摘要：电容分压式电压传感器以其优良性能而非常适于中压电力系统。本文主要介绍了电容分压式电压传感器的基本原理、性能特点和典型应用情况。指出其具有良好的应用前景。

1. 引言：

在我国，随着配电网自动化的逐步兴起，对线路电压检测的要求也越来越高。长期以来，各种电压自动记录装置主要是受到传统电压测量方法的制约，未能取得大的发展。传统的电磁式电压互感器在当前的电力系统中暴露出了一系列严重的问题，主要表现在：

1.1. 随着电网电压越来越高，体积越来越大，造价也起来越高 [1] 。

1.2. 匝间以及线圈与地之间存在击穿的风险，绝缘的矛盾越来越突出 [2] 。

1.3. 铁芯的饱和问题导致波形失真，线性误差增大。

1.4. 体内充油，存在爆炸的潜在风险，危及周围设备及操作人员的生命安全。

此外，10kV配电网中单相接地故障时有发生，而我国绝大多数的配电网采用小电流接地方式。当小电流接地系统在发生单相接地故障后，非故障相的电压升为线电压，如果采用传统的电压互感器更容易发生过电压绝缘事故。这些都促使人们研制更为先进的电压传感系统。本文主要介绍一种新型的基于电容分压式的电压传感器的基本传感原理、性能特点和典型应用。

2. 传统电容式电压互感器：

传统的电容式电压互感器（CTV）是一种由电容分压器和电磁单元组成的电压互感器，在正常使用条件下工作时，电磁单元的二次电压与加到电容分压器上的一次电压成正比，且相位差接近于零，与电磁式电压互感器相比，其具有以下特点：

2.1. 高电压主要由电容分压器承担，冲击绝缘强度高 [3] 。

2.2. 产品相对价格随电压升高而降低，超高压330kV及以上的电容式电压传感器造价比电磁式的低，在超高压系统中基本上已经取代电磁式电压互感器。

2.3. 使用时，可以避免因电磁式电压互感器引起电力系统工频谐振和铁磁谐振条件，因而在220kV及以下的系统中也有采用电容式电压互感器的趋向。

3. 新型电容分压式电压传感器：

ABB集团是电力和自动化技术领域的领导厂商，其电容分压式电压传感器历经多年的 发展，已经广泛的应用在中压电力系统中

3.1. 原理：

电容C1和C2串联，Up为一次电压，Uout为测量电压，由于C1和C2均为常数，所以测量电压正比于一次电压，且不存在饱和现象，能在测量范围内保持线性。在实际应用中，C1通常为绝缘子内屏蔽网与导体之间的耦合电容，C2通常为外接电容。这样，整个电压传感器的变比 Kn=Up/Uout=(C1+C2)/C1。

3.2. 与传统的CTV相比，新型的电容分压式电压传感器取消了电磁单元，具有以下优点：

3.2.1. 更安全，二次侧输出更小：在实际应用中，通过调整C1和C2之间的比值关系，电压传感器的变比固定为10000：1。应用于10kV的配电网络中，其二次输出值仅为１V，对操作人员而言，更为安全。

3.2.2. 低压边短路无过热危险：即使传感器的二次输出部分发生短路故障，也不会对传感器的本体造成伤害，并且也不会危及与之相连接的其它设备，如智能控制器等，更不会造成人身伤害。

3.2.3. 无铁磁谐振现象：当一定的情况下，铁磁谐振现象会给传统的电磁式的互感器带来一定的风险。由于电容分压式传感器中没有非线性的铁芯材料，所以不会产生铁磁谐振现象。

3.2.4. 体积更小，安装方便：由于采用了先进的制造工艺，可以将传感器的分压电容一次性浇注在绝缘子内，无需额外的空间，也无需在现场进行安装，并且能极大地节省安装空间，特别是在需要同时采集6个电压信号的情况下。

3.2.5. 宽广的动态测量范围：新型的电压传感器可以适用于6kV至20kV的配电网络中，而无需根据电压等级的不同而改变型号 [4] 。

3.3. 系统结构：

3.3.1. 电容分压部分：

在实现产品中，绝缘子内的金属网和主回路导体之间的耦合电容构成了一次分压电容（C1）。为了获得稳定可靠的C1，采用了整体浇铸工艺，将金属网精确定位后，再连同主回路的导体一起用环氧树脂浇铸成型。

绝缘子浇铸成型后，由内部金属网与导体之间产生的的耦合电容值就确定下来，且其容值受温度变化影响较小，非常适合户外情况下使用。并且由于采用填充的材料为环氧树脂，能避免导体与金属网之间发生绝缘击穿的现场，保证了人员的安全。该电压传感器已经通过了电力工业电气设备质量检验测试中心（原武高所）的24kV的型式试验。

3.3.2. 二次放大器部分：

户外架空线路中，开关本体与其FTU往往是同杆架设，之间使用8－10米的控制电缆相连，开关本体提供开关的合分位，以及电流、电压值给FTU用于状态监测，同时FTU也通过控制电缆来对开关本体进行合分闸操作。

而电容分压器提供的二次测量电压为耦合电压信号，无带负载能力，所以需要一个放大器提高其带负载能力。该放大器的基本原理为运算放大器设计，输入输出的比值为1：1，

不会改变输入电压的幅值，从而保证测量的准确性。

3.4. 实际应用：

随着智能电网的概念在全球范围内的兴起，越来越多的配电网络开始要求能对配电线路上的设备进行远方实时的监测、协调、调整及控制，而对线路电压的监控就成了关键的环节。一般情况下，配电网自动化系统至少需要同时检测三相电压，从而实现对线路电压的监控；如果是“手拉手”环网中的联络开关，则通常需要检测两侧共6相电压。在这种情况下，至少需要4支传统的电磁式电压互感器才能达到系统的要求。而如此多的互感器会给现场的安装带来极大的不便。

早在上个世纪，电容分压式电压传感器方案就已经开始应用于实际的配电网络中，与此同时，国内的一些智能配电网络中，也开始采用了这种传感器方案。例如在浙江省海宁市的“三双”（即“双电源、双线路、双接入 [5] ”）改造方案中，通过两侧共6个电压传感器，能同时检测两侧电源的电压，并能根据不同的电源方向，自动实现两个电源之间的相互切换，从而极大地缩短了停电时间。同时这种传感器体积小，无需额外的安装空间，也极大方便了现场的安装。

4. 结论：

电容分压式电压传感器是电网动态监测、提高继电保护可靠性和数字电力系统建设的基础设备，将在现代电力系统中发挥重要的基础测量作用。其体积小、便于安装；二次输入小、更安全；无铁磁谐振等优点，必然使其成为一个重要的发展方向。

参考文献

[1] 田永红。光电互感器的原理及应用前景。贵州电力技术，2006。

[2] 娄凤伟 。双模干涉式光学电压互感器的设计与理论研究。高电压技术， 2010 。

[3] 肖悦娱。光学电压互感器的电场分布对测量的影响。高电压技术，2007。

[4] 郭郴艳，游大海，许广伟。基于电子式电压互感器同期装置的研究。高电压技术，2007。

[5] 浙江省电力公司。浙江省配电网规划设计导则

陈通， 1981 －，男，工程师，双学士学位，厦门