電壓互感器是電力系統(tǒng)中一次電氣回路與二次電氣回路間*的連接設(shè)備， 其精度及可靠性與電力系統(tǒng)的可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行密切相關(guān)。目前，電網(wǎng)中普遍采用電磁式電壓互感器或電容分壓式電壓互感器進(jìn)行電壓測量、電能計量和繼電保護(hù)。由于傳統(tǒng)的電壓互感器二次輸出的100V 或100/姨3 V 的電壓信號不能直接和微機(jī)相連， 因此已難以適應(yīng)電力系統(tǒng)自動化、數(shù)字化和智能化的發(fā)展趨勢。而由于現(xiàn)代電子測量技術(shù)能實(shí)現(xiàn)對微弱信號的測量，繼電保護(hù)和二次測量裝置不再需要大功率大驅(qū)動，僅需幾伏的電壓信號, 即系統(tǒng)對互感器的參數(shù)要求發(fā)生了變化，因而出現(xiàn)了電子式電壓互感器，并且電子技術(shù)、計算機(jī)測控技術(shù)以及數(shù)字化電力技術(shù)的快速發(fā)展也不斷促進(jìn)電子式電壓互感器的改進(jìn)和發(fā)展。

2 電壓互感器研究現(xiàn)狀

國外對光學(xué)電壓互感器的研究起步于20 世紀(jì)60 年代。七十年代隨著光導(dǎo)纖維的出現(xiàn)，電力系統(tǒng)中出現(xiàn)了研究光學(xué)電壓互感器的熱潮。日本、瑞士和法國等國家的許多公司投入了大量的人力和財力從事這方面的研究。八十年代后期，隨著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)及光纖傳感技術(shù)的深入發(fā)展， 光學(xué)電壓互感器在高電壓系統(tǒng)中的應(yīng)用取得了突破性的進(jìn)展。九十年代后， 光學(xué)電壓互感器的研究進(jìn)入實(shí)用化階段，國外已經(jīng)研制出123kV～765kV 的系列光學(xué)電壓互感器。國內(nèi)對光學(xué)電壓互感器的研究始于20 世紀(jì)80 年代，經(jīng)過近30 年的研究,我國已研制出110kV的光學(xué)電壓互感器。

由于有源電子式電壓互感器在技術(shù)和成本等方面的要求均比較低，易取得實(shí)用化進(jìn)展，因而成為我國電子式電壓互感器的研究熱點(diǎn)。目前，我國許多大學(xué)和科研單位都在從事有源電子式電壓互感器的研制工作，并已達(dá)到較實(shí)用的水平。同時一些公司已可小規(guī)模地生產(chǎn)符合國標(biāo)的有源電子式電壓互感器。為了規(guī)范和推動電子式互感器的發(fā)展， 電工委員（IEC）在1999 年制定了電子式電壓互感器和電子式電流互感器標(biāo)準(zhǔn)IEC60044 -7 和IEC60044-8。2007 年我國在沈陽變壓器研究所全國互感器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會的主持下, 參照電工委員會制定的標(biāo)準(zhǔn)IEC60044-7 和IEC60044-8 并結(jié)合我國的實(shí)際情況, 頒布了基于IEC 標(biāo)準(zhǔn)的電子式互感器國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20840.7 -2007 和GB/T20840.8-2007。制定和發(fā)布這些標(biāo)準(zhǔn)說明我國電子式互感器已經(jīng)從研發(fā)階段進(jìn)入到了實(shí)用階段。

3 光學(xué)電壓互感器

3.1 光學(xué)電壓互感器的原理

光學(xué)電壓互感器研究的起始階段， 主要是基于電光效應(yīng)的純光學(xué)式的光學(xué)電壓互感器的研究，但是由于這種互感器光學(xué)轉(zhuǎn)換器件的溫度的特性，一直無法滿足戶外環(huán)境下0.2 級精度的要求，因此，目前已改為研究電子式的光學(xué)電壓互感器。光學(xué)電壓互感器的測量原理大致可分為基于Pockels 效應(yīng)和基于逆壓電效應(yīng)或電致伸縮效應(yīng)兩種。目前研究的光學(xué)電壓互感器大多是基于Pockels效應(yīng)。Pockels 效應(yīng)就是電光晶體在沒有外加電場作用時是各向同性的，而在外加電壓作用下，晶體變?yōu)楦飨虍愋缘碾p軸晶體， 從而導(dǎo)致其折射率和通過晶體的光偏振態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生雙折射，一束光變成兩束偏振光，且這兩束光的速率不同。其工作原理如圖1 所示。借助雙折射效應(yīng)和干涉的方法進(jìn)行地測量，進(jìn)而得到所要測量的電壓值。

圖1 光纖傳感部分原理圖

光學(xué)電壓互感器具有尺寸小、重量輕、絕緣性好、頻帶寬、動態(tài)范圍大、不受電磁干擾和安全性好等優(yōu)點(diǎn)。因此，各國都在尋求把光電子學(xué)技術(shù)用于特高壓大電流電網(wǎng)中的方法。

3.2 存在的問題

（1）需要較多的精度要求比較高的光學(xué)部件，光學(xué)系統(tǒng)的封裝校準(zhǔn)困難，不易進(jìn)行批量生產(chǎn)，運(yùn)輸過程中易損壞，給現(xiàn)場安裝、運(yùn)行和調(diào)試帶來了困難。

（2）影響光學(xué)電壓互感器可靠性與精度的zui關(guān)鍵的溫度和光電轉(zhuǎn)換的非線性問題有待解決。

（3）電源供電模塊應(yīng)做進(jìn)一步改進(jìn)。

4 電容分壓電子式電壓互感器

4.1 電容分壓電子式電壓互感器的原理

電容分壓電子式電壓互感器的關(guān)鍵是電容分壓器。電容分壓器由高壓臂電容C1和低壓臂電容C2組成。電容分壓器利用電容分壓原理實(shí)現(xiàn)電壓變換，將高壓分為低壓并進(jìn)行A/D 變換，經(jīng)電/光轉(zhuǎn)換耦合進(jìn)行光纖傳輸， 傳至信號處理單元進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換，經(jīng)微機(jī)系統(tǒng)處理輸出數(shù)字信號或進(jìn)行D/A 轉(zhuǎn)換輸出模擬信號。其工作原理如圖2 所示。

圖2 電容分壓電子式電壓互感器原理圖

該互感器由光纖傳送信號， 解決了絕緣和抗電磁干擾問題，并且無鐵心，因此不存在由于鐵心飽和引起的一系列問題，動態(tài)響應(yīng)好，二次負(fù)載的變化對暫態(tài)過程影響不大。

4.2 存在的問題

（1）其傳感元件為電容分壓器，zui突出的暫態(tài)問題是高壓側(cè)出口短路和電荷俘獲現(xiàn)象。

（2）電容分壓器的電容隨環(huán)境溫度的變化而變化。如果沿著電容分壓器高度方向溫度不均勻,電容的分壓比將發(fā)生改變，電壓互感器的誤差就會增大。

（3）電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定，使得串聯(lián)在電路中的電抗器和并聯(lián)在電路中的電容器之間可能發(fā)生不平衡諧振。

（4）一次電壓過零短路將產(chǎn)生較大誤差。