220 kV GIS电磁式电压互感器现场变频感应耐压试验

苏陈云，戴智荣

(湖南省送变电建设公司调试所，长沙 410000)

220 kV电磁式电压互感器(PT)一般是分级绝缘电压互感器，感应耐压试验的目的是考核PT对工频过电压、暂时过电压、操作过电压的承受能力，检测外绝缘和层间及匝间绝缘状况，检测PT电磁线圈质量不良(如漆皮脱落、绕线时打结)等纵绝缘缺陷[1-2]。在进行PT二次绕组加压感应耐压试验时，现场通常会碰到二次绕组电流过大的问题，需要改进试验方法，降低二次绕组电流。对此，本文在试验现场采用交流变频技术，对电磁式PT进行变频感应耐压试验，较好地解决了现场实际问题。

1 电磁式PT励磁特性

在PT二次侧绕组中进行励磁特性试验(即空载试验)，测量电压为额定电压的20%、50%、80%、100%和120%，记录相应的电流值，对于中性点直接接地的电压互感器(N端接地)，220 kV GIS电磁式PT最高测量电压为额定电压的150%，测量出对应的励磁电流，铁心不饱和则产品合格[3-4]。电磁式PT进行感应耐压前后均应进行一次励磁特性试验，可有效检测出绕组是否有过热、匝间短路等不良现象，使缺陷提前暴露，以免造成设备运行事故。

2 电磁式PT变频感应耐压试验频率选择

根据PT励磁特性，若在额定频率下对互感器进行感应耐压试验，则在升高电压时，铁芯中磁通将会严重饱和，此时即使磁通变化量很小，也会导致励磁电流增大到不能允许的程度。而在绕组匝数及磁通幅值一定的情况下，增加电源频率可以达到增加电压的目的。在进行电磁式PT变频感应耐压试验时，试验电源的频率应不低于导致铁芯中磁通饱和的频率。在中国，220 kV及以上系统都是中性点有效接地系统，进行电磁式PT励磁特性试验时，要求在1.5倍额定电压下，其铁心不会饱和。现场对220 kV电磁式PT进行变频感应耐压，试验电压为出厂试验电压值的80%(368 kV)时，铁芯饱和的理论计算频率值为

式中:Us为电压互感器交流耐压试验电压，Un为电压互感器相电压，K为额定电压因数，fn为额定频率，fb为理论计算饱和频率。

由此可见，现场感应耐压试验频率应严格参照电磁式PT励磁特性。采用变频电源时，考虑一定的频率裕度，试验频率宜大于100 Hz，且经电磁式PT厂家确认不会引起铁芯饱和。

3 GIS电磁式PT变频感应耐压试验

为了防止电磁式PT铁芯饱和，现场采用交流变频技术，从二次侧对PT进行变频感应耐压试验，通过互感器变比计算出一次侧电压值，并且要求试验电压值满足规程规定，试验时电磁式PT二次绕组电流一般在30～40 A(厂家提供)。

3．1 二次侧电流过大的原因

空载情况下电磁式PT等效图如图1所示。由于电磁式电压互感器一次侧存在一个杂散电容Cx，在PT二次侧加压时，该杂散电容相当于容性负载，电压越高，容性电流Ic越大，且Ic＞IL。GIS结构的特殊性使该杂散电容在GIS中的值相对比较大，现场进行感应耐压试验时，通常会遇到二次侧电流过大，而一次侧电压达不到规程要求的问题，因此现场试验必须改变接线方式，降低二次侧电流。

图1 电磁式电压互感器等效图

3．2 二次侧变频感应耐压试验

由于GIS结构的原因，不可能在电压互感器一次侧接入一个电抗或电感对杂散电容进行补偿从而降低二次侧电流。根据现场实际状况，提出在所有二次绕组都并联一个相同电抗值的电抗，并且采用交流变频技术，找到一个合适的谐振频率(不一定是150 Hz)，频率宜在100 Hz以上，上限不超过300 Hz，以免PT铁芯过热，变频感应耐压试验接线如图2所示。从二次侧读取电压折算到一次侧时，必须考虑“容升”效应，220 kV电压等级容升系数为8%[5]，即当二次侧dadn绕组电压加到268.3 V时，折算到一次侧绕组电压约为368 kV。

图2 电磁式电压互感器变频感应耐压试验

现场进行变频感应耐压时应注意:1)需监视所有二次绕组的电流，并且同时监视dadn、3a3n绕组的电压;2)只能通过二次侧电压折算到一次侧进行电压监视，若在一次侧直接测量电压会增加PT杂散电容，从而导致二次电流增大;3)采用电抗器进行补偿时，补偿后被试品必须呈容性(欠补偿)，以免发生谐振;4)被试PT一次绕组、座驾、箱壳、铁芯均应接地;5)上限频率不应超过300 Hz，以免PT铁芯过热;6)PT二次非加压绕组尾端接地，防止悬浮过压。

4 现场实例

以某GIS变电站220 kV电磁式电压互感器交流耐压实验为例说明。PT型号JDQX2-252，该PT二次有4个绕组，计量1a1n、测量2a2n、保护绕组3a3n，额定电压均为，辅助绕组额定电压为100 V，二次绕组最大允许电流为40 A。

实验从二次侧辅助绕组dadn加压，并不对二次绕组进行补偿，当二次侧输入电压达到104 V(折算到一次侧电压约为142.6 kV)时，此时输入电流已经达到40 A，若输入电压再增加，输入电流将大于二次侧最大允许电流，无法完成试验。对此，在现场对每个绕组并入了2个15 mH的电抗器(每个电抗器额定电流为20 A)，较好地补偿了容性电流，保证了低压二次侧电流不超过厂家要求值，成功完成了PT的感应耐压试验。两种感应耐压试验用补偿电抗相同，只是试验频率不同。变频感应耐压与三倍频感应耐压试验数据如表1所示。表1中变频电源输出电流为dadn与补偿电抗并联后的总电流。

表1 变频感应耐压与三倍频感应耐压试验数据

比较表1中数据可知:采用变频感应耐压能成功完成220 kV GIS电磁式PT感应耐压试验，而采用三倍频感应耐压时，由于电抗器补偿不够，导致二次侧电压达到220 V后电压无法继续升高(此时耐压装置输出电流为32 A)，未能完成试验，即在三倍频感应耐压试验时，电抗器匹配比较复杂;装置输出电流明显高于变频感应耐压时变频电源输出电流，非加压绕组电流相差不大，而且，在电抗器补偿相同的情况下，PT二次绕组容易超过最大允许电流值。

5 结论

1)现场对GIS电磁式PT进行感应耐压试验时，为了防止铁芯饱和，必须注意试验频率的选择，试验频率应高于式(1)中理论计算值，PT厂家应确认试验频率下铁芯不会出现饱和。

2)采用交流变频技术，从PT二次加压对一次进行感应耐压试验时，由于PT存在杂散电容，导致二次侧电流较大，可以通过在二次绕组中并入小电抗来补偿电容电流。进行感应耐压时，必须考虑一定的“容升”效应，220 kV电压等级容升系数为8%。另外，可以采用二次侧变频感应耐压代替传统三倍频感应耐压，补偿电抗器选择更为灵活，为现场试验提供了方便。

3)电磁式PT进行交流耐压前后均应进行一次励磁特性试验，不仅要比较耐压前后的励磁特性，还应与同批次的PT励磁特性试验结果进行综合比较，作为判断是否合格的依据。

[1]董国震.分级绝缘电压互感器倍频感应耐压试验的分析[J].高压电器，2007，43(3):235-236.

[2]国家电网公司人力资源部.电气试验[M].北京:中国电力出版社，2010:261-264.

[3]中华人民共和国能源部.GB50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S].北京:中国计划出版社，2006.

[4]中国国家标准化管理委员会.GB1207-2006电磁式电压互感器[S].北京:中国标准出版社，2006.

[5]赵玉富，陈卓娅等.GIS中电压互感器的现场检定[J].电测与仪表，2007，500(44):34-36.