電容式電壓互感器介損測量方法及誤差分析

劉 勇

(四川攀枝花鋼鐵集團公司發(fā)電廠，四川攀枝花 617012)

1 前 言

電容式電壓互感器(CVT)由電容分壓器、電磁單元(包括中壓互感器、電抗器)和接線端子盒組成。其原理接線如圖1所示。有一種電容式電壓互感器是單元式結(jié)構(gòu)，即電容分壓器和中壓互感器分別獨立，現(xiàn)場組裝，這種電容式電壓互感器的tanδ試驗，可按常規(guī)方法進行。

另有一種電容式電壓互感器為整體式結(jié)構(gòu)，分壓器和中壓互感器合裝在一個瓷套內(nèi)，無法使電磁單元同電容分壓器兩端斷開。這種電容式電壓互感器分為瓷套上有A端子(中壓互感器高壓側(cè)與電容分壓器連接端)引出的和瓷套上沒有A端引出的兩種。單元結(jié)構(gòu)式和瓷套上有A端子引出式的現(xiàn)場測量比較簡單，可按常規(guī)方法進行。瓷套上沒有A端引出的CVT現(xiàn)場用常規(guī)測量方法誤差較大，不同接線測量結(jié)果不同，不具體分析難以與以前數(shù)據(jù)比較，難以得出準確分析結(jié)果。本文將主要介紹瓷套上沒有A端子引出電容式電壓互感器tanδ的測量方法。

2 CVT現(xiàn)場介損測量接線

對于無A端子引出CVT，為了測量C1和C2介損、整體介損和電容量，受試驗儀器功能限制，部分現(xiàn)場試驗人員采用圖2接線的常規(guī)測量方法。由于電磁單元分支電流影響，通過電橋測量回路的電流并不是我們想引入的電橋電流，使測量結(jié)果產(chǎn)生誤差。誤差大小與電磁單元的等效電感、分布電容、電阻、絕緣等參數(shù)密切相關(guān)。測量結(jié)果往往產(chǎn)生偏小的誤差，有時甚至?xí)霈F(xiàn)負值。另外，由于C2遠大于C1，故整體介損不能反映C1、C2各自介損情況，整體介損合格可能掩蓋C1、C2各自存在的問題。

圖1 電容式電壓互感器原理接線示意

中間變壓器的尾端接地也可以進行測量，如圖3所示，其測量結(jié)果比圖2更加偏小，往往會容易出現(xiàn)負值。

圖4、5所示也是常規(guī)測量法，這兩種接線適合分裝式CVT或具有中壓抽頭的CVT介損及電容量的測量。雖然這兩種接線在測量時也帶電磁單元，但都與試驗電源并聯(lián)，其存在只增加電源容量，通過的電流并不經(jīng)過測量回路，對測量結(jié)果沒有影響，所以這兩種接線都不會產(chǎn)生測量誤差。

圖2 整體測量X端懸空

圖4 具有抽壓端子C2測量接線

圖5 具有抽壓端子C1測量接線

對于無A端子引出CVT現(xiàn)場介損測量，規(guī)程要求用自激法。由于CVT結(jié)構(gòu)上的原因，試驗電壓無法加到A點，給現(xiàn)場介損測量帶來較大困難，現(xiàn)場測量時問題較多，但通過合理改變接線，仍可以進行正確測量。自激法是利用CVT自身二次af—xf繞組加壓，經(jīng)中間變壓器升壓后加于電容上，而分別對C1、C2介損進行測量的方法。

(1)主電容C1、tanδ1的測量接線如圖6示。由中壓互感器輔助二次繞組加壓，XT點接地，按QS1電橋正接線測量，分壓電容C2的“δ”點接高壓電橋的標準電容器CN的高壓端，主電容C1的高壓端接高壓電橋的CX線。由于“δ”點的絕緣水平較低，所以試驗電壓不宜超過3kV。這種情況下，C2與標準電容CN串聯(lián)組成標準支路。一般CN的tanδ≈0，而C2＞ ＞CN，因此C2與CN的串聯(lián)值≈CN，串聯(lián)介質(zhì)損耗因數(shù)≈0，所以標準支路中串有C2并不影響測量結(jié)果。

(2)分壓電容C2和tanδ2的測量接線如圖7所示。該接線類似于C1、tanδ1的測量接線，只是標準支路為C1與CN串聯(lián)，C2的“δ”端子接電橋CX線，仍由中壓互感器輔助二次繞組加壓，XT點接地，按正接線測量。由于C2電容較大，加壓時應(yīng)考慮容升電壓，現(xiàn)場一般采用較低電壓(4kV以下)進行測量。

圖 6 C1、tanδ1 測量接線示意

圖7 測量C2、tanδ2接線示意

(3)中壓互感器電容量CTV和tanδTV的測量接線及等值電路如圖8、9所示。C2和中壓互感器一次繞組并聯(lián)，在過電壓條件下C2易于損壞，且由于互感器一次繞組線徑較細，往往比C2更容易被燒

圖8 中壓互感器tanδTV和電容量CTV試驗接線示意

測量中壓互感器的CTV和tanδTV時，將C2末端“δ”點與C1首端相連，XT懸空，中壓互感器二次繞組短路接地，QS1電橋按反接線，Cx接線C2末端與C1首端短接線，由于受“δ”點絕緣水平的限制，試驗電壓不宜超過3kV。

這種接線測得的是C1與C2并聯(lián)后再與CTV串聯(lián)的介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ。測得的tanδ值為

由于 C1+C2＞ ＞ CTV，所以 tanδ≈tanδTV，即測得的介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ可近似認為是中壓互感器一次繞組對鐵芯、外殼和二次繞組的介質(zhì)損耗因數(shù)。

由于CVT電磁單元由補償電抗器L、中間變壓器T等組成，和分壓回路C2構(gòu)成一個諧振回路。如果在試驗 C1、tanδ1和 C2、tanδ2時，則認為是一個非諧振回路，可能因為所加電壓太高，產(chǎn)生諧振，將CVT損壞。為了防止試驗過程中損壞CVT，試驗所加電壓兩種情況下，均在3kV以下;輸入電流I不大于3IN(IN為中間變壓器額定電流);試驗電壓值應(yīng)實測，不得用變比換算，以防容升或諧振損壞CVT。壞。互感器一次繞組是否短路或斷路，在測量C1、tanδ1，C2、tanδ2時，可用中壓互感器勵磁加壓來發(fā)現(xiàn)。

圖9 中壓互感器tanδTV和電容量CTV試驗等值電路示意

3 電磁單元對介損測量結(jié)果的影響

由CVT介損測量的各種接線可知 ，中間電磁單元是產(chǎn)生誤差的主要原因 ，圖10是中間電磁單元對CVT介損測量誤差的等值電路 ，圖11是中間電磁單元引起測量誤差的向量圖。

圖10 整體測量誤差分析

圖11 介損誤差分析向量

圖中It、Ct、Rt分別為電磁單元高壓對地及對二次的電流 、等效串聯(lián)電容和等效串聯(lián)電阻;Im、Lm、Rm、Cm分別為電磁單元的激磁電流 、激磁電感 、等效電阻及尾端對地電容 ;Ig為 It和 Im的向量和;K為模擬電磁單元尾端是否接地。由圖10、11可知，電橋平衡測出的損耗角反映的是C2的電流I2與其電容分量Ic的夾角 δ′。而反映C1、C2整體介損值大小的應(yīng)是無電磁單元存在時 ，通過C1、C2的電流I1與其電容分量Ic的夾角δ。由圖11可知，電磁單元的存在將有一電流Ig通過其對地回路 ，Ig的大小及相位取決于中間電磁單元的絕緣狀況及激磁電流的大小和相位 ，圖11(e)說明Ig的大小及相位不同對 C1、C2整體介損測量的影響也不相同。

(1)當(dāng)Ig與I1同相位時 ，對介損測量結(jié)果無影響，但電容量有負誤差 ，如圖11(d)所示。

(2)當(dāng)電磁單元的介損大于C1、C2整體介損時，即Ig的相位落后I1時，其介損測量產(chǎn)生負誤差，甚至出現(xiàn)負值，電容量有負誤差，如圖11(a)所示。實際上，電磁單元的介損往往大于C1、C2的整體介損，此時將產(chǎn)生負誤差 ，這樣容易將不合格產(chǎn)品判為合格產(chǎn)品。

(3)當(dāng)電磁單元的介損小于C1、C2整體介損時，即Ig的相位超前I1時，其介損測量結(jié)果產(chǎn)生正誤差，電容量有負誤差，如圖11(b)所示。

(4)電磁單元的激磁電流產(chǎn)生介損測量負誤差，電容量產(chǎn)生正誤差，如圖11(c)所示。

4 CVT現(xiàn)場介損測量接線的適應(yīng)情況

綜上所述，圖2、圖3所示的測量接線都受中間電磁單元的影響，特別是中間電磁單元尾端接地時影響更大，往往出現(xiàn)負值，結(jié)果往往偏小，容易將不合格判為合格，所以一般不采用。圖4、5所示的測量接線，其測量結(jié)果是準確的，但只適應(yīng)于分裝式或具有A端子引出的CVT介損測量。圖6、7、8所示的測量接線，其測量結(jié)果準確可靠，是CVT介損測量的通用方法。

5 實測數(shù)據(jù)分析

選一臺有A端子引出的CVT用不同方法分別測量介損和電容量。結(jié)果見表1、2。

表1 常規(guī)法測試有A端子引出的CVT結(jié)果

表2 自激法測試有A端子引出的CVT結(jié)果

表1中tanδ1/%、C1/PF、tanδ2/%、C2/PF 、tanδTV/%、Ctv/PF分別用常規(guī)法對試品主電容C1、分壓電容C2及中間互感器TV采用圖4、5接線的測試結(jié)果，tanδ/%、C/PF是把CVT當(dāng)做無A端子引出用常規(guī)法采用圖2接線測試的C1、C2整體介損、電容量結(jié)果。

表2列出了對試品主電容C1、分壓電容C2及中間互感器TV的自激法測試結(jié)果，tanδ/% 、C/PF是根據(jù)C1、C2數(shù)據(jù)的計算結(jié)果。

對比可以看出，兩種方法測量的主電容C1、分壓電容C2及中間互感器TV的介損和電容量基本相等;整體測量的 C1、C2介損 tanδ明顯小于根據(jù)C1、C2各自 tanδ1、tanδ2介損數(shù)據(jù)計算介損。整體測量電容量比計算值小略10%。

6 綜合分析及結(jié)論

試品用的是有A端子引出的CVT，但測試C1、C2整體介損和電容量數(shù)據(jù)方法是與無A端子引出CVT方法一樣的，因此表1數(shù)據(jù)用于對無A端子引出CVT分析同樣適用。

從理論分析和試驗結(jié)果可以看出，用常規(guī)法測試CVT的整體介損和電容量準確性差，主要是互感器單元電流影響難以消除。由于C1、C2相差懸殊，結(jié)果主要反應(yīng)C1絕緣狀況，不能完全反應(yīng)C2絕緣狀況。

因此，對于無A端子引出CVT，在現(xiàn)場應(yīng)該用自激法分別測量C1、C2和TV介損和電容量，才能完整反應(yīng)CVT整體絕緣狀況。而用常規(guī)法測量C1、C2整體介損和電容量不能準確反應(yīng)CVT絕緣狀況，數(shù)據(jù)往往偏小，容易將不合格設(shè)備判為合格，僅在相同測試方法情況下有一定參考價值。

［1］陳天翔，等.電氣試驗(第二版)［M］.北京:中國電力出版社，2008.

［2］DL/T596——1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》［S］.北京:中國電力出版社，1997.

［3］張仁豫，等.高電壓試驗技術(shù)［M］.北京:中國水利電力出版社，1984.