电容式电压互感器(CVT)全解

电容式电压互感器(CVT)CapacitorVoltageTransformers西安电力电容器研究所2006.8用途电压互感器（商业应用）分电磁式电压互感器和电容式电压互感器两种。目前CVT在我国的市场占有率：35～66kV等级，少量有用；110kV等级，80%以上；220kV等级，95%以上；330～750kV等级，100%。CVT原理、结构和主要性能参数C1—高压电容C2—中压电容T—中间变压器L—补偿电抗器D—阻尼器F—保护装置1a、1n—主二次1号绕组2a、2n—主二次2号绕组da、dn—剩余电压绕组(100V)电容式电压互感器使用图5阻尼器原理线路原因•速饱和电抗器型阻尼器的坡莫合金铁心特性没有达到要求。•阻尼器串联电阻的参数配置不当。•中压变压器的磁密偏高。电压互感器结构原理1：电容分压器；2：电磁单元；3：高压电容；4：中压电容；5：中间变压器；6：补偿电抗器；7：阻尼器；8：电容分压器低压端对地保护间隙；9：阻尼器连接片；10：一次接线端；11：二次输出端；12：接地端；13：绝缘油；14：电容分压器套管；15：电磁单元箱体；16：端子箱；17：外置式金属膨胀器CVT原理、结构和主要性能参数电容式电压互感器由电容分压器和电磁单元组成。电容分压器由C1高压电容和C2中压电容串联组成。电磁单元由中间变压器、补偿电抗器串联组成。电容分压器可作为耦合电容器，在其低压端N端子连接结合滤波器以传送高频信号。通过电容分压器的分压，将分压后得到的中间CVT原理、结构和主要性能参数电压（一般为10～20kV）通过中间变压器降为100/V和100V（或100/3V）的电压，为电压测量及继电保护装置提供电压信号。为了补偿由于负载效应引起的电容分压器的容抗压降，使二次电压随负载变化减小，在中压回路中串接有电抗器，设计时使回路等效容抗和感抗值基本相等，以便得到规定的负荷范围和准确级的电压信号。在中间变压器二次侧的一个绕组上，接有阻尼器，以便能够有效地抑制铁磁谐振。3CVT原理、结构和主要性能参数结构–油浸（充气）、单相、单柱式电容分压器：–介质：膜纸复合浸C1O1（或烷基苯）。–油补偿装置：内置式、外置式扩张器。–瓷套与密封。CVT原理、结构和主要性能参数电磁单元：–中压变压器–补偿电抗器–阻尼器–油箱和二次端子盒试验标准工厂试验标准：GB/T4703-2001《电容式电压互感器》（IEC60187：1987等效采用版本）GB/T19749-2005《耦合电容器和电容分压器》（IEC60358:1990《耦合电容器和电容分压器》的修改采用版本）。IEC60044-5《电压互感器》之第五部分《电容式电压互感器》IEC60358:1990《耦合电容器和电容分压器》现场试验标准：另外，现场试验中，用户针对电容式电压互感器有其相应的验收规范，例如SD301-88《交流500kV电器设备交接和预防性试验规程》SD333-89《进口电流互感器和电容式电压互感器技术规范》GB50150-91《电气安装工程和电气设备交接试验标准》电容式电压互感器试验分类、项目及基本规则电容式电压互感器的试验按结构组成分类,包括:电容分压器试验电磁单元试验电容式电压互感器整体试验每一部分按试验类型分,又都包括:出厂试验型式试验验收试验出厂试验外观检验(整体部分)密封性试验(整体部分)绕组的极性检验(电磁单元部分)电磁单元的工频耐受电压试验(电磁单元部分)低压端子对地工频耐受电压试验(电磁单元部分)保护装置工频放电电压试验(电磁单元部分)准确度试验(整体部分)耦合电容器及电容分压器试验出厂试验外观检验密封性试验工频下电容测量端子之间的工频或操作冲击试验低压端子对接地端子工频耐受电压试验测量损耗角正切值局部放电试验耦合电容器及电容分压器试验型式试验高频电容及等值串联电阻测量低压端子对地杂散电容及杂散电导测量操作冲击耐受电压试验（干试）工频交流电压或操作冲击电压试验（湿试）雷电冲击耐受电压试验放电试验局部放电试验测量电容温度系数机械强度试验型式试验雷电冲击耐受电压试验(整体部分)操作冲击耐受电压试验(整体部分)铁磁谐振试验(整体部分)瞬变响应试验(整体部分)电磁单元的工频耐受电压试验（湿试）(电磁单元部分)电磁单元的温升试验(电磁单元部分)承受短路能力试验(整体部分)准确度试验(整体部分)电容式电压互感器检验的基本规则出厂试验出厂试验的目的在于检验制造中的缺陷和测定互感器的准确度，所以出厂试验由制造厂对需出厂的每一台互感器进行。误差试验应在耐受电压试验之后进行，其余项目的次序可不作规定。型式试验型式试验的目的在于考核互感器的设计、材料和制造等方面是否满足试验标准及技术条件所规定的性能和运行要求。进行型式试验的时间和周期新产品研制出来时应进行型式试验。电容式电压互感器检验的基本规则在生产过程中，当材料、工艺或产品结构等有所改变，且其改变有可能影响产品的性能时，应重新进行型式试验，此时允许只进行与这些改变有关的试验项目。在正常生产中，型式试验应至少每五年进行一次。有关要求和规定用来作型式试验的互感器应首先进行出厂试验。出厂试验合格后，方可进行型式试验。其出厂试验结果也应在型式试验报告中给出。型式试验中的所有耐受电压试验的试验项目应在同一台互感器上进行电容式电压互感器检验的基本规则验收试验验收试验的目的验收试验主要是购买方在安装前进行的试验。是为了检验互感器在运输中有否受到损伤，确保所安装的互感器是良好的。有关要求和规定一次端子间的工频耐受电压试验值应不超过规定试验电压的75％。准确度试验应在允许频率范围和额定电压下进行。电容式电压互感器试验方法外观检验试验目的检验互感器的外观性能。检验互感器的金属件外露表面是否具有良好的防腐蚀性能，产品铭牌及端子标志是否符合图样要求。试验方法目测，观察。电容式电压互感器试验方法密封性试验试验目的检验互感器（包括电容分压器和电磁单元）各密封部位的密封性能。试验方法电磁单元的密封性试验方法一般由制造厂规定，一般通过给试品充油压或给试品加温进行，具体要求和方法由制造厂提出。电容式电压互感器试验方法绕组的极性检验试验目的检验互感器的极性是否正确，为后面的试验项目做好准备，防止误差试验时仪器故障。标有大写体和小写体的同一字母的端子，在同一瞬间应具有同一极性，即所谓减极性。试验方法电磁单元绕组的极性检验一般用直流法进行，如图1所示，用1.5V干电池的正极接在一次绕组的A端，负极接在一次绕组的X端，直流毫安表的正极接在二次绕组的a端，负极接在二次绕组的n端,瞬间接通开关，电流表按顺时方向摆动为减极性。图1极性检验电容式电压互感器试验方法耐受电压试验试验目的保证试品的绝缘性能，使试品在系统运行时能够承受来自系统的各种过电压的冲击。互感器的高压端子和接地端子之间的绝缘应能承受如表3所列的耐受电压。电容式电压互感器试验方法333333互感器额定一次电压额定短时工频耐受电压方均根值额定雷电冲击耐受电压峰值额定操作冲击耐受电压峰值35/80／951）185／200２）——66/140325——160350110/185／2001）450／480２）——550220/360850——395950330/5101175950500/680155011757401675注：对同一额定电压给出两个绝缘水平者，在选用时应考虑到电网结构及过电压水平、过电压保护装置的配置及其性能、可接受的绝缘故障率等。1.斜线下的数据为外绝缘的干耐受电压。2.斜线上的数据用于内绝缘。电容式电压互感器试验方法标准中规定了安装运行地区的海拔不超过1000m绝缘水平。若安装运行地区的海拔超过1000m，则应按海拔高度来折算。用标准规定的额定耐受电压乘以海拔校正系数Ka，其中，Ka计算方法我国国家标准和IEC有所不同。GB311中，计算公式如下：4101.11hak电容式电压互感器试验方法IEC60044-5中，计算公式如下：其中：h：海拔值，单位：m；m：=1，工频和雷电冲击时；=0.75，操作冲击时。8150/)1000(hmaek电容式电压互感器试验方法短时工频耐受电压试验如图2所示，相应的试验电压施加于高压端子与接地端子之间（低压端子与接地端子相连接）。耐受时间1min。试验前后可用电桥测量电容及介损，用于判断是否有元件击穿等故障发生。短时工频耐受电压试验可分为干试与湿试，试验可分别对电容分压器和电磁单元进行。对于电容分压器的试验，湿试不允许分节进行，干试可分节进行。若分节进行试验，应按下式来计算单节试验电压。图2工频耐压试验电容式电压互感器试验方法对于电磁单元部分的试验，试验过程中应注意以下几个问题：电磁单元中压回路的耐受电压水平按下式计算，式中：U1t—互感器高压端子和接地端子间的试验电压；C1、C2—分别为电容分压器的高压电容和中压电容；KCCCUUtt211105.1sCCsfUUsfn电容式电压互感器试验方法K—电压分布不均匀系数，可取1.05。对于电磁单元的工频耐受电压试验，试验前把电磁单元与电容分压器分开。当电磁单元的中压端子外露时，型式试验应在淋雨状态下进行。试验分别对电磁单元的变压器、电抗器和铁磁谐振阻尼装置进行，试验时应注意将阻尼装置与变压器的连接线拆开。电磁单元内若接有过电压保护用放电器件，在试验时也应将其连接线拆开。电容式电压互感器试验方法对变压器一次绕组进行试验时，试验电压值应为按式（3）计算。试验电压可以直接用单独电源来供给，也可以由二次侧感应得到。无论用哪一种方式得到试验电压，均应在高电压侧测量试验电压。当电压升到试验电压值以后，历时1min，然后立即把电压降下来。在试验过程中应注意：变压器的铁心、未接电源的二次绕组的一个端子和一次绕组的低电压端子以及油箱外壳均应接地，而未接电源的绕组处于空载状态。试验时，为避免铁心过度饱和，试验电压的频率可以增加到额定值以上。如果频率超过额定值的两倍，试验时间可以减小到按式（4）计算之值，但不得短于15s。电容式电压互感器试验方法式中：t—用频率为t的电压来试验时所需经历的时间，单位s。ft—试验电压的频率。在试验中有否损坏，可以用在试验前后测量变压器的空载电流和损耗的方法来检验。电抗器的耐受电压试验用单独电源来进行，历时1min。电抗器绕组的端子之间的绝缘水平及其保护器件的放电电压，应与在二次侧短路和开断等过程中电抗器上可能出现的最大过电压水平相适应。具体数值由制造厂规定。为避免铁心过度饱和，可以提高试验电压的频率，此时试验时间按上述规定适当缩短。602tnfft电容式电压互感器试验方法其他部件的绝缘水平–电磁单元中压回路的接地端子与地之间，二次绕组的端子（含附件）对地及其相互之间的绝缘应能承受工频3kV（方均根值）的试验电压，历时1min。–电容分压器的低压端子对地绝缘应能承受工频10kV（方均根值）的试验电压，历时1min，若低压端子不暴露在风雨中，则试验电压为4kV（方均根值）电容式电压互感器试验方法雷电冲击耐受电压试验雷电冲击耐受电压试验在互感器整体上进行，试验电压的波形为（1.2～5）／（40～60）s。也可分别对电容分压器（不允许分节进行）和电磁单元进行，电磁单元试验电压按变比计算得到。试验时，应施加正极性和负极性冲击各15次，如果在连续的15次冲击中未发生多于2次的闪络且未发生击穿，则认为互感器通过了试验。操作冲击耐受电压试验（湿试）操作冲击耐受电压试验（湿试）在互感器整体上进行，试验电压的波形为250／2500s。也可仅对电容分压器进行（不允许分节进行），而电磁单元则用上述短时工频耐受电压试验考核。操作冲击耐受电压试验时，应施加正极性和负极性冲击各15次，如果在连续的15次冲击中未发生多于2次的闪络且未发生击穿，则认为互感器通过了试验。操作冲击试验只对330kV以上产品进行，这和系统中过电压存在和保护水平有关。若试品进行了操作冲击湿耐受电压试验，则不需再进行工频湿试验和操作冲击干耐受电压试验。电容式电压互感器试验方法电磁单元的温升试验试验目的检验互感器在正常及系统故障