电容式电压互感器介损测量方法及误差分析

2013-10-23刘勇

水电站设计 2013年4期

刘勇

(四川攀枝花钢铁集团公司发电厂，四川攀枝花 617012)

1 前言

电容式电压互感器(CVT)由电容分压器、电磁单元(包括中压互感器、电抗器)和接线端子盒组成。其原理接线如图1所示。有一种电容式电压互感器是单元式结构，即电容分压器和中压互感器分别独立，现场组装，这种电容式电压互感器的tanδ试验，可按常规方法进行。

另有一种电容式电压互感器为整体式结构，分压器和中压互感器合装在一个瓷套内，无法使电磁单元同电容分压器两端断开。这种电容式电压互感器分为瓷套上有A端子(中压互感器高压侧与电容分压器连接端)引出的和瓷套上没有A端引出的两种。单元结构式和瓷套上有A端子引出式的现场测量比较简单，可按常规方法进行。瓷套上没有A端引出的CVT现场用常规测量方法误差较大，不同接线测量结果不同，不具体分析难以与以前数据比较，难以得出准确分析结果。本文将主要介绍瓷套上没有A端子引出电容式电压互感器tanδ的测量方法。

2 CVT现场介损测量接线

对于无A端子引出CVT，为了测量C1和C2介损、整体介损和电容量，受试验仪器功能限制，部分现场试验人员采用图2接线的常规测量方法。由于电磁单元分支电流影响，通过电桥测量回路的电流并不是我们想引入的电桥电流，使测量结果产生误差。误差大小与电磁单元的等效电感、分布电容、电阻、绝缘等参数密切相关。测量结果往往产生偏小的误差，有时甚至会出现负值。另外，由于C2远大于C1，故整体介损不能反映C1、C2各自介损情况，整体介损合格可能掩盖C1、C2各自存在的问题。

图1 电容式电压互感器原理接线示意

中间变压器的尾端接地也可以进行测量，如图3所示，其测量结果比图2更加偏小，往往会容易出现负值。

图4、5所示也是常规测量法，这两种接线适合分装式CVT或具有中压抽头的CVT介损及电容量的测量。虽然这两种接线在测量时也带电磁单元，但都与试验电源并联，其存在只增加电源容量，通过的电流并不经过测量回路，对测量结果没有影响，所以这两种接线都不会产生测量误差。

图2 整体测量X端悬空

图4 具有抽压端子C2测量接线

图5 具有抽压端子C1测量接线

对于无A端子引出CVT现场介损测量，规程要求用自激法。由于CVT结构上的原因，试验电压无法加到A点，给现场介损测量带来较大困难，现场测量时问题较多，但通过合理改变接线，仍可以进行正确测量。自激法是利用CVT自身二次af—xf绕组加压，经中间变压器升压后加于电容上，而分别对C1、C2介损进行测量的方法。

(1)主电容C1、tanδ1的测量接线如图6示。由中压互感器辅助二次绕组加压，XT点接地，按QS1电桥正接线测量，分压电容C2的“δ”点接高压电桥的标准电容器CN的高压端，主电容C1的高压端接高压电桥的CX线。由于“δ”点的绝缘水平较低，所以试验电压不宜超过3kV。这种情况下，C2与标准电容CN串联组成标准支路。一般CN的tanδ≈0，而C2＞＞CN，因此C2与CN的串联值≈CN，串联介质损耗因数≈0，所以标准支路中串有C2并不影响测量结果。

(2)分压电容C2和tanδ2的测量接线如图7所示。该接线类似于C1、tanδ1的测量接线，只是标准支路为C1与CN串联，C2的“δ”端子接电桥CX线，仍由中压互感器辅助二次绕组加压，XT点接地，按正接线测量。由于C2电容较大，加压时应考虑容升电压，现场一般采用较低电压(4kV以下)进行测量。

图 6 C1、tanδ1 测量接线示意

图7 测量C2、tanδ2接线示意

(3)中压互感器电容量CTV和tanδTV的测量接线及等值电路如图8、9所示。C2和中压互感器一次绕组并联，在过电压条件下C2易于损坏，且由于互感器一次绕组线径较细，往往比C2更容易被烧

图8 中压互感器tanδTV和电容量CTV试验接线示意

测量中压互感器的CTV和tanδTV时，将C2末端“δ”点与C1首端相连，XT悬空，中压互感器二次绕组短路接地，QS1电桥按反接线，Cx接线C2末端与C1首端短接线，由于受“δ”点绝缘水平的限制，试验电压不宜超过3kV。

这种接线测得的是C1与C2并联后再与CTV串联的介质损耗因数tanδ。测得的tanδ值为

由于 C1+C2＞＞ CTV，所以 tanδ≈tanδTV，即测得的介质损耗因数tanδ可近似认为是中压互感器一次绕组对铁芯、外壳和二次绕组的介质损耗因数。

由于CVT电磁单元由补偿电抗器L、中间变压器T等组成，和分压回路C2构成一个谐振回路。如果在试验 C1、tanδ1和 C2、tanδ2时，则认为是一个非谐振回路，可能因为所加电压太高，产生谐振，将CVT损坏。为了防止试验过程中损坏CVT，试验所加电压两种情况下，均在3kV以下;输入电流I不大于3IN(IN为中间变压器额定电流);试验电压值应实测，不得用变比换算，以防容升或谐振损坏CVT。坏。互感器一次绕组是否短路或断路，在测量C1、tanδ1，C2、tanδ2时，可用中压互感器励磁加压来发现。

图9 中压互感器tanδTV和电容量CTV试验等值电路示意

3 电磁单元对介损测量结果的影响

由CVT介损测量的各种接线可知，中间电磁单元是产生误差的主要原因，图10是中间电磁单元对CVT介损测量误差的等值电路，图11是中间电磁单元引起测量误差的向量图。

图10 整体测量误差分析

图11 介损误差分析向量

图中It、Ct、Rt分别为电磁单元高压对地及对二次的电流、等效串联电容和等效串联电阻;Im、Lm、Rm、Cm分别为电磁单元的激磁电流、激磁电感、等效电阻及尾端对地电容 ;Ig为 It和 Im的向量和;K为模拟电磁单元尾端是否接地。由图10、11可知，电桥平衡测出的损耗角反映的是C2的电流I2与其电容分量Ic的夹角 δ′。而反映C1、C2整体介损值大小的应是无电磁单元存在时，通过C1、C2的电流I1与其电容分量Ic的夹角δ。由图11可知，电磁单元的存在将有一电流Ig通过其对地回路，Ig的大小及相位取决于中间电磁单元的绝缘状况及激磁电流的大小和相位，图11(e)说明Ig的大小及相位不同对 C1、C2整体介损测量的影响也不相同。

(1)当Ig与I1同相位时，对介损测量结果无影响，但电容量有负误差，如图11(d)所示。

(2)当电磁单元的介损大于C1、C2整体介损时，即Ig的相位落后I1时，其介损测量产生负误差，甚至出现负值，电容量有负误差，如图11(a)所示。实际上，电磁单元的介损往往大于C1、C2的整体介损，此时将产生负误差，这样容易将不合格产品判为合格产品。

(3)当电磁单元的介损小于C1、C2整体介损时，即Ig的相位超前I1时，其介损测量结果产生正误差，电容量有负误差，如图11(b)所示。

(4)电磁单元的激磁电流产生介损测量负误差，电容量产生正误差，如图11(c)所示。

4 CVT现场介损测量接线的适应情况

综上所述，图2、图3所示的测量接线都受中间电磁单元的影响，特别是中间电磁单元尾端接地时影响更大，往往出现负值，结果往往偏小，容易将不合格判为合格，所以一般不采用。图4、5所示的测量接线，其测量结果是准确的，但只适应于分装式或具有A端子引出的CVT介损测量。图6、7、8所示的测量接线，其测量结果准确可靠，是CVT介损测量的通用方法。