在允许范围内，除了选用高精度等级的互感器外，在实际使用中还应尽量减少二次回路的负荷，并使其工作在额定负荷的百分之二十五至百分之一百的范围内。避免使用过长的二次连接电缆，因为电缆的阻抗也会增加额外负荷。对于计量用互感器，其二次回路应独立，不得与保护、控制等回路混用，以防相互干扰。

       

十四、 安全红线：工作过程中的个人防护

       所有涉及电压互感器的安装、调试、检修和试验工作，都必须将人身安全放在首位。在高压设备上或附近工作时，必须严格执行工作票制度，做好停电、验电、装设接地线、悬挂标示牌等安全技术措施。即使是在二次回路上工作，也必须意识到一次侧可能因感应或反送电而带有危险电压。工作时需穿绝缘鞋，戴安全帽，必要时使用绝缘垫。使用合格的绝缘工具，并保持与带电部分足够的安全距离。严禁在二次回路带电情况下进行短路或接地操作。安全规程是用鲜血和教训写成的，容不得半点疏忽和侥幸。

       

十五、 技术前沿：电子式与光学电压互感器的应用

       随着智能电网和数字化变电站的发展，电子式电压互感器和光学电压互感器开始得到应用。它们利用电阻分压、电容分压或光学原理直接传感电压信号，通过光纤传输数字信号，彻底消除了传统电磁式互感器固有的铁磁谐振、绝缘爆炸等风险，且频带宽、动态范围大。它们的使用方法与传统互感器有较大不同，通常与合并单元等智能电子设备配套使用。使用者需要熟悉其数字输出接口协议，如国际电工委员会标准协议，并掌握其配置、调试和诊断方法。尽管初期投资较高，但其在安全性、可靠性及与自动化系统集成方面的优势日益凸显。

       

十六、 档案管理：技术资料与运行记录的完整性

       规范的技术档案管理是科学使用和维护设备的重要组成部分。每一台电压互感器都应建立独立的设备档案，内容至少应包括：出厂合格证、安装使用说明书、型式试验报告、安装验收记录、历次预防性试验报告、周期检定证书、故障及处理记录、技术改造记录等。完整的档案不仅能追溯设备全生命周期的健康状况，为状态检修和寿命评估提供数据支持，也是发生责任事故时划分责任的重要依据。在数字化管理趋势下，将这些信息录入资产管理系统，实现动态更新和便捷查询，已成为提升运维管理效率的重要手段。

       

十七、 法规依据：遵循标准与规程的重要性

       电压互感器的制造、选型、安装、试验、运行和维护，绝非仅凭经验，而是有一整套严密的国家标准、行业规程和安全规定作为依据。例如，国家标准对互感器的通用技术条件做出了规定；电力行业标准详细规范了交接和预防性试验的项目与标准；国家电网公司或南方电网公司的企业标准则对现场运行维护提出了更具体的要求。作为使用者，必须主动学习并严格遵守这些法规性文件。它们凝聚了行业共识和科研成果，是确保设备安全、系统稳定、测量准确的最高行为准则。任何脱离规程的“创新”或“简化”，都可能埋下安全隐患。

       

十八、 总结升华：从使用工具到驾驭系统

       纵观全文，电压互感器的使用，远不止于拧紧螺丝、连接导线。它是一个从理论认知到实践操作，从单体设备管理到融入系统运行的完整知识体系和应用闭环。它要求使用者兼具电工学、高电压技术、继电保护、计量学等多学科知识，并具备严谨细致、敬畏规程的职业素养。从正确选型开始，经过规范安装、精准接线、严格测试、安全投运，再到日常监控、定期维护、故障处理，每一个环节都紧密相连，环环相扣。最终，熟练使用电压互感器的意义，在于让我们能够安全、准确、可靠地感知电力系统的“脉搏”，为电网的调度控制、故障保护、经济计量提供无可替代的基础数据，从而真正实现对庞大电能系统的有效驾驭与智慧管理。这，正是电力技术工作者专业价值的核心体现。

       掌握电压互感器的使用之道，便掌握了洞察高压电网的一双“慧眼”。希望这篇详尽的指南，能成为您工作中值得信赖的助手，助您在保障电力系统安全稳定运行的征途上，步履更加坚实，目光更加深邃。