电阻分压的10kV电子式电压互感器分析
摘要：基于电阻分压器的电子式电压互感器的原理、结构和输出信号等与传统的电压互感器有很大不同，其性能主要受电阻特性和杂散电容的影响。

从等效电路的角度分析了电阻特性和杂散电容对电子式电压互感器测量准确度的影响；利用Ansoft 软件包建立分压器的有限元模型对杂散电容进行了计算分析，并根据杂散电容分布对屏蔽罩进行了设计。

在理论分析基础上，研制了一台电阻分压式的10kV 电子式电压互感器，并进行了准确度测试。

关键词：电阻分压器；电子式电压互感器；杂散电容
1 引言
为了能够电能正常的使用，不影响电网供电的稳定安全带的工作，所以需要用电压互感器来对其进行保护，无论是测量的准度还是自身使用的可靠方面都能够成为保护电能的重要组成并且对于电力的及时供应起到了一定的作用。

最多使用在电力系统的电业互感器是电磁式，它的优点是能够测量到相对更大的范围，测量的结果准确度可以符合电能保护的需要，对于该种电压互感器生产技术比较成熟，自身性能很好，以及规范化的校验。

因为受到了传感机理的约束使其也存在着诸多的不便，首先体积庞大不易随时移动、其次动态范围小、最后容易因磁力震动导致短路现象的出现。

之后出现的微电子技术虽然在一定程度上克服了电磁式装置的缺点，却不能够与电力的自动化相匹配。

相继出现的集中形式都不同程度上存在着工作缺陷，最终出现了电阻式，它体积小重量轻可进行移动、但依然存在着影响因素不能使结果更精准。

本文将着重分析其影响因素并对此进行解决分析。

2 原理及结构
10kV电子式电压互感器的结构如图1所示。

互感器主要由电阻分压器、传输系统和信号处理单元组成。

电阻分压器由高压臂电阻R1、低压臂电阻R2 和过电压保护的气体放电管S 构成，低压臂电阻R2 的下端与带螺纹的接地嵌件连接，从而通过接地嵌件实现可靠接地。

电阻分压器作为传感器头，主要将一次母线电压成比例转换为小电压信号输出；传输单元由双层屏蔽绞线和连接端子构成，主要将分压器输出信号传递到信号处理单元，同时实现外界电磁干扰屏蔽功能；信号处理单元主要由电压跟随、相位补偿和比例调节电路组成，实现电压互感器的阻抗变换、相位补偿和幅值调节功能，使得互感器输出信号满足IEC6004−7 的准确度要求。

3、传感器误差分析
3.1 电阻特性影响
由图1 可知，理想电阻分压器的二次输出电压为
式中U1——一次母线电压
U2——电阻分压器低压臂输出电压
电阻分压器的分压比为
分压器电阻在外加电压增加到一定值后，电阻的阻值随电压的增加而减小，从而影响分压比的稳定性。

电阻随外施电压的变化阻值发生改变的非线性程度用电压系数αV 表征
式中R, R0——外施电压为U 和U0 时电阻的阻值由于电阻分压式互感器在运行时，电压主要降落在高压臂电阻R1 上，考虑电阻电压系数影响时分压器的分压比为
电压互感器在受到系统运行过程中因断路的电压谐振电压以及雷击等电压而强大冲击，从而影响其使用的稳定性，过压会超过高压臂的系数的波动范围。

基于这种情况，在使用时可以将打压系数大的电阻器更换为电压系数小的电阻器，并且电阻分压器自身的稳定性能一定要符合要求。

同时，分压器的电阻还会因为外界的自然温度的变化而随之变化，也不利于互感器正常的工作。

温度对分压器影响可表示为
式中αT1, αT2——高低压臂电阻的温度系数从式（5）可知，传感器的分压在分压器高低压臂温度值相同的情况下是不会变化的，而这仅仅在公式理论中成立，到现实的工作中，很难使得二者的数据完全吻合，所以为了避免此类事情发生，虽然不能保持一致，但可以为分压器高低压臂选择小温度系数的电阻器已达到相对比较稳定的效果。

通过以上分析我们可以得出以下结论，首先在使用电子是电压互感器时，需要注意的因素有阻温度系数、电压系数、电阻性能稳定性和可靠性等，只有使各个因素满足具体的实际情况才能保证测量的稳定性和准确性。

10kV 和35kV 电压等级的电子式电压互感器主要选用高稳定性的厚膜电阻作为分压器的高低压臂电阻[3, 7-9]。

根据IEC 60044.7《电子式电压互感器》的要求，对厚膜电阻进行了1min 的交流耐压试验和正负极性各15 次的标准雷电冲击试验，试验前后阻值的相对变化小于10.5，满足测量0.2 级准确度要求；考虑到电阻经受的电压冲击主要来自于中压系统的开关操作过电压，而且开关柜正常运行的时间为几十年，电压冲击次数相当多，文献[13]同时对厚膜电阻进行了冲击次数在104～105 量级的双极性和单极性冲击电压试验，试验结果表明选用高稳定性的厚膜电阻，冲击试验前后阻值相对变化为10.3，厚膜电阻适合用于电力系统中压等级的电压测量。

3.2 杂散电容影响
在高压测试中，电阻对地杂散电容也对分压器性能产生很大的影响，图2 为考虑分压器本体对地杂散电容和对高压部分的杂散电容时的等效电路。

图二
从图中我们可以看出，经过对地杂散电容使原本应通过电阻的一部分改为经对地杂散电容而直接分到地，造成分压器低压臂运行的时实际值与理论估算值相差的原因是分流使更多的电压停留在分压器的上部，所以如果在使用过程中出现对地杂散电容那么对于电压互感器有很大的影响力，为了保证互感器能够更精准在实际中应该尽量减少分压器对地杂散电容的出现率。

而无法减少数量的时候可在分压器上加入屏蔽系统，是电压不再集中，四散分布开，同时产生更多的电流来弥补被引入地的电流。

需要注意的事，对地杂散电容不仅仅只停留在表面，还有很多隐藏在运行的环境之中需要引起我们的注意，比如墙壁内、金属板以及很多电压设备等都可能存在，如果没能及时注意就会对最终的测量结果有影响，如果发现了这类问题可以通过低压屏蔽，从而降低对于互感器的影响。

6 结论
本文实现了一种基于电阻分压器的电子式电压
互感器，测试结果表明其准确度满足IEC60044−7
的0.2 级要求。

对于电阻特性、互感器杂散电容对
电子式互感器性能的影响，采取了以下措施提高基
于电阻分压器的电子式电压互感器的测量准确度：
（1）采用高稳定、低电压系数和低温度系数的
厚膜电阻器作为分压器的高低压臂，从而减少冲击
电压和环境温度对EVT 的性能影响。

（2）在电阻分压器的高压部分安装屏蔽罩，可
以补偿传感器对地杂散电容的分流，减小对地杂散
电容对电子式电压互感器准确度的影响。

（3）在电阻分压器的低压部分装设屏蔽罩，可
以有效控制传感器的对地杂散电容，减少互感器运
行环境不同对其性能的影响。

参考文献：
[1] 方春恩,李伟,任晓,王军,张彼德. 基于电阻分压器的10kV电子式电压互感器的研制[J]. 西华大学学报(自然科学版), 2010,(02) .
[2] 董森森, 李阳, 王何平. 基于电容分压器原理的电子式电压互感器结构形式[J]. 电气制造, 2011,(08).
[3] 王红星,张国庆,蔡兴国,郭志忠. 电容分压型电子式电压互感器研究与设计[J]. 电力自动化设备, 2009,(10) .。