笔者介绍了开关柜中的零序电压互感器（适用于0.38~66kV），分析了其特点，讲解了如何选择合适的零序电压互感器，以达到最佳的使用效果。
1 概述
在中压电力系统项目中，我们的开关柜设计人员经常会遇到开关柜中零序电压互感器的选择问题。 不同的零序电压互感器具有不同的特性，其应用环境也有不同的不同。 在开关柜设计中如何合理选用零序电压互感器已成为开关柜设计者经常遇到的问题。 本文对此问题进行初步分析。
2 零序电压互感器的特点及分类
2.1 零序电压互感器及其特性
零序电压互感器是用来测量零序电压的，因此可以称为零序电压滤波器。 其结构与普通穿心式电压互感器类似，只不过其初级定子为三相线（三相线共同穿过变压器环形铁心），次级定子响应零序。 -一次系统的序电压。
在中性点不直接接地的系统中，零序电压互感器和接地熔断器构成三相接地保护装置。 系统正常运行时，经过零序电压互感器一次侧的单相电压矢量和为零，即Ia+Ib+Ic=0。 此时，零序电压互感器处于非工作状态。 当发生三相接地故障（如A相）时，Ia+Ib+Ic=3Ioc，3Ioc等于B相和C相对地电容电压的矢量和，铁芯中出现零序磁路，铁损在次级定子中感应出电动势，次级电压流过接地熔断器使其动作。
简单地说，零序电压互感器是在电力系统形成零序接地电压时与继电保护装置或信号装置配合使用，使装置动作以实现保护或监测功能。
2.2 零序电压互感器的分类
根据安装方式不同，有整体式（如LJ、LJZ）和分体式（如LXK）两种。 外观如图1所示。
根据产品结构不同，有母线型（如LJM）和电缆型（如LJ、LJZ、LXK）两种。 外观如图1所示。
根据配合保护的不同，可分为小电压接地选线装置、熔断器保护、微机保护三种类型。
图1 零序电压互感器
3 零序电压互感器的选择
3.1 安装方法
在维护和安装方面，尽量采用LJK、LXK分体式零序电压互感器。 拆解后外观如图2所示； LJ、LJZ为老式结构，维修更换时必须重新制作电缆头。 不建议。
图2 开合零序电压互感器的分闸状态
3.2 产品结构
根据实际用途选择。 通常，大多数采用电缆类型（如LJ、LJZ、LXK）。 在极少数场合，需要采用分母型（如LJM），如发电机出口的零序保护。
3.3 协调保护
根据配套使用的保护装置进行相应选择。 根据保护装置的不同，可分为以下类型：
1）零序电压互感器与小电压接地选线装置配合使用
低压接地一线装置本身没有整定值，零序电压只是该装置的评判标准之一。 要求零序电压互感器也应有一定的输出，满足装置启动阈值，选择接地线路或闭合相应线路。
设备本身的负载阻抗并不大，但每个零序电压互感器都需要通过电缆与设备连接，因此电缆的阻抗是零序电压互感器的主要负载阻抗，而负载这些零序电压互感器的阻抗通常在2.5Ω左右。
这些零序电压互感器通常可以选择无铁损的，初级零序电压为1-40A，次级电压为0.02-1A左右。
2）零序电压互感器与DD11/60接地熔断器配合使用
DD11/60接地熔断器线圈并联阻抗为10Ω，动作整定值为0.03A。 这些零序电压互感器通常可以选择无铁损的，初级零序电压为2-4A，次级电压为0.03-0.06A左右。
3）零序电压互感器与DL11/0.2型电压熔断器配套使用
DL11/0.2熔丝线圈的并联阻抗为10Ω，其动作整定值为0.1A。 这些零序电压互感器通常为无铁损型，初级零序电压为10A，次级电压为0.2A左右。
4）与微机保护装置配合使用的零序电压互感器
微机保护装置的阻抗通常不超过0.2~0.4Ω，零序过流保护二次动作整定值为0.1~20A。 这些零序电压互感器通常可以根据铁损、容量和精度等级要求来选择类型。
3.4 零序电压互感器铁损的选择
零序电压互感器的应用通常选择铁损小的，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，因为只有发生接地故障时，零序电压互感器才有输出。 当对地电压很大时人们不会做出保护动作。
无需考虑逃逸负载电压）但由于初级定子是电力电缆，只有一匝，所以，50/5； 10/1的零序电压互感器二次额定电阻只有10匝，因此50/5、10/1零序电压互感器负载特性较差，当实际负载阻抗与零序容量有关时，电压互感器的顺序不一致，会出现较大的偏差，而且当电压高于额定电压时，偏差会加强，因此在可能的情况下，尽量采用较大的铁损。
1）有保护整定值时的铁损选择
具有保护定值，铁损易于选择。 若固定值为一次电压80A，则保护动作可选择100/5或100/1，对应的零序二次电压值为4A或0.8A，二次动作整定值为零序过流保护0.1～20A以内。
2）内阻接地系统铁损的选择（小电压接地系统，通常用于66kV及以下）
内阻接地系统为三相接地时，流过故障点的电压由两部分组成，一是电容器电压，二是中性点内阻电压，两者之差为90 °。 故障电路的零序电压等于接地点电压与该线路对地电容电流矢量之差，等于该线路对地电容电压与内阻电流矢量和的负值。所有非故障线路见表1。
建议零序电压互感器铁损选用：50/1； 100/1； 150/1； 200/1； 100/5； 200/5。
表1 内阻接地系统接地电压(IR=1-1.5IC)
a) 架空线路电容电压估算
IC=(2.7～3.3)*U*L*10－3(A)
式中：U——电网额定电流（kV）
L——线宽（KM）
系数2.7适用于无防雷线的线路（木杆线路）； 3.3适用于带有防雷线路（木杆线路）的金属塔
变电站用电设备引起的电容电压增量可根据表2左右求得。
表2 电力设备引起的电容器电压升高
b) 电缆比同宽度架空线电容电压大25倍（三芯电缆）至50倍（单芯电缆），可采用IC=0.1U*L(A)近似估计。 表3中的平均值也可用于估计。
表3 电缆线路电容电压平均值（A/KM）
3）中性点不接地、消弧线圈接地系统（小电压接地系统，通常用于66kV及以下）零序电压互感器铁损的选用。
当中性点不接地且系统三相接地时，流经故障点的电压仅为电网对地电容电压。 当这些系统接地电压较大，或保护最低启动电压较小时，可选用铁损较大的零序电压互感器，如50/1； 100/1； 100/5； 150/5及以上。 而且，一些中性点不接地系统通常不允许对地电压超过10A，因此10A以下的保护通常都会动作。
当消弧线圈接地系统为三相接地时，由于消弧线圈形成的电感电压与三相接地的电容电压相中和，因此通常不会出现超过10A的接地电压（通常为过补偿时，实际接地电压已经是电感电压）。
由于采用综合保护，所以需要整定值（如果不采用综合保护，有时采用高灵敏度零序电压互感器及配套熔断器，见3.3 1~3）），通常整定值≤10A，如设置初级电压为5A，可以考虑100/5A或20/1A。 当初级电压为5A时，次级电压为0.25A，通常超过综合保护的启动电压。
若综合保护最低启动电压>0.25A，则铁损为75/5； 情况更糟。
4）中性点直接接地系统（大电压接地系统，通常用于110kV及以上）铁损的选择
中性点接地系统的三相接地即为三相漏电。 铁损可以选大一些，如：150/5：150/1以上的铁损不能太小，否则无法避免电压不平衡。 注意电缆的中性线不要穿过零序电压互感器。
3.5 零序电压互感器二次额定电压的选择
-2006年规定电流互感器二次额定电压为1A、5A。 考虑到零序电压互感器通常铁损较小零序电流过大怎么解决，尽量选择1A（零序电压互感器二次额定电阻较多），以提高负载能力。 而当一些综合保护设置为1A或5A时，则采用菜单选择。 此时，零序电压互感器的二次额定电压必须服从主电压互感器的二次额定电压值。
3.6 容量选择
容量应与保护装置的阻抗（包括电缆阻抗）相匹配，以保证其准确度。
1）容量与次级阻抗的关系
Z=S/I2 或 S=I2×Z
在公式：
S：容量（额定负载），以“VA”表示
I：二次额定电压，（5A或1A）用“A”表示
Z：二次连接仪表或熔断器的阻抗与二次连接线的阻抗之和，以“Ω”表示
例如：铁损100/5 容量：5VA
Z=S/I2=5/52=0.2(Ω)
铁损150/5 容量：10VA
Z=S/I2=10/52=0.4（Ω）
铁损100/1 容量：2.5VA
Z=S/I2=2.5/I2=2.5（Ω）
铁损50/1 容量：1VA
Z=S/I2=1/12=1(Ω)
2）精度与容量（额定负载）的关系
-2006规定：“在额定频率和额定负载下，电压偏差、相位差和复合偏差不得超过表4所列限值。” 因此，所选用的零序电压互感器的容量应与二次回路（装置和电路）的阻抗匹配一致，才能达到上表的精度，如果所选用的容量大于实际的零序电压互感器将会使用时出现正偏差，否则出现负偏差。
表4 保护电压互感器偏差限值
3）支持综合保护等电子保护的零序电压互感器容量
如果这些保护装置安装在本地（开关柜上），则环路阻抗可以忽略不计，通常在0.2Ω-0.4Ω范围内。 二次额定电压为5A的零序变压器为5VA，二次额定电压为1A的零序电压互感器为0.2VA—0.4VA。 如果电缆连接电路较长，应考虑电路阻抗以增强容量。
4）与熔断器配套的零序电压互感器容量
表5 常用电磁熔断器阻抗（Ω）
根据零序电压互感器的阻抗（见表5）和额定二次电压零序电流过大怎么解决，可估算出零序电压互感器的容量。
5) 二次回路电缆内阻见表6。
表6 铜线内阻表
3.7 精确等级和精确极限系数
确切的等级是电压互感器的等级。 变压器在规定的使用条件下的偏差应在规定的限度内。 保护用电压互感器的精确等级以其最大综合偏差与其额定精确极限一次电压的比值命名，后接字母“P”（保护）。 保护电压互感器的标准准确等级为5P和10P。
精确限制系数是额定精确限制一次电压与额定一次电压的比值。
例如：铁损100/5； 10p5
其中，10为综合偏差，p为防护等级，5为精确限制系数。
也就是说，当初级电压为500A时，次级电压为25A左右，复合偏差≤10%。 当使用初级电压和额定次级电压时，可以获得更高的精度。 通常，零序电压互感器的具体级数选择为10P。
3.8 动态稳定电压和短时热电流
电压动态稳定意味着初级电压很大时形成的电力不会对电压互感器造成机械损坏。 电缆式零序电压互感器的初级定子是电力电缆，变压器与电力电缆不直接接触，因此没有动态稳压要求。
短期热电流是指在二次定子漏电情况下，电压互感器在1秒内能承受而不损坏的最大一次电压平方根，（以“kA-S”表示）。 通常在5KA/1秒以上。
3.9 零序电压互感器一次、二次电压曲线
a.0~1、初始阶段，零序电压互感器的初级电压较小，因为部分用于励磁，所以次级电压也较小，高灵敏度的零序电压变压器通常工作在这个阶段。
b.1~2、直线部分，一次电压与二次电压成正比，零序电压互感器工作在线性区，有铁损和精度要求的零序电压互感器通常工作在此阶段。
c.2~3，2后变压器进入饱和区。 精确系数2越大，该点越高，越晚进入饱和区。
3.10 零序电压互感器外径的选择
高压电力电缆通常为交联聚乙烯绝缘、聚氯乙烯护套电力电缆。 选择零序电压互感器外径时，通常要求互感器直径必须比电缆直径小20～30mm（见表7），以方便电缆和电缆的安装和维护。变压器。
表7 三芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆选用变压器外径一览表
4 尾声
根据上述分析方法，通过产品的安装形式、结构方式、配合保护等方面结合电力系统的各种运行方式（中性点接地、中性点不接地、电阻接地、消弧线圈接地） ）选择相应的零序电压互感器，以达到零序电压互感器与相应保护装置的最佳配合，保护电力设备。
在实际选型中，应尽量选择树脂浇注型式，外形美观、体积小、安装方便并节省安装空间，仔细权衡不同零序电压互感器的性价比，进一步增加设计成本。开关柜、柜体市场的竞争力降低。
本文编辑自《电气技术》，标题为《开关柜中零序电压互感器的设计与选型》，作者是徐铁军、李跃。