基于GIS管道寄生电容的TV串联谐振升压方法研究与应用

陈勇，朱梦梦，高海丽，朱全聪，林聪，翟少磊

（1. 云南电网有限责任公司姚安供电有限公司，云南 姚安 675300；2. 云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217；3. 南方电网公司电能计量重点实验室，昆明 650217；4.云南电网有限责任公司勐海供电有限公司，云南 勐海 666200）

0 前言

随着电力改革创新发展，网内加快了智能电网的建设，大量的110～500 kV高电压等级变电站快速建成并投运，而且在这些高电压等级的发、配、变电站中使用最多的是六氟化硫全封闭组合电器（GIS）设备，根据GIS套管结构可分为单元式、非全封闭式、全封闭式。GIS管道中使用的电压互感器通常为电磁式TV。

电压互感器作为一、二次侧电参量的重要桥梁，尤其在关口结算中，其现场TV计量结果的准确性对贸易结算至关重要，所以对TV的测量误差精度要求很高。本文针对上述三种不同类型的GIS管道，介绍了三种不同的TV检定方法，尤其对全封闭式GIS中TV的现场检定作了重点介绍。

由于使用级联变压器升压方法，升压设备的体积大，所需电源容量又大等原因给现场使用造成很多困难；再加上它存在寄生电容，利用传统方法检定需要的无功容量很大。因此，本文提出利用GIS管道寄生电容与可调电抗器串联谐振升压方法，并利用此方法对220 kV谷满变电站GIS套管中电磁式TV误差试验进行现场测试。为了解决现场单相寄生电容量小的问题，本文把GIS管道中A、B、C三相母线并联方式增大电容量，这样不仅充分利用了现场资源，而且减少了可调电抗器的数量。

1 单元式GIS中TV的现场检定

单元式GIS套管是把电源引入到变电站，再把TA和TV与其它一次设备连接起来的方式。它的特点是以感性负载为主，因此检定单元式GIS套管中TV时，可以采用传统电磁式TV的检定方法检定，其原理图如图1所示。图1中（TY—调压器；SY—升压器；PT0—标准TV；PTx—被测TV；Y1、Y2—电压负荷箱A、X—TV一次的对应端子；a、x（1a、1n、2a、2n）—TV二次的对应端子）。

图1 传统电磁式TV现场检定的原理图

2 非全封闭式GIS中TV的现场检定

非全封闭式GIS中的TV大多采用CVT，常见CVT的电容容量如表1所示，从表1中可以看出主电容量很大，要想通过工频变压器升压来获取相应的试验电压，所需的工频变压器体积大、重量重、容量大，这样会给现场使用带来很多困难。目前现场检定CVT时，通常采用串联谐振升压方法获取试验电压，串联谐振升压法的原理可用图2说明。

表1 常见CVT的电容容量表

图2 串联谐振等效电路

图2中（E—二次电势；R—升压器和电抗器绕组的电阻；L—电感值；C—电容量；Uc—电压降）。根据图2可写出如下回路方程式：

其虚部：

图3 CTV现场检定的原理图

3 全封闭式GIS中TV的现场检定

3.1 GIS管道寄生电容的TV串联谐振升压方法

全封闭式GIS是整个变电站大多数一次设备都置于GIS套管中，它使用的TV是电磁式TV。按照常规的检定方法，是把同组中一只被试TV的余留电压绕组上加压进行反升压获取一次高压电源。由于全封闭式GIS套管中TV检定时不能脱离母线单独测试，并且GIS套管中存在寄生电容，TV的容量不是很大，这样利用上述常规检定方法进行升压将会使被试TV超出额定容量，甚至会损坏被试TV。因此不易利用常规的电磁式TV现场检定方法。从全封闭式GIS套管的特点来分析，它存在着寄生电容，我们可以把它们看作成一个整体，类似于一个CVT。这样就可以把GIS套管寄生电容看成一个电容器，再与可调电抗器串联谐振升压，从而获取试验电压。GIS套管寄生电容与可调电抗器串联谐振升压原理图如图4所示。图4中（TY—调压器，T—励磁升压变，L—可调电抗器）。

图4 GIS套管寄生电容与可调电抗器串联谐振升压图

往往在一些GIS变电站中，仅靠某一相母线寄生电容量与可调电抗器串联谐振升压，获取试验电压，是需要很多可调电抗器，这样给工作带来很多困难。为了解决这些困难，我们可以采用并联电容方式来增大电容量（并联电容时：C=C1+C2+C3），这样可以减少可调电抗器的数量。并联电容与可调电抗器串联谐振升压，其原理如图5所示。

图5 并联电容与可调电抗器串联谐振升压原理图

3.2 GIS管道的TV串联谐振升压流程

GIS管道的TV串联谐振升压流程如图6所示。

4 现场试验及数据分析

本文以220 kV谷满变电站GIS套管中电磁式TV为对象进行现场误差试验。

图6 GIS管道的TV串联谐振升压流程图

4.1 GIS套管中电容量测量

母线到#1主变接线图如图7所示，GIS套管中任意一相从母线侧到#1主变通过便携式LCR仪测的寄生电容量大约为0.000 9 μF；可以看出任意一相寄生电容量很小，为了增大电容量，把GIS套管中A、B、C三相并联起来，此时测的寄生电容量约为0.002 7 μF。

图7 母线到#1主变接线图

4.2 电抗器的匹配选择

把GIS套管中A、B、C三相并联之后电容值为0.002 7 μF，根据工频谐振条件，所需电抗值约为3 694.3 H，XL约为1 160.2 kΩ。选择的可调电抗器如表2所示。

表2 可调电抗器铭牌

4.3 现场调试

把4台可调电抗器气隙都调节为10 mm时，进行升压，在互感器校验仪上显示的电压只是额定电压的五分之三，说明回路基本满足谐振条件。如果要满足工频谐振条件，就必需满足增加了电感量，回路基本满足谐振条件，但增加的电感量还不够。然后气隙都调节为4 mm时，再进行升压，此时可以升到相应试验电压。

4.4 测试数据分析

1）TV误差限值如表3。

2）#1主变220 kV侧TV铭牌参数如表4所示。

3）#1主变220 kV侧TV误差数据如表5所示。

对照表3和表5中数据可知，所测220 kV谷满变电站#1主变220 kV侧GIS套管中电磁式TV误差数据在误差范围之内。

表3 TV误差限值表

表4 #1主变220 kV侧TV误差数据

5 结束语

本文利用GIS套管中寄生电容与可调电抗器串联谐振升压方法对220 kV谷满变电站#1主变220 kV侧GIS套管中电磁式TV进行了现场误差检测验证。该方法，所需的电源容量小、设备体积小、重量轻、成本低，同时解决了传统方法检定GIS套管中电磁式TV升压困难的问题，并充分合理地利用了现场资源，还大大提高了现场的可操作性，为高等级电压变电站安装的GIS套管中电磁式TV现场校验时做出理论和实践指导。