220 kV电容式电压互感器主电容介质损耗因数测试方法

麻守孝，苏进胜，张云凤，马守丰，蒋自金

(1.宜宾电业局，四川 宜宾 644000;2.西宁供电公司，青海 西宁 810001;3.青海省电力公司检修公司，青海 西宁 810001)

0 概述

电容式电压互感器(capacitor voltage transformer，CVT)广泛应用于工频50 Hz的高压和超高压中性点直接接地电力系统中，作为电压及功率测量、继电保护和自动装置抽取电压信号。其总体上可分为电容分压器和电磁单元两大部分，电容分压器由主电容及分压电容组成，电磁单元由中间变压器、补偿电抗器、限压装置和阻尼器等组成，如图1所示。根据电容分压器和电磁单元的组装方式，可分为叠装式和分装式两大类，目前国内常见电容式电压互感器大都采用叠装式结构。叠装式是电容分压器叠装在电磁单元油箱之上，电容分压器的下节底盖上有一个中压出线套管和一个低压端子出线套管，伸入电磁单元内部将电容分压器中压端与电磁单元相连［1］。

电容分压器采用户外式瓷套外壳，内装经过高真空浸渍处理的若干元件串联组成的电容芯子，元件由电容器纸和聚丙烯薄膜组成的复合介质与铝箔卷绕而成。瓷套内灌注12烷基苯等绝缘油，并装有金属膨胀器，瓷套内的绝缘油预加了一定的油压以补偿油体积随温度的变化。220 kV电压等级的电容式电压互感器有两个主电容C11和C12，电容C12和分压电容C2是装在同一个绝缘瓷套内，分压电容器C2的高压端和低压端引线分别通过瓷套由电容器底板引出，接到电磁单元中间变压器的一次绕组高压端和二次端子接线板上的δ通讯端。

电容式电压互感器底部的金属箱为电磁装置，箱体内装有中间变压器、补偿电抗器、限压装置和阻尼器等。箱体内灌注绝缘油，油面至箱顶预留有规定的空间距离，以补偿绝缘油体积随温度的变化。中间变压器二次绕组由电磁装置侧面的接线盒引出。阻尼器由电阻、电感、电容元件组成谐振型或速饱和型阻尼器，长期接在辅助二次绕组两端。补偿电抗器与分压电容C2组成串联谐振回路，以消除高次谐振波，同时能抑制谐波的放大，减小电压波形畸变;当系统电压波动时，不至于影响互感器电压比的变化。

图1 CVT电气原理图

1 电容分压器介质损耗因数测试的意义

绝缘介质在高电压作用下，都有能量损耗，这些损耗称为介质损耗。介质损耗会使绝缘材料温度上升，进而导致损耗越大，此时温升越高，如此恶性循环。如果介质温度高达使绝缘体熔化、烧焦，则会使介质失去绝缘性能而造成热击穿。电容式电压互感器发生运行事故，主要是由于生产厂家对电容芯子烘干不好留有较多水份，或元件卷制后没有及时转入压装，造成元件在空气中滞留时间过长，个别电容器由于胶圈密封不严进入水份，在卷制过程中碰破电容器纸，使绝缘中局部受潮或发生局部放电，聚积大量能量形成热击穿，从而使其内部压力不断增加而超过外瓷套的强度所造成的。因此介质损耗因数测试是电容式电压互感器绝缘监测中衡量其绝缘水平的一项重要试验项目。

另外，运行中的电容式电压互感器，当二次电压为零或在开口绕组出现电压信号时，退出运行后应首先检测主电容和分压电容的电容量及介质损耗因数，以及中间变压器的变压比或电容分压器的分压比。运行条件下C2和中间变压器一次绕组电感在过电压下易于损坏，对于一次绕组的断线或短路故障，可以在用自激法测量电容分压器介质损耗因数的同时来发现故障［2，3］。

交接验收试验和缺陷检测时，自激法测量电容式电压互感器的主电容C12和分压电容C2作为原始记录存档和故障后的分析比较有实用性。

2 介质损耗因数测量的方法

在实际现场中，西林电桥测量介质损耗因数的接线方式主要有正接线和反接线，如图2和图3所示。

图2 正接线

图3 反接线

2.1 正接线测量

当被测试品两端对地绝缘，高压加在试品两端，此时所测介质损耗因数为试品的实际值，由于试品在高电位，试品与大地之间的杂散电容很小可以忽略。并且，此时电桥处于低电位，试验电压不受电桥绝缘水平限制。

2.2 反接线测量

当被测试品一端牢固接地时，无法用正接线进行测量，此时可利用反接线进行测量，测量时电桥处于高电位，由于试品一端接地，非接地端与大地之间的杂散电容影响较大，此时所测值为被测试品与杂散电容并联时的值。在反接线中杂散电容对其的影响最为严重。

2.3 两种方法的比较

按正接线测量电容介质损耗因数时，测量结果是实际被测试品的介质损耗因数。而电容高压侧与周围接地部分之间的电容和介质损耗因数均被屏蔽掉(电桥正接线测量时，接地点是电桥屏蔽点)。为了在现场测量方便，可按照正接线直接测量介质损耗因数，便可以灵敏地发现其进水受潮等绝缘缺陷;而按反接线测量电容介质损耗因数时，由于被测试设备本身电容小，而电容未接地端高压侧与周围接地部分之间的杂散电容所占比例相对就比较大，也就对测量结果有较大的影响。

经分析可知电容高压侧与周围接地部分之间的杂散电容是导致反接线测量产生误差最主要的原因，当运用适当的屏蔽方法对反接线法进行改进，必能将相应的杂散电容屏蔽掉，从而得到测试品本身的电容及介质损耗因数值，此方法定义为反接线低压屏蔽法。

3 220 kV电容式电压互感器主电容C11介质损耗因数测试方法

220 kV电容式电压互感器主电容C12和分压电容C2可以采用自激法进行测量。传统方法在测试主电容C11时必须拆开一次高压引线，再用正接线进行测量，但由于电力设备的电压等级越高，其器身也越高，引接线面积越大，感应电压也越高，拆除一次高压引线需要用升降车、吊车，工作量大，拆接时间长，耗资大，且对人身及设备安全均构成一定威胁。为提高试验工作效率，降低安全风险，节省人力、物力，减少停电时间，220 kV电容式电压互感器主电容C11及耦合电容器的上节电容的介质损耗因数可以采用不拆高压引线反接线低压屏蔽方法进行测量。

3.1 220 kV白沙变电站沙高北线265电容式电压

电容分压器出厂试验值为如下。

3.2 试验前的准备工作

(1)应准备的仪器设备:QS1型交流电桥、高压静电电压表Q3-V、调压器TDGC-5/0.25、电压表0-50 V-300 V、电流表0-10 A、试验线;

(2)准备好施工“三措”、“三查”、办理第一种工作票;

(3)交待安全措施、带电部位、技术交底和危险点分析与控制;

(4)拆除端子盒内的二次线，并做好标记。

3.3 主电容C11电容量和介质损耗因数测量

测量时符合试验条件的良好天气，将绝缘瓷套表面的污垢檫试干净。使用抗干扰自动介损测试仪，将测量线Cx接至主电容 C11与C12之间的连接处，并保证接触良好，同时上节电容器顶端必须可靠接地。采用交流电桥的反接线方式进行测量，为了消除电场干扰、表面电导和高压端对地杂散电容的干扰，应将上瓷套下端、下瓷套上端和低电位端δ点用软铜线屏蔽，并接到介损测试仪的屏蔽端。使干扰电流不经过测量回路，而返回到电源侧。检查试验接线正确，无关人员离开现场后，采用介损仪的反接线抗干扰内接方式试验。

图4 主电容C11介质损耗测试原理图

电容式电压互感器及耦合电容器低电位端δ点绝缘水平为4 kV。试验中为了不使低电位端击穿损坏，试验电压不宜过高，一般为3 kV。这里统计了两年对十多台电容式电压互感器及耦合电容器拆除一次线和不拆线的对比、综合分析。所测得的试验数据稳定可靠，误差在允许范围之内，符合《电力设备预防性试验规程》的要求。实用于现场预防性检修电气试验，目前已取得满意的效果。试验数据如表1所示。

表1 两年试验数据对比

4 结论

由理论分析和现场试验数据可得:在测量220 kV电容式电压互感器主电容C11介质损耗因数时，对上瓷套下端、下瓷套上端和低电位端δ点用软铜线进行低压屏蔽，就可以采用反接线低压屏蔽法进行介质损耗因数测量，且与正接线测得数据的误差在规程允许范围之内。为了提高工作效率，减少停电时间，在现场工作时可以采用前面所介绍的方法。

［1］陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术［M］.北京:中国科学技术出版社，2004.

［2］马文磊.电压互感器介质损耗因数测量的结果分析［C］.中国电机工程学会第九届青年学术会议，2006:739-742.

［3］邢惜波.浅谈串级式电压互感器介质损耗因数测试［J］.广东水利水电，2004(5):77-78.