500kV 電容式電壓互感器介損和電容量測量

楊全仁，郭奇偉

(云南電網公司普洱供電局，普洱 665000)

0 前言

電容式電壓互感器(簡稱CVT)，是發電廠、變電所等輸電和供電系統不可缺少的一種電器。可在高壓和超高壓電力系統中用于電壓和功率測量、電能計量、繼電保護、自動控制等方面，并可兼作耦合電容器用于電力線載波通信系統。

介損和電容量的測量是交接［7］和預防性試驗［1］的主要項目，準確測定對發現絕緣的缺陷很有效，但因電容式電壓互感器結構上的特點，試驗時易出現加壓不合理、接線不當等問題，從而造成測量不準甚至損壞互感器的結果。因此掌握試驗的方法及誤差情況是獲得準確的試驗結果，從而正確判斷絕緣狀況的前提。

1 電容式電壓互感器概述

1.1 電容式電壓互感器設備特點

電壓互感器類似于一臺降壓變壓器，將高電壓轉換成一定值的低電壓以供測量等使用。電容式電壓互感器可以將載波頻率耦合到輸電線用于長途通信、遠方測量、選擇性的線路高頻保護、遙控、電傳打字等。

電容式電壓互感器由電容分壓器和中壓變壓器(電磁裝置)組成。電容分壓器由瓷套和裝在其中的若干串聯電容器組成，瓷套內充滿保持0.1MPa 正壓的絕緣油，并用鋼制波紋管平衡不同環境以保持油壓，電容分壓可用作耦合電容器連接載波裝置。中壓變壓器(電磁裝置)由裝在密封油箱內的變壓器，補償電抗器和阻尼裝置組成，油箱頂部的空間充氮，一次側和一次繞組間串聯一個低損耗電抗器。由于電容式電壓互感器的非線性阻抗和固有的電容有時會在電容式電壓互感器內引起鐵磁諧振，因而用阻尼裝置抑制諧振，阻尼裝置由電阻和電抗器組成，跨接在二次繞組上，正常情況下阻尼裝置有很高的阻抗，當鐵磁諧振引起過電壓，在中壓變壓器受到影響前，電抗器已經飽和了只剩電阻負載，使振蕩能量很快被降低。

電容式電壓互感器在電力系統中的應用非常廣泛，除可防止因電壓互感器鐵芯飽和引起鐵磁諧振外，在經濟和安全上還有很多優越之處。

1.2 介損測量的意義

由介質損耗:

P=U2ωCtanδ (式一)

可見，當電介質一定，外加電壓及頻率一定時，介質損耗P 與tanδ 成正比，即可用tanδ 表示介質損耗的大小。同類試品絕緣的優劣，可直接由tanδ 的大小來判斷;而從同一試品tanδ 的歷次數據分析，可掌握設備絕緣性能的發展趨勢。

2 介損和電容量測量

2.1 CVT 測量原理

圖1 500kV CVT 原理圖

2.1.1 CVT 原理結構闡述

圖1 以500 kV CVT 外形結構為三節組合為例，上、中兩節為主電容，分別用C11 和C12 表示，下節含C13 主電容和C2 分壓電容以及中間壓變PT。1a—1n 為主二次繞組，da—dn 為輔助繞組。

由于500 kV 電壓等級電氣設備身高，高壓引線粗，每次預試定檢拆除引流線須用升降車，工作量大，耗時長，對一次設備的安全構成一定威脅，可采用不拆高壓引流線進行現場試驗從而提高工作效率。

2.1.2 測試儀器及原理

為能準確測量電容和介損［3－6］，采用AI－6000E 自動抗干擾精密介質損耗測試儀對CVT 試驗方法及原理進行分析，并介紹測量過程中需要注意的問題。

工作原理:接通總電源開關，主要電路通電，接通內高壓開關變頻電源通電。啟動測量后高壓設定值送到變頻電源，變頻電源用PID 算法將輸出緩速調整到設定值。根據正/反接線和內/外標準電容的設置，測量電路根據試驗電流自動選擇輸入并切換量程，測量電路采用傅立葉變換濾掉干擾，分離出信號基波，對標準電流和試品電流進行矢量運算，幅值計算電容量，角差計算tanδ［10］。反復進行多次測量，經過排序選擇一個中間結果。

2.2 電容介損和電容量測量

2.2.1 C11 的測量

不拆高壓引流線測量第三節耦合電容器的電容和tanδ 時可采用反接線屏蔽法。設備接線如圖2 所示。

圖2 反接線屏蔽法設備接線

測量方法如下:母線掛接地，C11 上端不拆引流線，C11 下端(圖1B 點)接高壓輸出芯線，C12 下端(圖1C 點)接屏蔽芯線。儀器采用反接線10 kV 測量方式，測量出C11 的電容和介質損耗因素tanδ。用反接線法現場試驗注意事項:高壓芯線中的屏蔽芯線應記得接在C12 下端，以防止測試時電容間的相互影響，使試驗數據不夠準確。

2.2.2 C12 的測量

不拆高壓引流線測量第二節耦合電容器的電容和tanδ 時可采用正接法。

測量方式如下:設備高壓輸出芯線和屏蔽線接C12 上端(圖1B 點)，設備CX 輸入芯線接C12 下端(圖1C 點)儀器采用正接線10kV 測量方式，測量出C12 的電容和介質損耗因素tanδ［6］。用正接線法現場試驗注意事項:

1)高壓線應懸空不能接觸地面，否則其對地附加介損會引起誤差。

2)CVT 的N 端子與X 端子要與地斷開。

2.2.3 C13 和C2 電容及介損實驗

無分壓抽頭CVT (如圖1)主電容C13 和分壓電容C2 介損及電容量的測量，以500 kV 墨江變電容式電壓互感器為例。分壓電容器的測量因電壓無法直接加到每個電容上，一般采用自激法測量。自激法是以CVT 的中間變壓器作為試驗變壓器，從二次側施加電壓對其進行激磁，在一次側感應出高壓作為電源來測量C13 和C2 的電容及tanδ 值。設備原理圖如圖3:

圖3 自激發測量原理接線示意圖［2］

測量方式如下:把N 和E 之間的連接片斷開，將E 點接地，N 和“高壓測量”連接，CX接PT 高壓端(圖1 中C 點)，低壓輸出接da，測量接地接dn，用2.5kV 測量(與CVT 的N 端耐壓水平有關)［5］。

考慮到電容單元電容、介損測試過程中的測試效應，選擇容量大的二次端子da—dn 作為自激端子，以使試品所加電壓更高，使測試值能有效反應試品真實值，另外二次自激端子選擇應考慮測試過程中由于電源故障、試品絕緣變質等因素誘發諧振過壓，故試驗時選擇da—dn 作為自激端子，使試驗過程安全性更高。

CVT 自激法測量中，設備先測量C13，然后自動倒線測量C2，并自動校準分壓影響。

在二次回路驗收檢查時嚴禁出現以下情況:

1)一次繞組的尾端開路或接觸不良;

2)阻尼接入端開路或接觸不良;

3)二次側短路。

3 異常實例分析處理

在某500 kV 變用常規自激法［8］［9］不能準確測試出有分壓抽頭并帶有調精裝置CVT (如圖4)主電容C13 和分壓電容C2 介損及電容量。

圖4 常規自激法接線圖

表1 測試數據

C2 的tanδ 不符合預試規程。

通過查看原理圖，由于在中間變壓器一次繞組首端位置設置了一把接地刀閘K，在現場測試中，通過操作外部的操作把手合上接地刀閘，使中間變壓器一次繞組首端接地，可以很方便地采用反接法測量C13 和C2 的電容量及介損(這里就不再做詳細介紹)，但卻不能用自激法［8］［9］準確測出。由于這種CVT 帶有調精裝置，可以通過圖七中K1 改變線圈匝數。自激法原理是以CVT的中間變壓器作為試驗變壓器，從二次側施加電壓對其進行激磁，在一次側感應出高壓作為電源來測量C13 和C2 的電容及tanδ 值。而裝有調精裝置的CVT 運行時一次繞組匝數并不一定是我們看到的這整個一次繞組(有所增加或減少還需要與廠家人員探討學習)，及一次感應的電壓就與同樣無調精裝置CVT 有所變化，由試驗規程說明及P=U2ωCtanδ (式一)可知，P (介損)受到U(測試電壓)的影響，實際測量中一次繞組所感應出的電壓U↓，由式一可知P↓，故測量出的tanδ 比正常值小。

表2 反接法測試數據

按照Q/CSG114002－2011 電力設備預防性試驗規程［1］，符合試驗要求。

4 結束語

通過以上分析可知，有分壓抽頭并帶有調精裝置的電容式電壓互感器用自激法不能準確測試出C13 與C2 的電容量與tanδ。而合上中間變壓器一次繞組首端位置設置的接地開關，用反接法分別測量C13 和C2 電容量與tanδ 能克服采用自激法測試的弊端。對電容式電壓互感器狀態開展現場檢查，開展各種簡單保養和維修。采取正確的試驗方法對設備進行試驗，獲取設備狀態量，通過對設備特征參量的收集、分析，掌握設備狀態發展趨勢，以防止互感器發生設備損壞事故。

［1］Q/CSG114002－2011 南方電網公司電力設備預防性試驗規程［S］.

［2］陳天翔，王寅仲，海世節.電氣試驗第二版［M］.北京:中國電力出版社.2008.

［3］李建民，朱康、高壓電氣設備試驗方法［M］、北京:中國電力出版社.2001.

［4］田樹軍，雷一鳴，余育軍、淺談電容式電壓互感器分壓電容的測量［Z］.

［5］趙京武，李紅林、500kV 電容式電壓互感器不拆引線預試方法探討［Z］.

［6］AI－6000 自動抗干干擾精密介質損耗測量儀一體機使用說明書［M］、濟南泛華電子工程有限公司.

［7］QG/YW－SC－17－2008 云南電網公司一次電氣設備交接試驗規定［S］.

［8］李濤、電容式電壓互感器自激法的測試及誤差分析［Z］.

［9］韓桂芝、采用CVT 自激法測量電容式電壓互感器的tgδ 值［Z］.

［10］殷培峰、電容式電壓互感器的誤差原因及解決方法［Z］.