淺析電磁式半絕緣電壓互感器幾種測試方法的適用性

劉瀟

【摘 要】本文對電磁式半絕緣電壓互感器幾種測試方法并進行分析對比，闡述了半絕緣電壓互感器中串級式與非串級式電壓互感器的區別與半絕緣非串級式電壓互感器適用的介質損耗及電容量測量接線方式。

【關鍵詞】半絕緣；串級式；電壓互感器；常規法

0 引言

半絕緣的電壓互感器為測取電網電壓的重要設備。目前電網中仍存在較多此類設備，而介損及電容量試驗能較為靈敏地檢測其絕緣受潮、劣化及套管損害等缺陷。本文中，針對目前較多種類的介損及電容量試驗接線方式，相互間進行比較。并且對應于半絕緣電壓互感器的不同結構，分析各種接線方式的適用性及相應的優缺點。

1 半絕緣電壓互感器簡介及分類

1.1 半絕緣定義

半絕緣是指變壓器靠近中性點部分繞組的主絕緣，其絕緣水平比端部繞組的絕緣水平低、也叫降級絕緣。半絕緣電壓互感器是電磁式電壓互感器的一種，利用電磁感應原理制成的一種電壓互感器，類似于變壓器。主要為電網的電壓抽取作二次保護、測量、計量用。

1.2 半絕緣電壓互感器主要分為三種形式

（1）具有閉合鐵芯的半絕緣電壓互感器；

（2）串級式電壓互感器；

（3）具有開放鐵芯的半絕緣電壓互感器[3]。

針對具體試驗接線的特點，主要歸分為兩種，即串級式和非串級式的半絕緣電壓互感器。

2 各種介損及電容量試驗接線方式的介紹

各種接線方式的不同，目的是為了測試不同的位置。根據不同的原理及測試部位主要分為四大類。

2.1 常規法

又稱短路法，主要有正接線和反接線兩種形式。共有7種接線方式，以下列出2種具體接線方式及對應試驗部位。

2.1.1 常規法1

如圖1所示，接線方法為一次首尾端短接加壓10kV，二次ax、aDxD短接接地，底座接地。此法主要測試部位為：一次對二三次繞組絕緣，底座絕緣，二三次繞組端部絕緣。

2.1.2 常規法2

如圖2所示，接線方法為一次首尾端短接加壓10kV，二次ax、aDxD短接接介損儀Cx端，底座接地。此法主要測試部位為：一次對二次三次繞組的絕緣、二三次繞組端部[1]。

常規法1 常規法2

圖1 圖2

2.2 末端屏蔽法

2.2.1末端屏蔽法3

如圖3所示，接線方法為一次首端加壓10kV，一次尾端靜電屏接地，二次x、xD短接接Cx，底座對地絕緣。此法主要測試部位為：下鐵芯一次對二三次繞組端部絕緣，底座絕緣。

2.2.2 末端屏蔽法4

如圖4所示，接線方法為一次首端加壓10kV，一次尾端靜電屏接地，二次a、xD短接，x接Cx，底座對地絕緣。此法主要測試部位與末端屏蔽法3相同。此法主要針對減極性的半絕緣電壓互感器，目的為了減少電感引起的誤差。原理為讓二、三次繞組通過與一次繞組相反電流，使一次與二、三次繞組電感相抵消。若為加極性，用末端屏蔽法5，如圖5所示，原理相同[2]。

2.2.3 末端屏蔽法6

如圖6所示，接線方法為一次首端加壓10kV，一次尾端靜電屏接地，二次a、xD短接接地，底座對地絕緣接Cx。此法主要測試部位為底座絕緣[3]。

末端屏蔽法 末端屏蔽法改進型（減極性）

圖3 圖4

末端屏蔽法改進型（加極性） 末端屏蔽法測支架

圖5 圖6

2.3 末端加壓法

2.3.1 末端加壓法7

如圖7所示，接線方法為一次首端接地，一次尾端靜電屏加壓10kV，二次x、xD短接接Cx，底座接地。此法主要測試部位為：下鐵芯一次對二三次繞組端部絕緣，底座絕緣。

2.3.2 末端加壓法8

如圖8所示，接線方法為一次首端接地，一次尾端靜電屏加壓10kV，二次x接地，xD接Cx，底座接地。此法主要測試部位為：下鐵芯一次對三次繞組端部絕緣，底座絕緣。

此兩種方法主要區別為二次x端是接入Cx還是接地。因為對于串級式電壓互感器來說三次繞組（又稱輔助二次或開口三角）在最外層，且三次繞組電容量占總二三次繞組電容量的比例較小。故相對來說，圖7末端加壓法7對于串級式電壓互感器在端部受潮初期反應靈敏。

圖7 末端加壓法7 圖8 末端加壓法8

2.4 自激法

如圖9所示，接線方法為二次a端加壓2～3kV，一次尾端靜電屏接地，一次首端接介損儀Cx，二次aD、xD懸空，底座與二次x端一起下地。此法主要測試部位為：一次對二三次繞組端部絕緣，底座絕緣[1]。

圖9 自激法

3 分級絕緣電壓互感器中串級式電壓互感器及非串級式電壓互感器的結構區別

3.1 非串級式的半絕緣電壓互感器

鐵芯柱上套有繞組，分三個線圈（一次、二次及剩余電壓），剩余電壓線圈繞在絕緣紙筒上，外包紙板后，繞二次線圈，再外包絕緣紙板，最外面為一次線圈。一次繞組A端出線為全絕緣，X端接地。器身固定在下油箱上。

3.2 串級式電壓互感器

結構如圖10所示。與非串級式半絕緣電壓互感器相反，串級式電壓互感器下鐵芯上最里層為一次繞組，接著是二次，而開口三角繞組為最外層[4]。

圖10 串級式電壓互感器下繞組排列示意圖

不同的測量方法是為了測量設備的不同位置。將常規法與末端加壓法、末端屏蔽法相比較，關鍵的區別在于是否測量“端部”，對試驗結果的靈敏度有一定的影響。這是常規法與其余兩法的主要區別。常規法主要將一次繞組首尾短接，而末端加壓法及末端屏蔽法都是正接法，且必須將一次繞組首端或尾端接地。眾所周知，在正接法中，接地相當于屏蔽。將一次繞組任一端接地相當于將一次繞組對其余繞組之間的絕緣屏蔽。而常規法中，將一次繞組首尾短接卻正是為了測出一次繞組對其余繞組的絕緣。這些本質的區別，都是建立在繞組結構完全不同的前提下的。已經有實例證明對于表面已經出現放電的此類型互感器但是用末端加壓法與末端屏蔽法測量，結果仍能在合格范圍內。

對于分級絕緣電壓互感器中的非串級式種類，只能用第一種常規法（圖1、圖2）的2種接線。因為其所有繞組都是繞在同一個鐵芯上的，其中一次繞組為最外層。最先受潮的也必然是一次繞組，所以測出一次繞組對二、三次繞組的絕緣介損為關鍵。若非要使用末端屏蔽法、末端加壓法、自激法等，也可以測量出介損，但是一次繞組對二、三次繞組的端部絕緣，結構上在一次繞組以內的層次（電壓互感器一次繞組匝數遠多于二次繞組），即使已經嚴重受潮，也很難反映，于現場測量意義不大。

對于末端屏蔽法、末端加壓法、自激法，均為針對半絕緣中的串級式電壓互感器，因為其二、三次繞組在最外側的結構，此部位為最外層，必最先受潮，若將其改進只測一次對三次繞組端部絕緣，更是受潮的最先發生位置，測量此位置的絕緣狀況有重要意義。而且對于三次繞組來說，其所占總二次繞組的比例占很小部分，單獨測量也將提高反映受潮情況的靈敏度（圖8）。若用常規法測量，也可以得出結果，但是因為測量部位并非最外層，即使三次繞組已經嚴重受潮，但是還是很有可能測量介損結果在合格范圍內。

4 現場試驗數據對比

下面來看看一組現場試驗數據，被試設備為：

型號：JDX6-35型（J—電壓互感器、D—單相、X—帶剩余電壓繞組、6—設計序號、35—指電壓等級，kV）

廠家：沈陽變壓器責任有限公司

出廠日期：1994年10月

編號：94J05123-2

根據廠家說明書：該型電壓互感器為單相三繞組、戶外用油浸式全密封型電壓互感器，適用于中性點不接地的35kV，額定頻率為50Hz的交流電力系統中做電壓、電能測量及繼電保護之用。鐵芯由條形硅鋼片疊層，為三柱芯式，在中柱上套有繞組，分三個線圈（一次、二次及剩余電壓），剩余電壓線圈繞在絕緣紙筒上，外包紙板后，繞二次線圈，再外包絕緣紙板，最外面為一次線圈。一次繞組A端出線為全絕緣，X端接地。器身固定在下油箱上。在上油箱上裝有一次瓷套、接線盒、銘牌及供吊起互感器的四個吊拌。在瓷套頂端裝有儲油柜。下油箱下部裝有油樣活門，支座上有接地螺栓，為全密封結構，能有效地防止油老化。

因為針對末端屏蔽法不適用于現場測試，自激法誤差太大易受干擾。故試驗中只將常規法及末端加壓法進行對比。

現場測試證實該PT絕緣存在嚴重缺陷，將其拆下后進行較詳細試驗，數據如下表1所示：

表1

后將該PT進行放油后解體再進行試驗，數據如下表2所示：

表2

同時對絕緣油進行各種試驗分析，得出數據如下表3所示：

測得微水：48.7mg/L，絕緣強度：21kV。

最后對該PT進行解體，發現在一次端子拆掉上蓋后，發現在儲油柜內有大量油泥及水分；在一次繞組上包扎的白布帶上亦發現一些油泥；在最外層的絕緣紙板上發現大量樹枝狀放電痕。

綜上所述，對于電磁式半絕緣電壓互感器的非串級式種類，使用末端加壓法對其受潮情況反映并不靈敏。而常規法可較正確反映其受潮情況。于現場試驗中，常規法更適用于此類PT的介質損及電容量測試。

對于電磁式半絕緣電壓互感器中的串級式種類，顯然末端加壓法因為不需將底座對地絕緣而更適合現場操作。其中末端加壓法12更是應該于現場提倡。

5 總結

在此通過上述分析及現場測試數據對比，可以看出：

對于電磁式半絕緣電壓互感器的非串級式種類選用常規法進行測試較為適宜，其對互感器受潮狀況反映較為靈敏，因為這是建立在結構上一次繞組在最外層的前提下的。

所謂常規法必須是一次繞組首尾短接。

在現場試驗中應細心觀察，區分被試設備的種類，保證試驗數據的適用性及準確性，是基礎且必要的。

【參考文獻】

[1]陳化鋼.電力設備預防性試驗方法及診斷技術[M].中國水利水電出版社，2009.

[2]黃雪.關于電磁式電壓互感器幾種測試方法及分析[J].貴州電力技術，2008（12）.

[3]劉玉鳳.新型電磁式電壓互感器[J].變壓器，2007，1，44（1）.

[4]胡培中.串級式電壓互感器傳統設計中的一些問題[Z].

[責任編輯：楊玉潔]