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摘要：电压互感器是普遍应用的电压设备之一，主要用于测定线路的电压、电能和功率，在受到雷击作用时，电压互感器主绝缘很容易出现损坏。本次研究就是对电压互感器主绝缘的弱点进行分析，探讨主绝缘缺陷的发生原因，希望为电压互感器主绝缘的改造和优化提供参考。
关键词：电压互感器；主绝缘；缺陷；原因
1 引言
电压互感器，简称PT/VT，与变压器类似，是用来变换线路上的电压的设备，不同的是，变压器变换电压是为了输送更多的电能，因此容量很大；但电压互感器变换电压是为了给测量仪表和继电保护装置供电，用以测定线路上的电压、功率和电能，因此容量较小。电压互感器的主绝缘是由一次线圈骨架和一次与二次线圈之间的绝缘层构成的，该线圈骨架同时也是一次绕组的机械力支撑设备。在具体应用时，电压互感器主绝缘存在一定的缺陷，无法承受雷电冲击过电压的作用，因此经常出现主绝缘被击穿的事故，降低电压互感器的使用寿命。另外，电压互感器内部绝缘受损，还可能导致高压熔断器多次熔断、相电压异常升高或降低等故障。因此可以说，电压互感器的绝缘能力，是保证电压互感器正常工作的基础，因此需要注重对电压互感器绝缘性的提升。
本次就是对电压互感器主绝缘的弱点和产生缺陷的原因进行分析，试图寻找良好应对电压互感器主绝缘缺陷的对策。
2主绝缘弱点分析
2.1部件更新
过去我国使用的电压互感器的铁芯都是自己生产的叠片铁芯，这种铁芯的接缝较大，会产生较多的伏安损耗；磁化过程的磁滞损耗也较大，因此经济性不高。随着科学技术的进步，我国逐渐研发出矩形卷片铁芯，全面取代了叠片铁芯的地位和作用。相比叠片铁芯，矩形卷片铁芯的接缝大小大大降低，导致的伏安损耗也大幅度降低；在运行时，硅钢片的碾压方向正好是矩形卷片铁芯的卷片方向，因此在磁化过程中产生的磁滞损耗要小得多。因此，在同一种型号的电压互感器上，因为矩形卷片铁芯的尺寸小，线圈电磁线的使用较少，然后油箱尺寸和用油量也相应减小，使得整个电压互感器运行时产生的损耗减少，也就降低了运行成本，进而使得经济性大大提高，给企业带来更多的经济效益。
2.2绝缘性缺陷
矩形卷片铁芯构造的特殊性-封闭式铁芯，意味着线圈硬绝缘筒无法直接套入到铁芯柱上，而是需要先将整个硬绝缘筒锯开一道线口，用手掰开后使缺口扩张，然后再将硬绝缘筒套到铁芯柱上，之后放开手使硬絕缘筒恢复原状。这样一来，导致矩形卷片铁芯绝缘性的制作比较困难，对于人工的依赖性较高。这一点是电压互感器主绝缘存在的缺陷之一。基于此，有人研发出了矩形卷片铁芯绕线机，该设备的作用就是在硬绝缘筒套入到铁芯柱上后，使用专用的支撑环卡住硬绝缘筒，直接在矩形卷片铁芯上绕制一次线圈，这样就大大提高了制作效率和工作效率。另外，矩形卷片铁芯绕线机还能自动进行排线、导线张力控制、预选匝数、断线自动停车等功能。
2.3矩形卷片铁芯的缺陷
电压互感器使用矩形卷片铁芯也同样存在缺陷，主要是一次线圈上的绝缘骨架不是一个整体结构，而是拼装组合起来的组合结构。具体来讲，一次线圈骨架是由一个硬绝缘筒和四个半圆形的绝缘端圈组合而成的。在硬绝缘筒的两端各有两个绝缘端圈（一般是塑料的），具体构造是绝缘端圈插入二次线圈的外径和一次线圈硬绝缘筒内经中，这样可以保证一次线圈和二次线圈的相对平衡固定，同时也能起到大面积的绝缘作用。如图1所示。
图1 电压互感器线圈绝缘结构图
从图中可以看出，8上有一个锯开的切口以及端部和端圈合并的拼合口。6是上下两块端圈的拼合口，在中心线上，这个位置在进行绝缘装配时是固定不变的。7是一次线圈硬绝缘口的开口线，这个线的位置与线圈引出线的位置息息相关。引出线一般是在纵中心线上，当引出线位置与硬绝缘筒缺口成90°直角时，此时硬绝缘筒的缺口和端圈拼合口是重叠的，这个位置就是电压互感器制作时存在的主要绝缘弱点，也是最直接、危险性最大的主绝缘缺陷。
电压互感器在受到雷电冲击时产生的电动力作用下，这个拼接的绝缘骨架很容易松动或干脆裂开，而很多电压互感器的制作商是依靠自锁式塑料扎带穿入图中3上的方形空中，从而将硬绝缘筒和两端的端圈以及一次线圈连接固定起来的，但相对来说，由于材料本身特性的限制，塑料扎带的强度十分有限，所能承受的作用极限也比较低，因此如果受到的外力作用稍微大一些，就容易出现崩断的情况，导致硬绝缘筒与端圈和线圈之间的固定出现松动，进而产生危害。这种现象在电压互感器受雷击损坏的情况中十分普遍。
3绝缘缺陷原因分析
3.1设计不合理
主要是电压互感器绝缘结构的设置不合理，即主绝缘和纵绝缘的设计不合理，这不仅决定了电压互感器主绝缘的强弱，也决定了电压互感器的制作成本。对于电压互感器的主绝缘数据的收集，是事先对电压互感器进行工频和冲击试验电压来测定的。对电压互感器进行雷电冲击电压的作用，此时一次绕组端部会产生一个极度不均匀的电场，即端部电场。据试验分析，雷电冲击导致电压互感器绝缘受到损害的原因，一是因为雷击电压本身较高，是电压互感器本身承受电压的7-10倍，产生的冲击作用较强，而电压互感器无法承受这么大的电压而出现损坏；二是因为雷击电压短时间内大量作用在电压互感器引出线的首端线层上，使得一次绕组端部产生的端部电场高度集中，将首端线层击穿而产生损坏。但与此同时，电压互感器主绝缘的弱点就是在一次绕组端部，也就是硬绝缘筒缺口线和半圆形端圈的拼接口重叠点，这会造成一次线圈到铁芯和二次线圈的放电途径，也就是通过这个重叠缺口，沿着介质进行放电，但因为介质的爬度不够，导致介质表面的电场远超过所能承受的值，因而造成主绝缘损坏。
3.2电极电位不一致
在这一点来说主要是一次和二次绕组以及铁芯所代表的的三个电极的电位各不相同，
这样电压作用在经过时产生的电场强度经常会超过绝缘介质表面所能允许的最大强度，因而造成损坏。一次线圈至铁芯铁轭以及一次线圈至二次线圈之间，沿着绝缘介质表面爬电距离允许的平均电场强度的计算，是通过对被雷击作用导致绝缘损坏的电压互感器的拆卸进行试验的。测量电压互感器实际上沿介质表面爬电的距离数据，然后进行绝缘强度计算和核对。绝缘的测量=工频试验电压与一次线圈至铁芯铁轭以及一次线圈至二次线圈之间沿面爬电距离的商。有研究表明，在工频试验电压下，变压器绝缘介质表面所能允许的最大强度≤0.6kV/mm，但在同样电压下，被雷击损坏的电压互感器进行绝缘计算，发现这个平均电场强度远大于技术要求的最大允许值。因此这三个电极的电压不同，是导致电压互感器主绝缘缺陷的原因之一。
4结语
电压互感器在实际生活和生产中的应用十分普遍，因此对于其绝缘要求也较高，特别是对于雷雨天气比较频繁的地区，要求有很高的主绝缘能力。因此对电压互感器主绝缘进行分析，探究出现主绝缘缺陷的主要原因，借此进行进一步的技术改进。
参考文献：
[1]李果繁，李庆丰.电压互感器主绝缘在制造中存在的缺陷[J].电工电气，2016，（7）：63-64.
关键词：电压互感器；主绝缘；缺陷；原因
1 引言
电压互感器，简称PT/VT，与变压器类似，是用来变换线路上的电压的设备，不同的是，变压器变换电压是为了输送更多的电能，因此容量很大；但电压互感器变换电压是为了给测量仪表和继电保护装置供电，用以测定线路上的电压、功率和电能，因此容量较小。电压互感器的主绝缘是由一次线圈骨架和一次与二次线圈之间的绝缘层构成的，该线圈骨架同时也是一次绕组的机械力支撑设备。在具体应用时，电压互感器主绝缘存在一定的缺陷，无法承受雷电冲击过电压的作用，因此经常出现主绝缘被击穿的事故，降低电压互感器的使用寿命。另外，电压互感器内部绝缘受损，还可能导致高压熔断器多次熔断、相电压异常升高或降低等故障。因此可以说，电压互感器的绝缘能力，是保证电压互感器正常工作的基础，因此需要注重对电压互感器绝缘性的提升。
本次就是对电压互感器主绝缘的弱点和产生缺陷的原因进行分析，试图寻找良好应对电压互感器主绝缘缺陷的对策。
2主绝缘弱点分析
2.1部件更新
过去我国使用的电压互感器的铁芯都是自己生产的叠片铁芯，这种铁芯的接缝较大，会产生较多的伏安损耗；磁化过程的磁滞损耗也较大，因此经济性不高。随着科学技术的进步，我国逐渐研发出矩形卷片铁芯，全面取代了叠片铁芯的地位和作用。相比叠片铁芯，矩形卷片铁芯的接缝大小大大降低，导致的伏安损耗也大幅度降低；在运行时，硅钢片的碾压方向正好是矩形卷片铁芯的卷片方向，因此在磁化过程中产生的磁滞损耗要小得多。因此，在同一种型号的电压互感器上，因为矩形卷片铁芯的尺寸小，线圈电磁线的使用较少，然后油箱尺寸和用油量也相应减小，使得整个电压互感器运行时产生的损耗减少，也就降低了运行成本，进而使得经济性大大提高，给企业带来更多的经济效益。
2.2绝缘性缺陷
矩形卷片铁芯构造的特殊性-封闭式铁芯，意味着线圈硬绝缘筒无法直接套入到铁芯柱上，而是需要先将整个硬绝缘筒锯开一道线口，用手掰开后使缺口扩张，然后再将硬绝缘筒套到铁芯柱上，之后放开手使硬絕缘筒恢复原状。这样一来，导致矩形卷片铁芯绝缘性的制作比较困难，对于人工的依赖性较高。这一点是电压互感器主绝缘存在的缺陷之一。基于此，有人研发出了矩形卷片铁芯绕线机，该设备的作用就是在硬绝缘筒套入到铁芯柱上后，使用专用的支撑环卡住硬绝缘筒，直接在矩形卷片铁芯上绕制一次线圈，这样就大大提高了制作效率和工作效率。另外，矩形卷片铁芯绕线机还能自动进行排线、导线张力控制、预选匝数、断线自动停车等功能。
2.3矩形卷片铁芯的缺陷
电压互感器使用矩形卷片铁芯也同样存在缺陷，主要是一次线圈上的绝缘骨架不是一个整体结构，而是拼装组合起来的组合结构。具体来讲，一次线圈骨架是由一个硬绝缘筒和四个半圆形的绝缘端圈组合而成的。在硬绝缘筒的两端各有两个绝缘端圈（一般是塑料的），具体构造是绝缘端圈插入二次线圈的外径和一次线圈硬绝缘筒内经中，这样可以保证一次线圈和二次线圈的相对平衡固定，同时也能起到大面积的绝缘作用。如图1所示。
图1 电压互感器线圈绝缘结构图
从图中可以看出，8上有一个锯开的切口以及端部和端圈合并的拼合口。6是上下两块端圈的拼合口，在中心线上，这个位置在进行绝缘装配时是固定不变的。7是一次线圈硬绝缘口的开口线，这个线的位置与线圈引出线的位置息息相关。引出线一般是在纵中心线上，当引出线位置与硬绝缘筒缺口成90°直角时，此时硬绝缘筒的缺口和端圈拼合口是重叠的，这个位置就是电压互感器制作时存在的主要绝缘弱点，也是最直接、危险性最大的主绝缘缺陷。
电压互感器在受到雷电冲击时产生的电动力作用下，这个拼接的绝缘骨架很容易松动或干脆裂开，而很多电压互感器的制作商是依靠自锁式塑料扎带穿入图中3上的方形空中，从而将硬绝缘筒和两端的端圈以及一次线圈连接固定起来的，但相对来说，由于材料本身特性的限制，塑料扎带的强度十分有限，所能承受的作用极限也比较低，因此如果受到的外力作用稍微大一些，就容易出现崩断的情况，导致硬绝缘筒与端圈和线圈之间的固定出现松动，进而产生危害。这种现象在电压互感器受雷击损坏的情况中十分普遍。
3绝缘缺陷原因分析
3.1设计不合理
主要是电压互感器绝缘结构的设置不合理，即主绝缘和纵绝缘的设计不合理，这不仅决定了电压互感器主绝缘的强弱，也决定了电压互感器的制作成本。对于电压互感器的主绝缘数据的收集，是事先对电压互感器进行工频和冲击试验电压来测定的。对电压互感器进行雷电冲击电压的作用，此时一次绕组端部会产生一个极度不均匀的电场，即端部电场。据试验分析，雷电冲击导致电压互感器绝缘受到损害的原因，一是因为雷击电压本身较高，是电压互感器本身承受电压的7-10倍，产生的冲击作用较强，而电压互感器无法承受这么大的电压而出现损坏；二是因为雷击电压短时间内大量作用在电压互感器引出线的首端线层上，使得一次绕组端部产生的端部电场高度集中，将首端线层击穿而产生损坏。但与此同时，电压互感器主绝缘的弱点就是在一次绕组端部，也就是硬绝缘筒缺口线和半圆形端圈的拼接口重叠点，这会造成一次线圈到铁芯和二次线圈的放电途径，也就是通过这个重叠缺口，沿着介质进行放电，但因为介质的爬度不够，导致介质表面的电场远超过所能承受的值，因而造成主绝缘损坏。
3.2电极电位不一致
在这一点来说主要是一次和二次绕组以及铁芯所代表的的三个电极的电位各不相同，
这样电压作用在经过时产生的电场强度经常会超过绝缘介质表面所能允许的最大强度，因而造成损坏。一次线圈至铁芯铁轭以及一次线圈至二次线圈之间，沿着绝缘介质表面爬电距离允许的平均电场强度的计算，是通过对被雷击作用导致绝缘损坏的电压互感器的拆卸进行试验的。测量电压互感器实际上沿介质表面爬电的距离数据，然后进行绝缘强度计算和核对。绝缘的测量=工频试验电压与一次线圈至铁芯铁轭以及一次线圈至二次线圈之间沿面爬电距离的商。有研究表明，在工频试验电压下，变压器绝缘介质表面所能允许的最大强度≤0.6kV/mm，但在同样电压下，被雷击损坏的电压互感器进行绝缘计算，发现这个平均电场强度远大于技术要求的最大允许值。因此这三个电极的电压不同，是导致电压互感器主绝缘缺陷的原因之一。
4结语
电压互感器在实际生活和生产中的应用十分普遍，因此对于其绝缘要求也较高，特别是对于雷雨天气比较频繁的地区，要求有很高的主绝缘能力。因此对电压互感器主绝缘进行分析，探究出现主绝缘缺陷的主要原因，借此进行进一步的技术改进。
参考文献：
[1]李果繁，李庆丰.电压互感器主绝缘在制造中存在的缺陷[J].电工电气，2016，（7）：63-64.