110kV電容式電壓互感器間接自激法不拆引線試驗研究

周林波 符玉珊 文峰 石平燈 史純清

摘 要：根據行業規程和南方電網公司企業標準要求，試驗檢修人員需要定期對電容式電壓互感器（以下簡稱CVT）進行電容量和介損測試，通過比較其變化趨勢和變化值，判斷設備健康狀況。目前進行110kV CVT測試時，基本都需要拆除高壓引線，導致工作量大，風險高，效率低等問題。國內外技術人員和發表的文章，對不拆引線的試驗方法和探討均是針對220kV及以上的CVT，還從來沒有任何一篇文章探討過110kV電壓等級的CVT在不拆高壓引線的情況下，采用自激法進行電容量和tgδ測試。本文中，筆者將首次針對110kV電容式電壓互感器不拆引線試驗進行探討，并與本人撰寫的另一文《關于使用自激法進行110kV電容式電壓互感器不拆引線試驗的探討》（發表于《工程技術》2020年09月刊，CN50-9203/TB）進行對比，并給出相關實驗結果，以供參考。

關鍵詞：110kV電容式電壓互感器;電容量測試;自激法;不拆引線;間接法

根據安全工作規程要求，在進行110kV電容式電壓互感器試驗時，需要將高壓引線接地。按照目前現有的測試儀器和方法，需要將高壓引線接地端拆除才能進行電容量和介損測量。這就導致了工作量大，風險高，效率低等問題。因此筆者將在本文就不拆引線的方法，進行CVT電容量及介質損耗測試進行探討，并給出相關實驗結果，以供參考。

1 CVT原理及試驗要求

1.1 CVT工作原理

CVT主要是利用電容分壓原理，其原理圖如圖1所示。

分壓電容C2遠大于主電容C1，因此中間變壓器TV一次側電壓為：U1=Uph·C1/（C1+C2），約為13kV左右。這樣在經過中間變壓器變比后，在二次側得到所需的二次保護、測量、計量等所需的電壓。

1.2 CVT運行維護及試驗要求

根據CVT的工作原理，該設備的關鍵在于主電容C1和分壓電容C2的數值，若其電容量與額定值稍有偏差，將會引起二次電壓的較大幅值變化，長期運行可能會在此設備爆炸損壞。因此在設備運行過程中需要定期檢測其主電容和分壓電容量變化、介質損耗值的增加、絕緣電阻的變化情況等。根據國家標準和企業標準要求，至少每三年要檢測C1和C2的電容量和介質損耗。

2 現有試驗方法及缺點

根據目前市場上現有的試驗儀器和方法，進行110kV CVT電容量及介損測試，主要采用自激法。

2.1 測量C1時，接線如圖2

在測量時，通過儀器測量線，得到流過C1的電流值等于流過C2、CN（儀器內部標準電容器）的電流值，由于C2遠大于CN，因此電壓主要分布在CN上。因此儀器通過檢測標準電容CN兩端的電壓，來控制儀器的輸出到二次繞組上的電壓。C2與CN串聯回路上，C2上幾乎不分布電壓，因此可以忽略C2，因此可推導出：C1=R4R3·CN，tgδ1=ωC4R4。

2.2 測量C2時，接線如圖3

在測量時，儀器內部自動更換電橋形式，利用已經測量出來的電容值C1和介損tgδ1作為標準電容來測量C2，當電橋達到平衡時：

C2=R4R3·C1×11-ω·tgδ1R4C4，tgδ2=tgδ1+ωC4R41-ωtgδ1C4R4

對于110kV電容式電壓互感器，在停電試驗時，其高壓端必須接地才能滿足工作人員的安全要求。如上面介紹的測量原理，在測試過程中，需要拆除高壓引線，否則電橋將無法平衡。

因此現有的儀器和測量方法具有以下缺點：

（1）拆除和恢復引線工作強度大，一次引線的引接比較牢固，工作人員需要登高操作，工作強大較大。

（2）整個試驗過程中，拆除引線和恢復引線需要40分鐘左右，而測試過程僅需要3分鐘左右。

（3）人身風險系數高，大量的高處作業比如帶來較大的人員墜落風險。

（4）存在一定的設備隱患，由于室外設備運行過程中導致高壓引線銹蝕，因此恢復引線時可能會造成引線緊固不牢，接觸不良，引起設備風險。

3 關于不拆引線試驗方法的探索

3.1 穿心CT相減測量原理

基于以上原理分析，進行測量時必須要使內部電橋達到平衡。而為了使電橋平衡，需要從被試品圖2中的A端和N端分別采集電流值流入電橋中。現在我們需要解決的問題是在不拆高壓引線A端的情況下，如何將流過電容C1的電流引入到測試電橋中。

在不拆高壓引線的情況下，中間變壓器感應出來的高壓施加于C1于大地之間，電流流向如圖4中藍色虛線所示。而儀器測量線Cx中沒有電流通過，因此測量電橋無法平衡。

基于此，筆者假想，如果在不拆接地引線的情況下，在C1的電流回路中增加一個穿心電流互感器，然后將感應出來的電流引入到儀器測量線Cx中，一樣可以達到電橋平衡。如圖5所示。

由于A端位于設備的頂端，加裝穿心CT同樣不便。因此我們需要將穿心CT改到低壓XL端，如圖6所示。

由于由于流過XL端的電流為I=I1+I2。其中I1為流過電容C1的電流，也是我們需要接入的電流;I2為流過電容C2的電流，其值通過低壓N端進入電橋。

因此將穿心CT改到低壓側XL端時，需要扣除電流I2。根據電流互感器電磁轉換原理，將XL端和N端均接入穿心CT，由于兩者的電流流向相反，因此在穿心CT二次側感應出來的電流實質為：

na為穿心CT的變比，可設置為等變比，即na=1。（若不設置為等變比，可通過放電電路，將感應出來的電流放大na倍即可。）

測量C2時，通過電橋變換，原理如圖7：

因此，當電源達到平衡時，測試結果與本文1.2節分析結果相同：

3.2 現場試驗驗證

通過上面的理論分析，筆者對一臺型號為WVB110—20H的CVT進行了測試對比，額定容量為20000PF，測試結果對比如下表。

在試驗過程中，筆者使用了等變比測試方式。通過現場試驗，可以驗證筆者前面的分析，使用穿心電流互感器相減的方式，可以時測試電橋達到平衡，從而得到試驗結果，而且試驗精度也能滿足工作需求。

4 總結與思考

本文分析了使用自激法進行110kV電容式電壓互感器測試時，存在的問題，探討了進行不拆高壓引線試驗的方法，并進行了試驗檢驗。在試驗檢驗過程中，與本人撰寫的另一文《關于使用自激法進行110kV電容式電壓互感器不拆引線試驗的探討》中提到的隔離法進行了對比，有以下幾點思考，供各位讀者共享。

第一，相比于隔離大地法，本文中的穿心CT相減法接線更為簡單，實現成本更低，更容易進行工藝實現。

第二，由于本方案中使用了穿心CT，因此容易受到空間電磁場的干擾，從而帶來測量誤差。因此在穿心CT轉換過程中，務必要做好抗干擾措施。

第三，若在實現過程中使用放大電路將電流互感器二次側電流進行放大，務必要做到同相位放大。

第四，采用間接自激法時，電橋的電位有些許變化，但由于ZN和ZX遠大于Z3和Z4，因此可以忽略電位變化帶來的誤差影響。

第五，若使用本測量原理和方法，發現某一設備數據異常，建議拆除引線進行對比分析。

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作者簡介：周林波（1988— ），男，本科，工程師，電氣試驗高級技師，貴安供電局試驗班班長，主要從事高壓試驗、油化驗及熱工儀表工作。