谐波对电容式电压互感器运行特性影响

谢艳彬

摘要：电力电子装置生产中往往选取各类非线性设备，进而导致电网内谐波问题显著，这将严重威胁电力系统与电力设备运行安全，尤其是对35kV以上电压等级电网电容式电压互感器工作特性将造成极大的影响。为此，本文基于电容式电压互感器结构分析，对谐波对电容式电压互感器运行特性影响进行了分析与探究，以期全面提升设备运行安全。

关键词：谐波；电容式电压互感器；运行特性

中图分类号TM4 文献标识码A 文章编号2095-6363（2016）06-0175-01

1.电容式电压互感器的概况

电容式电压互感器是通过串联电容器进行电压抽取，再利用变压器变压作为表计、继电保护等的电压源的电压互感器，载波频率通过电容式电压互感器可向输电线耦合，且实现其长途通信、远方测量及选择性线路高频保护等功能。相比一般电磁式电压互感器，电容式电压互感其可避免因电压互感器铁芯饱和产生的铁磁谐振，还具有良好经济性能及安全性。

电容分压器与中压变压器为电容式电压互感器的主要构成成分。其中瓷套与在其内装载的多数串联电容器可构成电容分压器，且有0.1MPa正压绝缘油装在瓷套内。

在密封油箱内安装的变压器、补偿电抗器及阻尼装置为中压变压器的主要构成成分，油箱顶部空间充氮。一次绕组分为主绕组和微调绕组，一次侧和一次绕组间串联一个低损耗电抗器。特殊情况下，在电容式电压互感器内其非线性阻抗及固有电容将产生铁磁谐振，为消除该谐振可选取阻尼装置，电阻与电抗器为构成阻尼装置的主要成分，需在二次绕组上跨接作业，一般情况下阻尼装置阻抗能力较强，如铁磁谐振产生电压，在影响中压变压器前期，电抗器则处于饱和状态，此时仅有电阻负载，将快速减少振荡能量。

2.谐波对电容式电压互感器运行特性影响

现阶段，35kV及以上等级电网电压往往选取电容式电压互感器测量，在电网内应用的电容式电压互感器一般用于测量基波电压，在工程实际中，该互感器工频下工作特性、测量误差等都与其要求相符，如存有谐波电压，势必影响此类特性、参数，为此，本文以谐波对电容式电压互感器运行特性影响为例进行分析。

2.1二次侧畸变原因

感性元件L与容性元件c在电容式电压互感器内同时存在。假设谐波电压信号干扰问题严重，互感器内元件参数则会产生一定改变，导致基波工作情况下的原有调谐运行等效参数也会随之改变，公式如下：

因互感器内元件参数改变，进而改变了输入、输出的电压比，也就是电压信号由电容式电压互感器一次侧向二次侧传递时波形将不见或增大，致使畸变现象出现在波形内，此时将对互感器测量精确度造成极大影响。

2.2谐波工作特性分析

1）电容式电压互感器高频等效电路。在工频电压作用下，电网运行可忽略电容式电压互感器等效电路内元件杂散电容与耦合电容，工频下电容式电压互感器等效电路。如电网内谐波较多，一定程度上，谐波对电容及电感元件影响将对互感器频率响应特性产生改变。由此可见，原有电容式电压互感器等效电路与谐波测量分析不符，需进行满足谐波特性分析电容式电压互感器高频等效电路构建，在原有等效电路前提下，需对电容式电压互感器内所有元件影响地杂散电容、元件间耦合电容等问题进行充分考虑。

2）杂散电容及耦合电容的影响。为分析杂散电容及耦合电容影响电容式电压互感器等效电路模型的具体情况，本文以传递函数原理分析，对谐波干扰下杂散电容有无情况及耦合电容影响电容式电压互感器等效电路模型频率响应特性进行了探究。

3）仿真分析。在高频电容式电压互感器等效电路模型仿真中本文选取的仿真软件为MATLAB，以此对理论取得的谐波干扰下电容式电压互感器幅频特性曲线进行准确验证。且达到仿真模型简化的目的。同时在对仿真结果准确性不影响的前提下，可对Cps与Cp2影响忽略不计。

电容式电压互感器仿真模型内，部分元件可直接应用模块库内，如基本电容、电阻等，特别注意电容式电压互感器内变压器的工作特征，采取饱和变压器模块对中间变压器进行模拟。选取叠加1%基波电压幅值的2到50次谐波电压作为输入信号，除此之外，在傅立叶分析模块内传送负载侧电压信号实施傅立叶变换，获取电容式电压互感器幅频特性曲线。

2.3误差分析

谐波影响下，电容式电压互感器误差参数也将产生极大的改变，其修正系数公式如下：

其中，ce＼cc＼cps两端电压分别由Uce、Ucc、Ups表示。

从上式得知，谐波工况下比电容式电压互感器在基频工况下将有cc、Cps、Cp1、Cp2增多，进而导致电容式电压互感器测量误差产生改变。为降低误差需对Xce、Xcc、Xcps有所减少，并对Xcp2、zD、zb、ze适当增大，促使KcRF与1相近，但此类参数的决定因素主要为电容式电压互感器本身特性与现场具体情况，取得的定值无法确保其准确不变。为此，在谐波影响下，频率变化将改变KcRF，进而对电容式电压互感器测量误差造成严重影响，但新的测量误差对工程具体规定并不一定符合。

2.4谐波电压测量方式分析

谐波电压测量可选取高压分压器进行准确测量，电阻分压器、电容分压器等都为其主要部分，如现场没有进行以上分压系统安装，则需选取特制分压器。

如选取电容分压器，其低压臂电容上并接的测量仪表输入阻抗则为纯阻性，只有这样才能避免误差出现。当选取电磁式小PT作为测量仪表输入段，则为导致电容式分压器进行电容式电压互感器转变，进而增加误差。

高压系统无法有效隔离仪器测量系统为电阻、电容式分压器的同有缺陷，测量系统内如出现暂态状态则产生的共模电压极高，进而对设备、人员安全造成严重威胁，为此必须将暂态电压抑制器、压敏电阻等设置到测量系统输入端，以此达到保护效果。也可将光电隔离、加装绝缘放大器设置到分压器低压臂、测量系统中间，避免两系统接触。

2.5总结

第一，谐波工况下电容式电压互感器运行，因其本身特性将致使谐波电压由一次侧向二次侧回路时产生一定畸变，且程度各异，由此可见，无法直接进行谐波电压测量；第二，电网内谐波电压将改变电容式电压互感器测量误差，但新的测量误差却与工程具体规定可能不符；第三，因电容式电压无法对系统谐波等级进行直接测量，因此应在现有条件下加大电容式电压互感器谐波测试研究力度，利用电容式电压互感器修正系数测定对电网谐波电压水平进行测量。

3.结论

综上所述，伴随社会经济的快速发展及科学技术水平的不断提升。我国电力系统也愈加完善。电容式电压互感器作为互感器的重要类型，在其运行过程中往往会存在诸多问题，尤其是谐波干扰下，如何降低其对电容式电压互感器运行特性的影响程度，如何确保互感器运行正常，已经成为研究分析的关键，为此，本文在全面分析了解电容式电压互感器结构的基础上，对谐波干扰下，电容式电压互感器运行特性的影响程度进行了研究，且通过仿真分析、误差分析等，全面提升互感器运行良好程度。