电容式电压互感器附加误差分析

张 秦 ，张 锋 ，岳国义

(1.河北省电力研究院，石家庄 050021；2.沧州供电公司，河北 沧州 061001)

电容式电压互感器(CVT)广泛应用于电力系统的保护、测量等方面，CVT的准确与否直接关系到电量贸易的公平、公正。作为关口计量用的CVT需现场检验合格后方可投入使用。由于互感器绕组内阻抗的存在，CVT存在空载误差，当互感器二次接负荷时，还存在负荷误差。通常情况下，互感器的误差可以通过调节中压变压器匝数来实现对比值误差和相角误差的调整。而现场CVT检测中，其误差又受到温度、频率、电容量变化等环境条件的影响，温度变化、频率变化以及电容量变化等引入的误差统称为附加误差。以下在分析CVT基本工作原理的基础上，详细对由于频率、温度、高压引线引起的电容量变化导致的CVT附加误差进行理论分析。

1 CVT工作原理

CVT主要由电容分压器、中间变压器、补偿电抗器、阻尼器等部分组成，后三部分总称为电磁单元。CVT的原理见图1，等值回路见图2。

C1、C2-高压、中压电容；Lk-补偿电抗器；T-中间变压器；ZL-二次负荷；ZX-阻尼器

图2 CVT的等值回路

XC-等值电容(C1+C2)的电抗；XT1、XT2′-中压变压器一、二次绕组的漏抗(折算到一次侧)；R1-中压变压器一次绕组和补偿电抗器绕组直流电阻及电容分压器损耗等值电阻之和(R1=RC+RK+RT1)；R2′-中压变压器二次绕组的直流电阻(折算到一次侧)；

Zm-中压变压器的励磁阻抗；XK-补偿电抗器的电抗

2 不同因素引起的附加误差分析

电源频率、温度和高压引线角度等因素会对附加误差产生影响，以下这些因素对CVT附加误差的影响进行分析。

2.1 频率变化引起的附加误差

(1)

(2)

式中：ωn为电网额定角频率；ω为电网实际角频率；P为有功功率，kW；Q为无功功率，kW；U′为额定中压电压，kV；C为等值电容。

由式(1)、式(2)可以看出，当实际角频率大于额定角频率时将会产生比差、角差的正向附加误差，实际角频率小于额定角频率时情况相反。

以1台0.2级110 kV CVT为例，额定负荷S=150 VA；总电容量C=0.063 62 μF；中间电压U′=20 kV，则频率为50.5 Hz与49.5 Hz时，满载时角差与比差的变化值为：

由以上计算可得，额定工作状态下，频率对CVT比差的影响量约为0.02%，角差的影响量约为1′。因此在CVT现场误差测试时应注意记录电源工作频率，当频率偏移变化引起测量结果判定时，测量结果应考虑修正。

2.2 温度变化引起的附加误差

当环境温度发生变化时，电容器的电容量也会发生变化，这是温度引起附加误差的最根本原因。温度变化将引起2个电容的电容量C1和C2发生变化，可造成2种误差而影响准确度。一是由于容抗改变而产生剩余电抗造成误差，二是C1和C2由温度可产生分压比误差。

一般油纸介质，在温度为-60～60 ℃时，电容量变化呈线性特性，此时有：

C=Cd(1+αΔτ)

(3)

式中：Cd为基准温度时的电容值；α为电容温度系数；Δτ为温度变化值。

2.2.1 分压比误差

一般情况下，2个电容分压器的结构与介质相同，其电容温度系数相同，所以分压比基本不变，电容温度系数不会影响到电容分压器的分压比。当上下温度有差别时，会影响到电容分压器的分压比，由于其电容温度系数很小，上下温度的差异也很小，对分压比影响不大。

2.2.2 剩余电抗产生误差

环境温度的变化使电容分压器的等效电容发生变化，引起CVT剩余电抗的变化，产生附加误差。温度变化引起电阻值变化量很小，可以忽略。

温度对比差的影响为：

(4)

温度对角差的影响：

(5)

为了使互感器的误差温度特性满足要求，电容分压器设计时，除了要选用电容温度系数α低的介质材料外，更重要的是2个电容要具有同一结构，有相同的发热和散热条件，使温度差而引起的分压比误差大大下降。

河北省南部电网(简称“河北南网”)地区冬季一般最低温度在-15 ℃左右，夏季最高温度40 ℃，按冬季和夏季最大温差计算，则温度变化55 ℃。如某0.2级110 kV CVT，额定负荷S=150 VA；C=0.063 62 μF；α=-1.41×10-4/℃；U′=20 kV，cosφ=0.8，角差与比差的变化值为：

由以上计算可得，在额定工作状态下，当电容分压器温度系数为-1.41×10-4时，温度变化55℃所造成的CVT比差变化小于化整单位0.02%，角差变化量大于化整单位0.1′。近2年河北南网CVT实际选择的额定容量一般控制在小于等于40VA，而之前的额定容量选择较大，多在100VA以上，个别达到300VA。故测试额定容量大的CVT误差时，在额定负荷下，温度变化引起的误差变化较大，其误差变化甚至影响产品合格与否的结果判定。

2.3 高压引线角度对附加误差的影响

高压引线的角度指高压引线与电容分压器叠柱的夹角。一般CVT出厂试验及现场安装中，高压引线的角度基本≥90°，而在现场进行CVT误差测试中，由于现场条件限制和标准互感器的高度较低，往往造成高压引线的角度小于90°。

表1 不同引线角度的误差测试数据

由表1数据可以看出，当CVT高压引线夹角小于90°时，比差向正向变化，角差向负向变化，其中比差向正向变化最大达0.055%。

高压引线的角度不同会改变柱式CVT的电容分压器有效分压比。如高压引线与电容分压器叠柱夹角由大变小，则引起引线对电容叠柱的杂散电容增大，引线对叠柱的杂散电流增大，第2个电容流过的电流增大，第2个电容上的分压提高，造成比差正向漂移。如不考虑引线角度因素而判定被测CVT是否合格明显不正确，故CVT现场测试中应保证高压引线尽量接近于安装角度，以免造成测试结果不准确而误判。

3 结论及建议

用于关口计量CVT的误差受环境诸多因素的影响，因此在试验人员进行CVT现场测试中，对于测试结果的确认要本着科学严谨的态度，充分考虑接线、温度、频率等环境因素的影响，尽量减小人为、环境因素对附加误差的影响，避免出现测试结果的误判，给贸易双方带来经济损失。对于现场误差测试出现误差数据明显超差的，应进一步分析造成误差的确切原因并采取相应的措施减小附加误差的影响。

a. 在进行CVT现场误差测试时，应记录电源工作频率，如出现频率偏离50 Hz时，应予以修正。

b. 在CVT周期测试中，如2种测试环境温度差别较大，考察变差时应对误差数据进行相应修正。

c. 现场检测CVT试验中，应避免高压引线夹角过小的情况，可采用绝缘杆将高压引线架高的方法解决高压引线夹角过小的问题。

参考文献：

[1] GB/T 4703-2007，电容式电压互感器[S].

[2] JJG 1021-2007，电力互感器[S].

[3] 凌子恕.高压互感器技术手册[M].北京：中国电力出版社，2005.