CVT自激法试验中自激线输出电压小于理论值的原因分析

王飞龙

(包头供电局,内蒙古 包头 014030)



CVT自激法试验中自激线输出电压小于理论值的原因分析

王飞龙

(包头供电局,内蒙古 包头 014030)

运用自激法测量CVT的电容量和介质损耗因数,发现当试验电压升高到设定值时,自激线两端输出的电压值小于其理论计算值。为了找出导致这一现象的原因,建立了CVT电磁单元的等值电路模型,通过定性分析简化后等值模型电路中被试品两端的电压与自激线两端输出电压之间的关系,得出了导致自激线两端输出电压小于其理论计算值的根本原因是CVT本身的“容升效应”。

CVT;自激法;建模;自激线两端电压;容升效应

电容式电压互感器(Capacitor Voltage Transformer,简称CVT)因具有重量轻、寿命长、测量精度高、预防铁磁谐振能力强等优势,所以在电力系统中应用广泛[1-5]。在蒙西地区,CVT逐渐成为110 kV及以上电压互感器的主流,而且多数CVT的结构为无中间抽压端子的叠装式结构[6-7]。电容量和介质损耗因数试验是CVT预防性试验项目中重要的一项,对于没有中间抽压端子的叠装式CVT通常采用自激法测量其电容量和介质损耗因数[8-9]。

自激法测量CVT电容量和介质损耗因数的基本思想是给CVT二次绕组加低电压,利用电磁单元电磁感应原理实现对CVT本体电容加较高电压的目的。目前蒙西地区所用的济南泛华仪器设备有限公司生产的AI-6000E型介损测量仪具有自动变换桥臂的功能,对末节电容C1、C2的电容量和介质损耗因数实现了一键式测量。采用自激法测量CVT电容量和介质损耗因数时发现,当试验电压升高到设定值时,自激线两端输出的电压小于其理论计算值,这种现象在试验现场经常遇到,给工作人员造成了一定的疑惑。为了找出产生这一现象的原因,本文建立了CVT电磁单元等值电路模型,并对模型进行了一定的简化处理,定性地分析了被试品两端的电压与自激线两端输出电压之间的关系,通过“容升效应”原理解释了上述现象,为现场解决实际问题提供了有力依据。

1　自激法试验原理简介

图1　CVT最下节结构图

用CVT自激法测量C1、C2电容量和介质损耗因数的试验原理图分别如图2和图3所示。

图2　测量C1电容量和介损值试验原理图

从图2可以看到,测量C1的电容量和介质损耗因数时,电容C2与电桥内置的标准电容CN串联后作为电桥的一个桥臂,C1单独作为另一个桥臂,所以可实现对C1的电容量和介质损耗因数的测量。测量C2的电容量和介质损耗因数时,其原理同C1,就是将图2中C1与C2在电桥上的位置进行了互换(见图3),所以也能实现对C2的电容量和介质损耗因数的测量[10-12]。

图3　测量C2电容量和介损值试验原理图

2　现场试验分析

在蒙西地区,CVT自激法试验时通常采用的接线方式是选择二次绕组dadn为加压绕组,接自激线,其他二次绕组均空载,高压引线接CVT的N端,信号线接C1的上端。现场试验接线如图4所示。

图4　自激法试验接线图

根据串联电容分压原理可知,CVT正常工作时分压电容C2两端的电压U的计算表达式为

(1)

式中,Un表示CVT正常工作时C1和C2电容串承受的额定相电压有效值。

(2)

该算例k的计算结果为189.4。

据此运用自激法对该型号CVT的电容量和介质损耗因数进行测量,当试验电压选择为2 kV时,求得自激线两端所加电压的理论值为10.56 V。

对该型号CVT进行现场试验时发现,试验电压为2 kV时,自激线两端的电压比理论计算值小。后期对不同环境下同一型号的CVT进行了试验,换用了多台测量仪器,采用高精度数字式万用表对自激线两端的电压进行了测量,还排查了其他存在的干扰因素,最终结果还是自激线两端的电压比理论值要小。多次测量结果如表1所示。

表1　自激线两端电压测量结果表Table 1　Measuring results of self excited wire both ends voltage

从表1中可以看到,5次测量结果的自激线输出电压平均值要比理论计算值小28.64%。仪器、设备厂家在试验的过程中也发现了相同的问题。由此可以推断,自激线两端的实际电压值低于理论计算值应该为CVT的结构参数所致。

3　相关现象理论研究

本文建立了CVT电磁单元等值电路模型,电磁单元等值电路如图5所示。

图5　CVT电磁单元等值电路图

假设被试品C两端的电压折算到二次的值为UC,则流过被试品的电流值为

IC=UC·2πfC

(3)

R2′与L2′上的电压降的矢量表达式为

(4)

式中：P和Q分别为被试品消耗的有功值和无功值。

对于CVT而言,试验过程中消耗的无功功率远大于有功功率,而且电磁单元的漏电抗要大于绕组的等值电阻,因此ΔU2′可近似表示为

(5)

由此可以求得节点2的电压值Uz为

Uz=UC+ΔU2′

(6)

(7)

对于实际的CVT而言,励磁电抗值远大于励磁损耗的等值电阻值,因此式(7)可以简化为

(8)

励磁回路消耗的复功率Pz为

(9)

流过二次绕组的电流为

(10)

依据式(5)同理可以求得R2和L2上的电压降近似值的表达式为

(11)

自激线两端输出电压值为

U1=Uz+ΔU2

(12)

在工程实际中,为了简化电磁单元等值电路模型，方便问题研究,可以忽略等值电路图中励磁电流、绕组等值电阻的影响,简化后的等值电路如图6所示。

图6　CVT电磁单元简化等值电路图

在图6中,L2和L2′上的电压降的计算表达式为

ΔU2=I2·ωL2

(13)

ΔU2′=I2·ωL2′

(14)

图7　电压向量图

根据图7中各电压向量关系可知,自激线两端的输出电压U1与被试品电压UC、两侧漏抗电压降ΔU2、ΔU2′之间的关系为

U1=UC-ΔU2-ΔU2′

(15)

由此可见,采用自激法测量电容量和介质损耗因数时,由于被试品容抗很大,导致被试品所加电压因其本身“容升效应”而增大,因此导致自激线两端输出的电压还未上升到理论计算值就被试品两端所加的电压升高到设定值,最终出现了自激法试验过程中自激线两端输出电压值低于理论计算值的现象。

4　结　语

CVT自激法试验过程中自激线两端输出的电压值比理论计算值小,这是现场试验过程中存在的实际现象。本文通过建立CVT电磁单元等值电路模型及对其进行简化,定性分析了被试品所加的试验电压与自激线两端输出的电压之间的关系,结果表明,导致上述现象的根本原因是CVT本身的“容升效应”。这为工作人员解释现场试验现象提供了一定的指导思路,也有助于提高工作人员对CVT结构和自激法原理的认识。

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(责任编辑郭金光)

Analysis of reason why output voltage is lower thancalculated value in CVT self-excitation test

WANG Feilong

(Baotou Power Supply Bureau, Baotou 014030, China)

When self-excitation test was used to measure the capacity and the dielectric loss factor of CVT, it was found that the measured value of output voltage of self excitation wire was lower than the theoretical value when the test voltage rose to the set value. In order to find out the reason for the proposed phenomenon, this paper established the equivalent circuit model of CVT electromagnetic unit. Through the qualitative analysis of the relationship between the voltage vectors in the simplified equivalent circuit diagram, it is concluded that the root cause of the different between the output voltage and the theoretical value is the "lifting effect" of CVT itself.

CVT; self-excitation method; Modeling; voltage of self excited wire; lifting effect

2016-02-02。

王飞龙(1987—),男,硕士,主要从事高压试验相关工作。

TM451+.2

A

2095-6843(2016)04-0335-04