电容式电压互感器电容、介损测试原理和注意事项

电容式电压互感器电容、介损测试原理和注意事项前言电容式电压互感器(capacitorvoltagetransformer，CVT)与传统电磁式电压互感器相比具有体积小、冲击绝缘强度高、电场强度裕度大，可防止因电压互感器铁心饱和引起铁磁谐振，而且电容部分可兼作耦合电容器用于高频载波通信等诸多优点。目前，在CVT在110kV及以上电力系统中得到广泛应用【1】。CVT的电容和介损测试作为其预防性试验项目之一，可发现存在的缺陷故障，是判断CVT的运行状况的重要方法。目前，我国大量使用的是无中间抽头的叠装式CVT，由于设备安装现场的限制和各节电容的电气位置不同，测量方法也不同。本文主要分析介绍了各节电容器测量原理，并提出了现场测试时的几点注意事项1CVT电气原理图无中间抽压端子的叠装式CVT电气原理图如图1所示。其中，高压电容器C1由耦合电容C11、C12、C13串联组成，C2为分压电容器。T为中间变压器，F为保护装置，L为补偿电抗器，Z为阻尼电抗器，N为电容分压电容器低压端子，X为电磁单元低压端子，1a、1n、2a、2n、3a、3n为二次绕组,da～dn为剩余电压绕组。整套CVT由电容分压器和电磁单元两部分组成（以图中虚线为界），下节分压电容器C２和电磁单元在产品出厂时连为一体，并且C11与C2中间无试验用连接线引出。在额定频率下，补偿电抗器L的感抗值近似等于分压器两部分电容并联(C1+C2)的容抗值。根据谐振原理使中压变压器高压端与母线电压的比值为C1/(C1+C2)。图1CVT的电气原理图Fig.1ElectricalschematicdiagramofCVT2各节电容的测量方法2.1上节耦合电容C13测量原理拆除高压母线工作量大，对一次设备的安全也构成一定威胁。而进行现场介损测试时母线是停电并接地的，所以C13满足西林电桥反接线法的试验条件—“被试品的一极是固定接地的”。因此对C13采取反接线法测试。试验原理图如图2。图2反接线法测C13原理图Fig.2SchematicdiagramoftestingC13byreverseconnectionmethodofScheringBridge其中，R13为C13的等值并联电阻，CN为高压标准电容，R3为可调无感电阻，C4为可调电容，R4为定值无感电阻，P为交流检流计【2】。通过调节R3和C4，使得检流计P电流为零，此时电桥达到平衡。根据电学原理知，此时：(1)式中(2)将(2)式代入(1)式运算，根据实部、虚部相同可求出：(3)根据并联等值电路介损公式可得：(4)以上是采用西林电桥反接线法测量C13电容和介损的试验原理，现场测试使用的基于上述原理，运用微处理器技术的试验仪器，可以直接运算出C13与tgδ13。试验时为减少泄漏电流的干扰，要用屏蔽线将C12进行屏蔽，即用高压线的屏蔽线接C12下端。2.2中节耦合电容C12测量原理因为中节耦合电容C12两端均对地绝缘，且方便试验接线，所以宜采用西林电桥正接线法测试。试验原理图如图3。图3西林电桥正接线法测C12原理图Fig.3SchematicdiagramoftestingC12bypositiveconnectionmethodofScheringBridge正接线法和2.1节所述的反接线法测量原理与试验方法均是一致的，不同之处是此处被试品的两端均是对地绝缘的，且处于高压桥臂。2.3使用串联法测电容C11、C2原理及缺陷分析因为电容C11与C2之间无试验用引出端子，所以无法像电容C12、C13那样采用常规接线法分别进行测量。串联法测电容C11、C2的电容和介损是指：将电容C11与C2看作一个等效电容C进行测量，测出其电容和介损值，并根据相关的公式对电容C11、C2出厂电容和介损值进行转换，进而对电容C11与C2的健康状况做出判断。断开电容C2低压端子N和中压变压器T高压侧绕组低压端子X，将电容C11与C2看作一个等效电容C，则电容C两端均是对地绝缘的。因此可以采用2.2节正接线法对其进行测试。试验原理图如图4。图4串联法测C11与C2原理图Fig.4SchematicdiagramoftestingC11andC2byseriesconnectionmethod串联法测电容C11、C2原理与正接线法测量C12原理相同，下边探讨等效电容C的电容与介损和电容C12、C13的电容与介损之间的关系。在分析有损电介质既可以将其等效为一只无损电容和一个电阻的并联的等值电路，也可以将其等效为一只无损电容和一个电阻的并联的等值电路，两种等值电路得出的介损值是相同的，且两种等值电路中的无损电容也可以认为是相同的【3】。这里，为便于分析将电容C11、C2用串联等值电路进行替代。原理图如图5。图5C11、C2串联等效原理图Fig.5SchematicdiagramofseriesconnectionofC11andC2图5中，(5)根据有损电介质串联等值电路的介损公式：(6)所以有：（7）所以将电容C11、C2的出厂值按照式（5）、（7）进行运算，并将结果与试验测量值进行比较，即可对电容C11、C2的工作状况进行判断。采用上述方法测试电容C11、C2，虽然试验原理和方法都比较简单，但存在下述缺点：（1）串联法所得介损介于电容单元C11与C2介损之间，且接近电容较小者，即tgδ11；（2）串联测试法所得电容小于电容单元C11与C2的值，接近电容值较小者，即C11；（3）由于受中间变T一次线圈泄漏电流的影响，容易出现负介损；（4）当电容C2绝缘存在缺陷时，此方法容易产生误判。当电容C2电容、介损值超标，C11电容、介损值正常时，此方法测得的串联电容与介损合格或只是处于警戒值【4】。2.4使用自激法测电容C11、C2原理自激法是以CVT的中压变压器T作为试验变压器,通过介损测试仪在二次侧施加电压对其进行激磁,在一次侧感应出高压作为电源来测量C11和C2的电容及介损。采用自激法测量C11、C2的电容和介损可以不用换线，仪器内部自动进行切换。现在数字介损电桥已广泛应用,既可以有效避免传统西林式介损电桥采用自激法可能引起的谐振现象，也可以很好的限制CVT高、低压侧电流。2.4.1自激法测量C11及tgδ11基本原理自激法测量C11及tgδ11基本原理如图6。由于CN电容远小于C2，测量过程中用CN作为测试回路标准电容，对测试结果影响可以忽略不计；C12、C13串联支路的容抗远大于可调电阻R3，对对测试结果影响可以忽略不计。所以，自激法测量C11及tgδ11原理和正接线法原理相似。图6自激法测试C11原理图Fig.6SchematicdiagramoftestingC11byself-excitationmethod2.4.2自激法测量C2及tanδ2基本原理自激法测量C2及tanδ2基本原理如图7，用已经测得的C11和CN作为标准电容，由于Z4电抗很小,耦合电容C12、C13与Z4的并联对测试结果影响也被忽略。此时自激法测量C2及tanδ2原理也和正接线法原理相似。图7自激法测试C2原理图Fig.7SchematicdiagramoftestingC2byself-excitationmethod2.5现场测试要注意的问题2.5.1测试时接触面电阻的影响在进行介损测试时，应保证测试线接触良好，接触面电阻要小，否则会出现较大的测量误差。这里将有损电容器进行串联电路等效，设其等效电容为C，等效电阻为r，设测量时接触面电阻为Rj,则C、r、Rj为串联关系。由有损介质串联等值电路知：介损实际值；串入接触电阻后，介损测量值()因此，由于接触电阻Rj的存在，使得介损测量值增大。假设一个有损电容的电容值为100nF,当接触电阻为10Ω时，即可使介损测量值偏大0.03%左右。因此，对于电容值较大而介损标准较小的试品，测试时应保证测量线接触良好，避免因接触电阻过大引起介损超标。2.5.2采用自激法测量C11、C2要注意的问题1.测试时，需从剩余绕组da～dn加压,其主要原因为：测量时，被测电容和中间PT的电感及补偿电感可能会形成谐振回路,从而出现危险的过电压,所以测试时一定接上阻尼电抗防止发生谐振,即从二次侧da～dn绕组上加压【5】。2.试验过程中，被测试CVT作为中间变压器T的负载，其消耗的功率应小于所选自激端子容量；另外，为更好的反应试品的真实情况，希望所施加的电压更高，因此要确保二次侧da～dn绕组容量满足试验条件。3.采用自激法试验之前，应测量C2的绝缘情况，保证C2对地良好的绝缘。相关资料论述了若C2末端绝缘降低，会使C11的介损值异常偏大【6】。3.结语本文论述了西林电桥反接线法测电容和介质损耗因数的计算方法，指出要根据CVT各节电容的位置特征，采用不同的方法进行电容和介损的测试。同时，也提出了几点现场测试时要注意的问题，并作出了简要分析。希望能为同行提供一些帮助。参考文献[1]岳永刚,尹建波.500kV电容式电压互感器现场自激测试法分析[J].电力电容器与无功补偿，2010，31（4）：47～48[2]赵智大.高电压技术[M].第二版,北京：中国电力出版社,2006.79～81.[3]赵智大.高电压技术[M].第二版,北京：中国电力出版社,2006.53～55.[4]王亚平，岳永刚.CVT自激法测试原理及其试验电压的选取[J].内蒙古电力技术，2010，28（6）：17～18[5]练成雄.电容式电压互感器(CVT)介损和电容量测量分析[J].广东科技，2008，185：137～138[6]陈宏伟,王光临.δ端子绝缘对CVT介损的影响[J].高电压技术，2004，30（1）：57～58