也談電容式電壓互感器下節(jié)無中間抽壓端子電容器的試驗(yàn)方法

 也談電容式電壓互感器下節(jié)無中間抽壓端子電容器的試驗(yàn)方法

　　<摘要：本文著重對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中常碰到的疊裝式電容電壓互感器下節(jié)無中間抽壓端子電容器的介損測(cè)試方法及誤差來源進(jìn)行了分析。

　　關(guān)鍵詞：CVT，中間抽壓端子，介損測(cè)試，整體測(cè)試法，自激法

　　引言：隨著電力技術(shù)發(fā)展的日益成熟，電容式電壓互感器（以下簡(jiǎn)稱CVT）憑借其可兼作耦合電容器，絕緣強(qiáng)度高、制造簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、經(jīng)濟(jì)性顯著等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)中。當(dāng)然其現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法特別是介損測(cè)試方法也成為了大家較為關(guān)注的問題。

　　CVT主要由電容分壓器和電磁單元組成，從結(jié)構(gòu)上講，分為分裝式和疊裝式兩種。對(duì)于分裝式CVT的介損測(cè)試而言，由于電容分壓器和電磁單元都是獨(dú)立的，測(cè)試時(shí)不易受外部干擾，通常都是采用常規(guī)法進(jìn)行，且測(cè)得的數(shù)據(jù)與真實(shí)值也較為接近。而疊裝式CVT按下節(jié)電容器的結(jié)構(gòu)形式又可分為有中間抽壓端子和無中間抽壓端子兩種，前者在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)一樣也可以采用常規(guī)法進(jìn)行測(cè)試，且準(zhǔn)確度也較高，在這里不重復(fù)介紹，而后者在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)根本無法采用常規(guī)測(cè)試方法，其測(cè)試方法一直以來都存在較大的爭(zhēng)議，現(xiàn)在就我個(gè)人的一些經(jīng)驗(yàn)談?wù)劅o中間抽壓端子分壓電容介損測(cè)試方法的分析及選擇。

　　無中間抽壓端子分壓電容的介損測(cè)試方法主要有兩種：1、C1和C2整體測(cè)試法（正接法）；2、自激法。前者只能測(cè)出一個(gè)整體的電容值和介損值，而后者能分別測(cè)出C1和C2的電容值和介損值，兩種都方法各有優(yōu)劣�，F(xiàn)在我們先了解一下CVT下節(jié)電容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如下：　　                             

　　L—補(bǔ)償電抗器R—限流電阻Z—阻尼電阻P—放電保護(hù)間隙

　　圖1

　　C1和C2整體測(cè)試法（正接法）的誤差分析和選擇：

　　在現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試中經(jīng)常碰到以下幾種接線方法，下面我們逐一進(jìn)行分析：　　                   

　　圖2X端子接地　                                 

　　圖3X端子懸空

　　顯然圖2中的測(cè)試方法是錯(cuò)誤的，因?yàn)橛捎赬端子的接地，CVT中間變壓器電磁單元直接并入了測(cè)試回路中，并對(duì)測(cè)試電流產(chǎn)生了分流，這就會(huì)使測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生偏小的誤差，有時(shí)甚至?xí)�出現(xiàn)負(fù)值。那么圖3的測(cè)試方法是否正確呢？雖然圖3的測(cè)試方法中X是懸空的，但由于X端子對(duì)地絕緣電阻（X端子的引出通常是通過二次端子盒上的二次接線板引出，其對(duì)地絕緣電阻一般都不會(huì)很高）和CVT中間變壓器一次繞組對(duì)地絕緣電阻的存在，所以還是沒辦法完全阻斷流經(jīng)CVT中間變壓器電磁單元的電流，這樣一來，測(cè)試的介損值很大程度上就決定于X端子和CVT中間變壓器一次繞組對(duì)地絕緣電阻的大小，當(dāng)絕緣電阻足夠大時(shí)，電磁單元產(chǎn)生的分流就小，這樣測(cè)出來的值與真實(shí)值則較為接近；但當(dāng)絕緣電阻不夠大時(shí)，電磁單元產(chǎn)生的分流就會(huì)變大，這樣測(cè)出來的值很可能與圖2的測(cè)試結(jié)果一樣，還是負(fù)值。那么要如何進(jìn)行正確的測(cè)試呢？我們先來看下，CVT中間變壓器電磁單元是如何對(duì)測(cè)試結(jié)果造成影響的：　                          

　　圖4不考慮CVT中間變壓器電磁單元影響的測(cè)試原理圖　                           

　　圖5圖4對(duì)應(yīng)的向量圖

　　上圖是沒有考慮CVT中間變壓器電磁單元影響的測(cè)試原理圖及相應(yīng)的向量圖，從圖中可以看到介損值tgδ主要由Uac與I2的位置決定，那么考慮了CVT中間變壓器電磁單元的影響Uac和I2的位置會(huì)發(fā)生什么變化呢?見下圖：                                   

　　圖6考慮CVT中間變壓器電磁單元影響的測(cè)試原理圖                    

　　圖7圖6對(duì)應(yīng)的向量圖

　　從上圖我們發(fā)現(xiàn)在考慮從CVT中間變壓器電磁單元的影響后，I2與Uac已大于了90°，這就直接導(dǎo)致了tgδ負(fù)值的出現(xiàn)。通過上面的分析我們可以確定由于CVT中間變壓器電磁單元的影響，使得測(cè)試回路中出現(xiàn)了分流Ig（呈感性），從而使得tgδ偏離了真實(shí)值，也就是說只要我們能抑制流入CVT中間變壓器電磁單元的分流或把它限制在最小，就能測(cè)出較為真實(shí)的tgδ值。那么我們要怎么做呢？可以通過短接中間變壓器的二次繞組，使在二次繞組上產(chǎn)生的短路電流通過阻礙鐵芯磁通變化的作用在一定程度上抑制流入CVT中間變壓器一次繞組的電流，從而提高tgδ測(cè)試的準(zhǔn)確性。但要注意的是，由于中間變壓器的二次繞組已被短接，則中間變壓器一次繞組的X端子是禁止接地的。因?yàn)槿绻鸛端子直接接地，那么在中間變壓器一、二次繞組產(chǎn)生的大電流將會(huì)使繞組損壞。以下是220kV金馬變電站110kV金龍線線路CVT的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試值，我們可以參考一下：

　　型號(hào)：TYD110/-0.01H廠家：桂林電力電容器廠

　　測(cè)試儀器：濟(jì)南泛華AI-6000（E）型抗干擾介損測(cè)試儀

　　試驗(yàn)日期：2007.03.25溫度：26℃濕度：70%                    

　　在短接中間變壓器二次繞組后，介損值恢復(fù)正常。

　　值得注意的是通過以上方法測(cè)出的tgδ值，其實(shí)主要反應(yīng)的是電容C1的tgδ1值。因?yàn)镃1和C2串聯(lián)時(shí)總電容的tgδ值為：tgδ總=（tgδ1·C2+tgδ2·C1）/（C1+C2），由于C1C2（如桂林電力電容器廠生產(chǎn)的110kVCVT中C2通常為C1的4倍），分子、分母中同除以C2后即可推出：tgδ總≈tgδ1。

　　C1和C2整體測(cè)試法（正接法）的總結(jié)：雖然通過短接中間變壓器的二次繞組，消除了中間變壓器電磁單元對(duì)測(cè)試的影響，但通過上面的分析，我們可以看到，這種測(cè)試方法主要反應(yīng)的是電容C1的tgδ值，當(dāng)電容C2的絕緣發(fā)生劣化時(shí)，僅僅通過這種方法是很難發(fā)現(xiàn)問題的，這說明這種測(cè)試方法還是存在一定的局限性。

　　自激法的誤差分析：

　　下圖是分別用自激法測(cè)試C1和C2的原理圖：                                                　圖9自激法測(cè)C2

　　由上面兩個(gè)測(cè)試原理圖可知,在測(cè)試電容C1的tgδ值時(shí)，電容C2被串入了標(biāo)準(zhǔn)電容回路中；而在測(cè)試電容C2的tgδ值時(shí)，電容C1也被串入了標(biāo)準(zhǔn)電容回路中，這樣就會(huì)引起標(biāo)準(zhǔn)電容回路總電容Cn和其tgδ發(fā)生變化，并對(duì)我們的測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生誤差�，F(xiàn)以測(cè)試電容C1的tgδ值（此時(shí)電容C2被串入了標(biāo)準(zhǔn)電容回路中）為例進(jìn)行分析：

　　（1）電容C2的串入后標(biāo)準(zhǔn)電容回路總電容的變化對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響：

　　電容C2串入標(biāo)準(zhǔn)電容回路后，標(biāo)準(zhǔn)電容回路的總電容已發(fā)生了變化，此時(shí)Cn′=（C2·Cn）/(C2+Cn)，而Cn的變化也必定會(huì)引起電橋平衡時(shí)C4和R4值的變化，這就使得CX的測(cè)試值tgδ（tgδ=ωC4R4）偏離了真實(shí)值。

　�。�2）電容C2的串入后標(biāo)準(zhǔn)電容回路總介損值的變化對(duì)測(cè)試結(jié)果得影響：

　　設(shè)電容C2的介損值為tgδ2，其對(duì)應(yīng)的介質(zhì)損耗角為δ2；標(biāo)準(zhǔn)電容Cn對(duì)應(yīng)的介質(zhì)損耗角為δn，且δn=0°（理想狀態(tài)下）；被試電容器CX介質(zhì)損耗角為δX，In為參考電流，Un為參考電壓，Ix為測(cè)試電流，見下圖：　                     

　　圖10電容C2未串入標(biāo)準(zhǔn)電容回路前電壓和電流的向量圖　                         

　　圖11電容C2串入標(biāo)準(zhǔn)電容回路后，參考電壓和參考電流的向量圖

　　從圖中可以看到，電容C2串入標(biāo)準(zhǔn)電容回路后，我們實(shí)際測(cè)到的CX的介損值已由原理的tgδX變?yōu)榱藅gδX′。同理可以證明在用自激法測(cè)試電容C2的tgδ值時(shí)也存在類似的問題。這說明自激法測(cè)試的測(cè)試原理本身就存在一定的誤差。那么如何減小這一誤差呢？還是以測(cè)試電容C1的tgδ值（此時(shí)電容C2被串入了標(biāo)準(zhǔn)電容回路中）為例，在Cn串入C2后，C總=（C2·Cn）/（C2+Cn），標(biāo)準(zhǔn)電容回路的總tgδ=（tgδ2·Cn+tgδn·C2）/（Cn+C2），只要滿足條件：CnC2，此時(shí)Cn/C2≈0,即可推出：tgδ≈tgδn，可以說此時(shí)電容C2的電容量和介損值對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電容回路總電容值和總介損值的影響是很小的，這就大大提高了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。為滿足條件，我們?cè)谶x購介損測(cè)試儀時(shí)應(yīng)盡量選擇配置的標(biāo)準(zhǔn)電容�。ㄒ话悴淮笥�50pF），介質(zhì)損耗小（一般tgδ不大于0.005%）的測(cè)試儀。

　　以上只是對(duì)自激法測(cè)試原理本身引起的誤差進(jìn)行了分析，下面再分析自激法測(cè)C1、C2介損值出現(xiàn)外界因素所帶來的誤差：

　　型號(hào)：TYD3-110/-0.01H廠家：桂林電力電容器廠

　　測(cè)試儀器：濟(jì)南泛華AI-6000（E）型抗干擾介損測(cè)試儀

　　試驗(yàn)日期：2007.08.10溫度：29℃濕度：60%　

　　以上是某110kV母線CVT下節(jié)電容器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，現(xiàn)結(jié)合以上數(shù)據(jù)進(jìn)行說明。

　　（1）自激法測(cè)C1時(shí)：

　　采用自激法測(cè)試高壓電容器C1時(shí)，其介損值一般都高出真實(shí)值很多，其原因除了上述測(cè)試方法引起的誤差外還有電容分壓器低壓端引出套管和引出端子板的絕緣性能的影響。由于測(cè)試C1時(shí)，δ端子的電位為2500V左右，處于高電位狀態(tài)，而δ端子本身的絕緣水平僅在3000V左右，所以測(cè)試時(shí)沿小套管表面的泄漏和引出端子板上的δ端子對(duì)地的泄漏以及絕緣板的絕緣性能對(duì)測(cè)試結(jié)果造成的影響都是不可忽略的�！�                        

　　圖12圖中Cg、Rg為δ端子對(duì)地的等值電容和電阻

　�。�2）自激法測(cè)C2時(shí)：

　　自激法測(cè)試C2時(shí)由圖8可知，電容分壓器的低壓端δ端直接進(jìn)入電橋，δ端的電位很低，因此，影響測(cè)試結(jié)果的因素主要是測(cè)試方法的誤差，此誤差很小。所以采用自激法測(cè)試C2所得到的結(jié)果比較真實(shí)的反應(yīng)了C2的實(shí)際介損。

　　值得一提的是，由于在CVT中，ωL＝1／ω（C1＋C2），式中ωL為補(bǔ)償電抗器的電抗與中壓變壓器的漏抗之和，那么我們?cè)诓捎米约しㄟM(jìn)行試驗(yàn)時(shí)應(yīng)盡量避免諧振發(fā)生的可能，建議從并聯(lián)有阻尼電阻的輔助繞組（即圖中da-dn）加壓，并做好試驗(yàn)電壓和電流的控制，保證試驗(yàn)電壓不超過允許值。試驗(yàn)電壓可用靜電電壓表監(jiān)測(cè)。

　　總結(jié)：由以上分析可知無論采用整體測(cè)試法還是采用自激法測(cè)試無中間抽壓端子電容器的介損值，都各有其局限性。用整體法測(cè)試時(shí)主要發(fā)映的是電容C1的絕緣情況，對(duì)電容C2的反應(yīng)并不靈敏，用自激法測(cè)試時(shí)C1的測(cè)試結(jié)果受小套管表面的泄漏和δ端子對(duì)地的泄漏以及絕緣板的絕緣性能的影響往往與真實(shí)值有較大的偏差，而C2的測(cè)試結(jié)果則比較真實(shí)，但也排除不了測(cè)試方法本身存在的誤差影響。為了能更有效的達(dá)到我們的試驗(yàn)?zāi)康模瑢?duì)C1、C2的絕緣狀態(tài)都有較好的把握，建議在條件允許的情況下，盡量采用自激法測(cè)電容C2的介損值。由于電容C1、C2都裝于同一瓷套內(nèi)，其實(shí)際介損值應(yīng)相差不大，如用自激測(cè)出的C1介損值與C2介損值偏差太大（即小套管表面的泄漏和引出端子板上的δ端子對(duì)地的泄漏以及絕緣板的絕緣性能對(duì)C1的測(cè)試值影響太大）時(shí)，應(yīng)以C2的介損值為參考，用整體法進(jìn)行復(fù)測(cè)，如復(fù)測(cè)結(jié)果與C2的介損值較為接近，則應(yīng)以此值作為C1的介損值。