基于改進(jìn)末端加壓法的串級(jí)式電壓互感器介損測(cè)試研究

(內(nèi)蒙古電力(集團(tuán))有限責(zé)任公司包頭供電局，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

基于改進(jìn)末端加壓法的串級(jí)式電壓互感器介損測(cè)試研究

張慧慧

(內(nèi)蒙古電力(集團(tuán))有限責(zé)任公司包頭供電局，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

為解決傳統(tǒng)末端加壓法無(wú)法有效發(fā)現(xiàn)串級(jí)式電壓互感器進(jìn)水受潮缺陷問(wèn)題，提出改進(jìn)末端加壓法。具體方法是將串級(jí)式電壓互感器一次繞組首端接地，一次繞組尾端接測(cè)試儀器的高壓線，二次繞組單端接信號(hào)線的屏蔽端，輔助繞組單端接信號(hào)線。改進(jìn)末端加壓法能夠克服靜電屏對(duì)二次繞組的電容對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，有效測(cè)出了一次繞組尾端對(duì)二次繞組和輔助繞組端部的介損。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果證實(shí)了改進(jìn)末端加壓法的可行性。

串級(jí)式電壓互感器；介損；靜電屏；改進(jìn)末端加壓法

在內(nèi)蒙古西部地區(qū)，110 kV及以上電壓互感器多數(shù)為電容式電壓互感器(Capacitor Voltage Transformer，CVT)，但由于多方面原因，仍然有一部分110 kV電磁式電壓互感器在運(yùn)。僅包頭電網(wǎng)中，目前仍然有48支110kV電磁式電壓互感器在運(yùn)行中，這部分在運(yùn)的電壓互感器均為串級(jí)式電壓互感器，運(yùn)行年限在20～35年。

根據(jù)內(nèi)蒙古電力(集團(tuán))有限責(zé)任公司發(fā)布的《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》，停電預(yù)試時(shí)，針對(duì)110 kV串級(jí)式電壓互感器必須開(kāi)展的試驗(yàn)項(xiàng)目之一是介損試驗(yàn)。

串級(jí)式電壓互感器電容量和介損試驗(yàn)時(shí)采用的方法有常規(guī)法、末端加壓法、末端屏蔽法3種[1-4]。包頭電網(wǎng)試驗(yàn)人員在開(kāi)展串級(jí)式電壓互感器介損試驗(yàn)時(shí)多采用末端加壓法，主要原因是這種方法所加試驗(yàn)電壓低(一般不超2 kV)，對(duì)試驗(yàn)輸出電壓的要求較低，而且試驗(yàn)時(shí)可以借助一次側(cè)裝設(shè)的接地線實(shí)現(xiàn)一次繞組首端接地，可以大大提高試驗(yàn)工作效率，但末端加壓法在發(fā)現(xiàn)串級(jí)式電壓互感器進(jìn)水受潮缺陷方面靈敏度不夠高[5-7]。為了驗(yàn)證此觀點(diǎn)，試驗(yàn)人員曾對(duì)故障的110 kV串級(jí)式電壓互感器解體檢查，發(fā)現(xiàn)解體設(shè)備郵箱底部有大量積水，輔助繞組明顯有被水浸泡后絕緣破壞的跡象，但解體之前測(cè)試該電壓互感器的介損正常。

針對(duì)末端加壓法在發(fā)現(xiàn)串級(jí)式電壓互感器進(jìn)水受潮缺陷方面靈敏度不高的問(wèn)題，本文建立了串級(jí)式電壓互感器介損試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，分析了末端加壓法的特點(diǎn)，針對(duì)末端加壓法存在的不足，提出科學(xué)的改進(jìn)策略，以提高測(cè)試方法的有效性。

1 串級(jí)式電壓互感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

以110 kV串級(jí)式電壓互感器為例，其一次繞組分成匝數(shù)相等的兩部分，分別套裝在電壓互感器鐵芯的上下鐵厄上，一次繞組上下部分分界點(diǎn)與鐵芯直接連接，鐵芯保持對(duì)地絕緣。為了節(jié)約絕緣材料，二次繞組和輔助繞組纏繞在一次繞組尾端部位，其中輔助繞組在最外側(cè)。為了防止一次繞組與二次繞組、輔助繞組之間的靜電對(duì)測(cè)量結(jié)果、保護(hù)裝置造成影響，在一次繞組下半部分與二次繞組之間設(shè)計(jì)有靜電屏，正常運(yùn)行時(shí)靜電屏與一次繞組尾端連接后接地[8-10]。110 kV串級(jí)式電壓互感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 110 kV串級(jí)式電壓互感器結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of110 kV cascade voltage transformer

圖1中A和X分別表示串級(jí)式電壓互感器一次繞組的首端和尾端，正常運(yùn)行時(shí)A接高壓端，X接地。

2 末端加壓法研究

末端加壓法測(cè)試110 kV串級(jí)式電壓互感器的介損時(shí)，一次繞組首端直接接地(一般借助臨時(shí)接地線接地)，一次繞組尾端接測(cè)試儀器(以濟(jì)南泛華生產(chǎn)的AI-6000K型介損儀為例)的高壓線，二次繞組和輔助繞組同名端短連后接儀器的信號(hào)線，測(cè)試接線如圖2所示。

末端加壓法試驗(yàn)時(shí)，一次繞組尾端承受高電壓，為了確保一次繞組尾端的絕緣不被破壞，試驗(yàn)電壓一般不高于2 kV。末端加壓法測(cè)試時(shí)，一次繞組尾端和靜電屏均處于高電位，因此該測(cè)量方法可以反映出一次繞組尾端對(duì)二次繞組和輔助繞組端部的絕緣情況，可以反映出靜電屏對(duì)二次繞組和輔助繞組的絕緣情況，可以反映出一次繞組下半部分對(duì)二次繞組和輔助繞組的絕緣。測(cè)試等值電路如圖3所示。

圖2 末端加壓法試驗(yàn)接線圖Fig.2 Test wiring diagram of end pressurization method

圖3 末端加壓法等值電路圖Fig.3 Equivalent circuit diagramof end pressurization method

圖3中C1、C2、C3分別表示一次繞組對(duì)二次繞組和輔助繞組的電容、一次繞組靜電屏對(duì)二次繞組和輔助繞組的電容、一次繞組尾端對(duì)二次繞組和輔助繞組端部的電容，實(shí)測(cè)電容值為3部分電容值的和。假設(shè)3部分電容對(duì)應(yīng)的介損分別為tanδ1、tanδ2、tanδ3，那么測(cè)試的介損為

(1)

實(shí)際中，靜電屏對(duì)二次繞組的電容值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他部分的電容值，根據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，靜電屏對(duì)二次繞組的電容值占總電容值的75%～95%。根據(jù)式(1)可知，末端加壓法測(cè)試的介損值與靜電屏對(duì)二次繞組和輔助繞組的介損值最接近。

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可知，110 kV串級(jí)式電壓互感器常見(jiàn)的絕緣缺陷為進(jìn)水受潮，而且進(jìn)水受潮初期，水分大部分存在于繞組外側(cè)絕緣油的中下部，短時(shí)間內(nèi)無(wú)法浸入到繞組絕緣內(nèi)部。因此，串級(jí)式電壓互感器進(jìn)水受潮初期，對(duì)主絕緣影響不大，主要影響一次繞組尾端對(duì)二次繞組和輔助繞組端部的電容量和介損，如果能精確測(cè)得這部分的電容量和介損，即可精確掌握串級(jí)式電壓互感器的絕緣狀況。

3 改進(jìn)末端加壓法研究

根據(jù)上文分析可知，靜電屏的影響是導(dǎo)致傳統(tǒng)的末端加壓法可靠性不高的根本原因。改進(jìn)末端加壓法的核心思路是將靜電屏對(duì)二次繞組和輔助繞組的電容有效屏蔽，具體方案是將串級(jí)式電壓互感器一次繞組首端直接接地，一次繞組尾端接測(cè)試儀器的高壓線，二次繞組單端接信號(hào)線的屏蔽端，輔助繞組單端接信號(hào)線，測(cè)試接線如圖4所示。

圖4 改進(jìn)末端加壓法接線圖Fig.4 Wiring diagram ofimproved end pressurization method

圖4中與輔助繞組Da端連接的線表示儀器的信號(hào)線，與二次繞組1a端連接的線表示儀器的屏蔽線。改進(jìn)末端加壓法測(cè)試時(shí)，二次繞組單端接信號(hào)線的屏蔽端，有效屏蔽了靜電屏對(duì)二次繞組的電容，測(cè)試結(jié)果主要反映的是一次繞組尾端對(duì)二次繞組和輔助繞組端部的介損，據(jù)此可以有效掌握串級(jí)式電壓互感器進(jìn)水受潮情況，有利于提前發(fā)現(xiàn)缺陷，有效預(yù)防串級(jí)式電壓互感器事故。

4 模擬實(shí)驗(yàn)研究

為了精確掌握改進(jìn)前后的試驗(yàn)方法在發(fā)現(xiàn)電磁式電壓互感器進(jìn)水受潮缺陷方面的有效性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬的方法展開(kāi)了研究。具體方法是借助某高校高電壓與絕緣技術(shù)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)型號(hào)為JDX-110的110 kV電磁式電壓互感器，通過(guò)控制自動(dòng)注水系統(tǒng)向絕緣油中的注水量來(lái)間接反映改進(jìn)前后的試驗(yàn)方法的有效性。

模擬實(shí)驗(yàn)通過(guò)控制注水量，實(shí)現(xiàn)測(cè)得電磁式電壓互感器的介損為2%(實(shí)驗(yàn)室溫度為28 ℃、濕度為55%)，得到傳統(tǒng)的測(cè)試方法和改進(jìn)末端加壓法所需的注水量如表1所示。

表1 兩種方法注水量對(duì)比表Table 1 Comparison table ofwater injection rate with two methods

根據(jù)表1模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，對(duì)于同一支110 kV電磁式電壓互感器，傳統(tǒng)的末端加壓法測(cè)得介損為2%時(shí)，需要人工注水5.864 kg；而改進(jìn)末端加壓法測(cè)得介損為2%時(shí)，需要人工注水1.696 kg。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果間接證明了改進(jìn)末端加壓法在發(fā)現(xiàn)電磁式電壓互感器進(jìn)水受潮缺陷方面靈敏度和可靠性均大大提高。

此外，為了研究試驗(yàn)環(huán)境溫、濕度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)。嚴(yán)格按照單一變量法對(duì)溫度和濕度的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在環(huán)境溫度為20℃時(shí)分別測(cè)量30%、50%、70%、90%四種濕度環(huán)境下的介損和注水量；在環(huán)境濕度為60%時(shí)分別測(cè)量5 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃的介損和注水量，實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2 環(huán)境因素影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果表Table 2 Test result table influenced by environment factor

根據(jù)表2實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果可知，試驗(yàn)環(huán)境溫濕度不會(huì)對(duì)電磁式電壓互感器的介損值的測(cè)量帶來(lái)嚴(yán)重的影響。

5 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證改進(jìn)末端加壓法的有效性，對(duì)某變電站內(nèi)3臺(tái)110kV串級(jí)式電壓互感器進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。在相同的試驗(yàn)環(huán)境下，對(duì)比了傳統(tǒng)的末端加壓法和改進(jìn)末端加壓法的測(cè)試結(jié)果，而且測(cè)試了油樣的介損，具體結(jié)果如表3所示。

表3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表Table 3 Field test result table

從表3中測(cè)試結(jié)果可知，改進(jìn)末端加壓法能夠有效屏蔽靜電屏對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，能夠更加精確地測(cè)出串級(jí)式電壓互感器一次繞組尾端對(duì)二次繞組和輔助繞組端部的介損，對(duì)掌握串級(jí)式電壓互感器進(jìn)水受潮缺陷具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

6 結(jié) 語(yǔ)

為解決傳統(tǒng)的末端加壓法在測(cè)試串級(jí)式電壓互感器的介損時(shí)存在測(cè)試結(jié)果可靠性不高的問(wèn)題，本文提出了改進(jìn)末端加壓法。改進(jìn)后的測(cè)試方法將一次繞組靜電屏對(duì)二次繞組的電容有效屏蔽，能夠精確測(cè)出一次繞組尾端對(duì)二次繞組和輔助繞組端部的介損，對(duì)掌握串級(jí)式電壓互感器進(jìn)水受潮缺陷、保證設(shè)備安全運(yùn)行具有實(shí)際意義。

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Dielectric loss test for cascade voltage transformer based on improved end pressurization method

ZHANG Huihui

(Baotou Power Supply Bureau of lnner Mongolla Power(Group)Co., Ltd., Baotou 014030, China)

In order to solve the problem that the traditional end pressurization method can not effectively find the dampness defect in the cascade voltage transformer, an improved end pressurization method is proposed. The specific method is to have the primary winding head end of cascade voltage transformer connected on the ground, a primary winding tail end connected to the test equipment high-voltage line, the secondary winding single-end to shielding end of signal line and auxiliary winding single-end to the signal line. The improved end pressuriz method can overcome the influence of electrostatic screen to the capacitance of the secondary winding on the test results, and effectively measure the dielectric loss of primary winding head end on the end of primary winding and the auxiliary winding. The field test results confirm the feasibility of improved end pressurization method.

cascade voltage transformer; dielectric loss; electrostatic screen; improved end pressurization method

2017-06-19。

張慧慧(1988—)，女，碩士研究生，主要從事用電檢查工作。

TM406

A

2095-6843(2017)06-0543-04

(編輯侯世春)