GIS电磁式电压互感器的励磁特性试验

赵华鑫，吉亚民，邵新苍

(江苏省电力公司检修分公司，江苏南京211002)

GIS配套用电磁式电压互感器（TV）接于相与地之间，作为电压、电能测量及继电保护用，其励磁特性试验是保证其良好运行并准确服务于二次保护测量的重要手段。励磁特性是TV空载运行时空载电压和空载电流的关系。用励磁特性来验证TV铁心的设计计算、工艺制造是否满足标准和技术条件的要求，同时检验铁心制造是否存在缺陷，如局部过热、局部绝缘不良等。根据TV感应耐压试验前后两次空载试验测得的空载损耗比较，判断绕组是否有匝间短路情况等。TV励磁特性是由空载试验确定的，从二次绕组施加波形是正弦波、额定频率的不同基准电压、一次绕组开路，从而得出不同基准电压下的励磁电流所形成的V—A曲线。

1特征分析试验及数据采样

某220 kV变电站110 kV线路A相TV是GIS中的一个组成元件，型号为SVTR-10C。现场按照图1所示进行试验接线，测量点依据规程要求选取。试验过程中发现当试验电压从0 V升至1.0倍额定电压的过程中，励磁特性曲线呈上升趋势，从1.0倍额定电压升至1.2倍额定电压的过程中，励磁特性曲线呈下降趋势，在励磁电压继续升高至1.5倍额定电压的过程中，励磁特性曲线重新呈上升趋势。

图1 TV励磁特性测量接线图

在1.0倍额定电压至1.5倍额定电压之间多点采样，共取了10个测量点重新进行测试，V－A曲线与生产厂家所提供TV空载励磁特性曲线基本一致，厂家所提供TV空载励磁特性曲线如图2所示。

图2生产厂家提供的TV励磁特性曲线图

对相同的另外6只TV进行励磁特性试验，经横向比较，现象极为相似且均与出厂试验报告基本一致。对照规程要求，可判断该批TV励磁特性试验是合格的。

2特征分析

由于TV铁心使用的是一种铁磁材料性质的电工刚带，其空载电流主要由电工刚带的B—H曲线决定，分析空载电流时，可以略去磁滞回线的面积，得到电工刚带的B—H曲线，如图3所示。

图3 B—H磁化曲线

由于电工刚带的B—H曲线是非线性的，因此在正弦励磁下，单相TV的空载电流也是非线性的，如图4所示[1]。

图4通常情况下的励磁特性曲线

图2与通常情况下的励磁特性曲线图4不相符合。针对此异常现象进行分析，TV在空载情况下，空载电流主要包括阻性电流和激磁电流两部分，即阻性电流Ir、激磁电流Im。激磁电流Im在铁心中产生磁通，而气体绝缘TV高压端还存在对地电容C，因此空载电流中还包含一个电容电流Ic[2]。现场测试时的等值电路如图5所示。

图5 TV励磁特性测量等值电路图

从TV励磁特性测量等值电路图可以看出是Io＝Ir+Im+Ic。线圈电阻和铁心损耗随着电压的上升而上升，这些有功损耗对于1.0倍额定电压升至1.2倍额定电压的过程中的曲线拐弯回折的特殊情况没有影响。为了分析方便，可先忽略线圈电阻和铁心损耗以及高次谐波的影响，仅考虑被试TV电容与电感的影响。即认为电路电流I＝IL+Ic，图5等值电路图可以简化成电感L和电容C的并联电路图，如图6所示。

图6简化后等值电路图

由于随着电压的升高，铁心磁导率逐渐下降，所以TV的电感具有非线性特性，其电感值随电压升高逐渐下降，而整个实验过程中电容C的大小不会发生变化。TV伏安特性试验时铁心线圈电感的电压电流曲线和电容电流的电压电流曲线如图7所示。流过电容的电流超前电压π/2，流过铁心线圈的电流滞后电压π/2，因为电容电流与电感电流的相位相反，所以总电流为二者之差，由曲线 UL（I）减去 Uc（I）直线即得出整个电路的伏安特性曲线U（I）。

随着试验电压的逐步上升，在起始阶段Ic＞IL，电流超前于电源电压U，电路呈容性，电压大于Ud点Ic＜IL，电流滞后于电压U，电路呈感性。

在随试验电压上升电路由容性向感性变化过程中，试验中测得的功率因数也应该有一个先上升后下降的过程。

图7励磁曲线图（忽略线圈电阻和铁心损耗）

3实例

以新竹变110 kVⅡ母压变数据为例，根据现场试验数据的计算，也证明了以上的猜想。具体数据如表1所示。

表1 TV空载功率因数

图8励磁曲线图（包括线圈电阻和铁心损耗）

如果考虑线圈电阻和铁心损耗的影响，由于线圈电阻与铁心的损耗随电压上升而逐渐增大，即有功电流会随电压上升而增大。将有功电流与无功电流相叠加后，励磁曲线电流的异常突变相对于图7就变得较为平滑，以B相1a1n的曲线为例，如图8所示。故图2所示的TV励磁特性曲线异常拐弯现象可以得到满意解释，属于正常现象。WDPF的DCS与DEH一体化升级改造，完整地转换了原系统的控制与保护逻辑，实现了与原系统完全一致的联锁保护和顺序控制，改造后机组于2012年6月底正式并网运行，控制系统运行平稳，AGC等控制性能大有提高。实践表明，改造方案完全可行，提高了全厂自动化水平，达到机组的安全、稳定运行要求。本项目成功案例，对现役控制系统改造有较强的借鉴意义。

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