浅析电磁式电压互感器原理及测试方法
2014-03-10赵丰
赵丰
摘要：目前测量电压互感器介损的试验方法有很多，而试验方法的不同对测量结果的影响也各不相同。文章介绍了电磁式电压互感器的概念、原理、特点及用途，重点对油式分级绝缘电压互感器介损测量中末端屏蔽法和末端加压法等常用的试验接线进行原理分析，并通过试验对比、理论分析，最终得出合理的试验接线
方法。
关键词：电压互感器；电磁式；介损；测试方法
中图分类号：TM451 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）06-0091-03
介损测量作为电磁式电压互感器绝缘预防实验的主要内容之一，在现场实验测量中有着很高的灵敏度，不仅能够及时发现电压互感器绝缘受潮，还能有效发现绕组上油脂劣化和严重缺陷等。在现场测试过程中，由于实验条件和设备结构的限制，其实验方法也有很多种，而最为常用的实验测量方法包括常规短路法，末端屏蔽法和末端加压法。本章结合电磁式电压互感器特点，从三种不同实验接线方法进行原理分析，选择出现场情况最为合适的实验接线方法。
1 电磁式电压互感器介绍
1.1 原理与特点
电压互感器从结构上来说是一种容量小、体积小及大电压比的降压变压器，它能将电网的高电转化成低电压，以起到方便监测和测量的作用。其基本原理是和变压器相同的，既由一次和二次绕组、引出线、铁心及绝缘部件等构成。目前，我国南方电网中运用的电压互感器主要有电磁式和电容式两种类型，电磁式电压互感器是通过电磁感应按照一定的比例将一次电压转变成二次电压且不会改变一次电压其他电气元件的电压互感器。
特点：电磁式互感器是把一次绕组直接并联在一次回路中，一次回路上的电压决定着一次绕组上的电压；二次绕组和一次绕组也是通过磁耦合完成无电耦合的。二次绕组多用于仪器、仪表及保护装置，由于负载小且是恒定的，因此可将电压互感器的一次侧看做一个电压源，几乎不会受到二次负载的影响。在正常运行的时候，电压互感器的二次侧负载很小，处于一种开路状态，此时的二次电压基本上就是二次侧感应电压的动势，取决于一次系统电压。
1.2 分类与用途
电磁式电压互感器有多种分类方式，根据相数的不同分为单项和三相两种；根据绝缘介质来分可分为干式和油式；根据绕组来分可分为双绕组、三绕组和四绕组三种，在运行当中，按其承受电压的不同，又可分为半绝缘式与全绝缘式电压互感器等。
用途：可与电气仪表、继电保护和自动装置配合测量高电压回路的电压参数，起到隔离高压，保证人员与设备的安全的作用；互感器二次侧统一的取量，有利于二次设备标准化。另外，电磁式电压互感器是我国电网中最主要的电压互感器，是电力输送方面的重要设备，一方面便于监测电网的运行状态；另一方面也可以为续电保护的正确操作提供参考量。
2 分级绝缘方式电磁式电压互感器的介损测量试验
2.1 常规短路法（正接法）
2.1.1 实验原理分析。
图1表明：一次绕组（AX）对二次绕组（a1x1）和二次辅助绕组（a2x2）电容电流是经CX构成回路的，实验中可以检测出电流的信号，但AX对外壳上的电流却无法进行检测。因此，这种接线方法只能反映一次绕组对二次和二次辅助绕组的绝缘，却无法反映出一次绕组对外壳（支架）的绝缘，等值电路见图2：
图1 正接线介损测量示意图
图2 测量绝缘等值示意图（正接线）
2.1.2 影响因素。
实验电压：由于受到X端的低压小套管绝缘的影响，实验电压通常为2kV，在整个实验过程中电流偏低。但采用这种短接的方法进行加压，X端的电压能够达到2kV，对考验X端与二次绕组及二次辅助绕组之间的绝缘非常有效。
端子板和小套管：由于X与a之间的电压较高，如若端子板和小套管表面绝缘很差的话，在其表面就会有很大电流流入实验仪器的检测回路中，这样会导致介损的测量值偏大。
2.2 常规短路发（反接法）
2.2.1 实验原理分析。从图3可以看出，一次绕组（AX）对二次绕组（a1x1）、二次辅助绕组（a2x2）及外壳上的电容电流构成的回路均是通过信号端CX来完成，实验中能够检测出信号电流。因此，这种接线能准确反映一次绕组对二次绕组、二次辅助绕组及外壳的整体绝缘情况，等值电路见图4：
图3 反接线介损测量示意图
图4 测量绝缘等值示意图（反接线）
2.2.2 影响因素。这种接线方式由于X和a之间的电压等同于实验电压，端子板和小套管表面存在较大的泄露电流，此时的介损测量值要大于短路正接法的值。这种情况很容易超过规程定值，因此，此结果对绕组间的绝缘无法做出正确的判断。
2.3 末端屏蔽法
介损因数的测量采用末端屏蔽法，其接线方式有多种，其中正接法在现场实验中的灵敏度很高，能够及时发现互感器绝缘油脂劣化、受潮、绕组发生局部缺陷和油垢严重等问题。受到实验条件的限制，现主要对现场测量中采用末端屏蔽法正接线进行讨论。
2.3.1 实验原理分析
如图5所示，实验接线采用的是自感应耐压类型的实验接线，等同于正接法测量。由于静电屏和X端连接并接地，其电位强度是零，因此对支架、端子板和小套管表面泄露电流起到了很好的屏蔽，但只反应了一次绕组AX、二次绕组（a1x1）及二次辅助绕组（a2x2）之间的介损。
图5 测量介损示意图（末端屏蔽法）
2.3.2 影响因素
此种接线方法的实验电压是10KV，但由于此种电压互感器的二次绕组、二次辅助绕组仅仅与一次绕组的部分绕组发生磁耦合，因此，真实的耦合实验电压对110KV的设备应为二分之一的实验电压，也就是5KV，实验中反应出一次绕组AX、二次（a1x1）及二次辅助绕组（a2x2）间介损不仅灵敏度低，且电容量偏小。由于A端受到较强的电磁场干扰，使得此种测量方法抗干扰能力极差，见图6：endprint
图6 电位分布示意图
2.4 末端加压法
2.4.1 实验原理分析
如图7所示，末端加压法的实验接线相当于自感应法和正接线测量方法，实验电压约为2.5KV，此时的实验高压加于X端，既互感器绝缘极易受到破坏的位置。因此，对考验一次绕组AX、二次绕组（a1x1）及二次辅助绕组（a2x2）之间的绝缘不仅有效且灵敏度高，但此种方法对支架介损却无法反映出来。
图7 测量介损示意图（末端加压法）
2.4.2 影响因素
此种接线方法由于A端接地，属于零电位强度，因此，抗干扰效果很好。但此时的X端带有高电位，端子板和小套管表面的绝缘状况对介损值的测量结果影响很大，时常造成实验人员对绕组间绝缘测试进行判断时出现错误。
3 结论与总结
以上几种不同的接线方法都能测量出电磁式电压互感器的介损，但又具备各自的优势与缺点，因此，在实际的应用中，选取接线时可参考以下内容：
（1）在脏污少、湿度小、二次端小套管与端子板表面绝缘良好的情况下，可选择短接法的反接方式，进行互感器的整体绝缘情况的判断。如果不考虑支架上的绝缘，只想进行绕组间的绝缘判断，可选择短接法的正接方式来测量。
（2）如果二次端小套管和端子板表面绝缘脏污多、湿度大，可选用末端屏蔽法接线进行绕组间绝缘的判断。
（3）如果进行以上两种方法测出的结果合格，仍然对绕组间绝缘状况心存疑虑或现场出现较大的电磁干扰时，可选择用末端加压法进行补充测量。
（4）由于二次辅助绕组a2x2位于电压互感器绝缘的最外层，是最易出现缺陷和受潮的部位，因此，采取图8所示的接线方法测量要比末端屏蔽方法实测的效果要好。由于都是自感应耐压试验，对二次绕组和二次辅助绕组接线时要注意不能将其首位端进行短接，正确的方法是将二次绕组及二次辅助绕组尾端的X1和X2一起短接之后再接入测试仪器中。
图8 末端加压法测量AX-a2x2介损示意图
综上所述，介损实验是用来检测电压互感器绝缘受潮和老化的重要项目，不同的接线方式和环境因素对实验结果的影响很大。进行现场测试时，要采用正确的方式并排除周围环境影响因素，对实验结果进行规程对比。此后，还要对实验数据要进行综合分析与判断，必要时可进行分解实验。对电压互感器内部的缺陷需要依靠多种手段结合设备运行状态、检修情况和各项电气实验的结果进行综合判断，最终用最合理的接线方法来确定缺陷的部位和类别。
参考文献
[1] 张伟.配电变压器预防性试验接线分析[J].安徽
水利水电职业技术学院学报，2011，（4）.
[2] 韩爱芝.一台110kV变压器故障原因分析及处理
[J].变压器，2010，（9）.
[3] 李建明，朱康.高压电气设备试验方法[M].北
京：中国电力出版社，2010.
[4] 朱华.变压器介质损耗因素的测量与分析[J].大
众用电，2011.
[5] 张晓惠.电气试验[M].北京：中国电力出版社，
2010.endprint
图6 电位分布示意图
2.4 末端加压法
2.4.1 实验原理分析
如图7所示，末端加压法的实验接线相当于自感应法和正接线测量方法，实验电压约为2.5KV，此时的实验高压加于X端，既互感器绝缘极易受到破坏的位置。因此，对考验一次绕组AX、二次绕组（a1x1）及二次辅助绕组（a2x2）之间的绝缘不仅有效且灵敏度高，但此种方法对支架介损却无法反映出来。
图7 测量介损示意图（末端加压法）
2.4.2 影响因素
此种接线方法由于A端接地，属于零电位强度，因此，抗干扰效果很好。但此时的X端带有高电位，端子板和小套管表面的绝缘状况对介损值的测量结果影响很大，时常造成实验人员对绕组间绝缘测试进行判断时出现错误。
3 结论与总结
以上几种不同的接线方法都能测量出电磁式电压互感器的介损，但又具备各自的优势与缺点，因此，在实际的应用中，选取接线时可参考以下内容：
（1）在脏污少、湿度小、二次端小套管与端子板表面绝缘良好的情况下，可选择短接法的反接方式，进行互感器的整体绝缘情况的判断。如果不考虑支架上的绝缘，只想进行绕组间的绝缘判断，可选择短接法的正接方式来测量。
（2）如果二次端小套管和端子板表面绝缘脏污多、湿度大，可选用末端屏蔽法接线进行绕组间绝缘的判断。
（3）如果进行以上两种方法测出的结果合格，仍然对绕组间绝缘状况心存疑虑或现场出现较大的电磁干扰时，可选择用末端加压法进行补充测量。
（4）由于二次辅助绕组a2x2位于电压互感器绝缘的最外层，是最易出现缺陷和受潮的部位，因此，采取图8所示的接线方法测量要比末端屏蔽方法实测的效果要好。由于都是自感应耐压试验，对二次绕组和二次辅助绕组接线时要注意不能将其首位端进行短接，正确的方法是将二次绕组及二次辅助绕组尾端的X1和X2一起短接之后再接入测试仪器中。
图8 末端加压法测量AX-a2x2介损示意图
综上所述，介损实验是用来检测电压互感器绝缘受潮和老化的重要项目，不同的接线方式和环境因素对实验结果的影响很大。进行现场测试时，要采用正确的方式并排除周围环境影响因素，对实验结果进行规程对比。此后，还要对实验数据要进行综合分析与判断，必要时可进行分解实验。对电压互感器内部的缺陷需要依靠多种手段结合设备运行状态、检修情况和各项电气实验的结果进行综合判断，最终用最合理的接线方法来确定缺陷的部位和类别。
参考文献
[1] 张伟.配电变压器预防性试验接线分析[J].安徽
水利水电职业技术学院学报，2011，（4）.
[2] 韩爱芝.一台110kV变压器故障原因分析及处理
[J].变压器，2010，（9）.
[3] 李建明，朱康.高压电气设备试验方法[M].北
京：中国电力出版社，2010.
[4] 朱华.变压器介质损耗因素的测量与分析[J].大
众用电，2011.
[5] 张晓惠.电气试验[M].北京：中国电力出版社，
2010.endprint
图6 电位分布示意图
2.4 末端加压法
2.4.1 实验原理分析
如图7所示，末端加压法的实验接线相当于自感应法和正接线测量方法，实验电压约为2.5KV，此时的实验高压加于X端，既互感器绝缘极易受到破坏的位置。因此，对考验一次绕组AX、二次绕组（a1x1）及二次辅助绕组（a2x2）之间的绝缘不仅有效且灵敏度高，但此种方法对支架介损却无法反映出来。
图7 测量介损示意图（末端加压法）
2.4.2 影响因素
此种接线方法由于A端接地，属于零电位强度，因此，抗干扰效果很好。但此时的X端带有高电位，端子板和小套管表面的绝缘状况对介损值的测量结果影响很大，时常造成实验人员对绕组间绝缘测试进行判断时出现错误。
3 结论与总结
以上几种不同的接线方法都能测量出电磁式电压互感器的介损，但又具备各自的优势与缺点，因此，在实际的应用中，选取接线时可参考以下内容：
（1）在脏污少、湿度小、二次端小套管与端子板表面绝缘良好的情况下，可选择短接法的反接方式，进行互感器的整体绝缘情况的判断。如果不考虑支架上的绝缘，只想进行绕组间的绝缘判断，可选择短接法的正接方式来测量。
（2）如果二次端小套管和端子板表面绝缘脏污多、湿度大，可选用末端屏蔽法接线进行绕组间绝缘的判断。
（3）如果进行以上两种方法测出的结果合格，仍然对绕组间绝缘状况心存疑虑或现场出现较大的电磁干扰时，可选择用末端加压法进行补充测量。
（4）由于二次辅助绕组a2x2位于电压互感器绝缘的最外层，是最易出现缺陷和受潮的部位，因此，采取图8所示的接线方法测量要比末端屏蔽方法实测的效果要好。由于都是自感应耐压试验，对二次绕组和二次辅助绕组接线时要注意不能将其首位端进行短接，正确的方法是将二次绕组及二次辅助绕组尾端的X1和X2一起短接之后再接入测试仪器中。
图8 末端加压法测量AX-a2x2介损示意图
综上所述，介损实验是用来检测电压互感器绝缘受潮和老化的重要项目，不同的接线方式和环境因素对实验结果的影响很大。进行现场测试时，要采用正确的方式并排除周围环境影响因素，对实验结果进行规程对比。此后，还要对实验数据要进行综合分析与判断，必要时可进行分解实验。对电压互感器内部的缺陷需要依靠多种手段结合设备运行状态、检修情况和各项电气实验的结果进行综合判断，最终用最合理的接线方法来确定缺陷的部位和类别。
参考文献
[1] 张伟.配电变压器预防性试验接线分析[J].安徽
水利水电职业技术学院学报，2011，（4）.
[2] 韩爱芝.一台110kV变压器故障原因分析及处理
[J].变压器，2010，（9）.
[3] 李建明，朱康.高压电气设备试验方法[M].北
京：中国电力出版社，2010.
[4] 朱华.变压器介质损耗因素的测量与分析[J].大
众用电，2011.
[5] 张晓惠.电气试验[M].北京：中国电力出版社，
2010.endprint
