电压互感器短路承受能力自动试验装置的设计

沈晓东

(宁波市计量测试研究，宁波 315048)

0　引言

使用在电力系统变、配电站中的电磁式电压互感器要求短路承受能力试验，以保证二次绕组发生短路故障时，一次绕组的额定电压在1s钟内保持正常值，从而使电网的供电系统不受影响。本文所设计的电压互感器短路承受能力自动试验装置就是模拟使用中的互感器，在其二次绕组发生短路故障时，1s钟所产生的热效应和机械效应而无损伤。

本装置符合GB 1207—2006《电磁式电压互感器》中关于电压互感器短路承受试验的要求，系统由微机控制，试验过程自动，试验结果在电脑里形成文件，包括一次短路、二次短路电流，一次电压数据和波形。因此，本装置对电网供电系统的稳定性具有十分重要的意义。

1　工作原理

电压互感器短路承受能力自动试验装置工作原理如图1所示。主要由自动调压装置、带仪表输出的升压变压器、高速采样暂态测量系统和大电流可控硅短路开关控制电路四部分组成。

图1　装置工作原理

根据国家标准要求，在二次绕组短路的1s时间里，一次绕组电压应尽量保持额定电压，考虑到调压装置和升压变压器有一定的内阻，在被试互感器二次绕组短路时，升压变压器输出电压会有较大下降，所以，应该在开路时先自动计算电压下降的幅度，并对其进行补偿，使二次绕组短路时，一次绕组保持额定电压。具体方法是做一次预升压，一般为额定电压的30％～50％，在二次绕组短路时，测量一次电压的下降值，按照比例计算额定电压试验时，应补偿的电压值。以上所有过程均由微机控制，自动进行，并将结果数据、波形存储于电脑。

2　测量系统设计

电压互感器短路承受能力自动试验装置主要对一个高压电压量和两个电流量进行瞬间高速测量，采用16位单片微机系统配合16位高速高精度AD转换芯片对数据进行快速采集和发送，如图2所示。

图2　测量原理图

测量原理图中，选用ADI公司生产的型号为AD7606BSTZ的A/D转换器，其具有8个输入通道，分辨率为16位，模拟输入阻抗为1MΩ，模拟量输入范围为±10V，其输入范围零代码误差典型值为±1LSB。在要求高速的环境下，可以取得高精度。将电压互感器一次额定电压的1.5倍作为满量程， 在10％量程至满量程的范围内，A/D精度可以达到0.01％。

采样电路的程控放大器为PGA204，由BURR-BROWN生产，放大倍数有1、10、100、1000四种，分别对应的增益误差为±0.005％、±0.01％、±0.01％、±0.02％。由于本系统试验过程只有1s时间，电流及电压信号都为暂态过程，无法按照普通的思路合理选择放大倍数，只能在预升压的过程中进行判断，以基本线性为依据，对实际的短路电压或电流进行推算，保证一定的余量后确定各通道的放大倍数。

一次电压采用仪表输出电压，比例为1/1000，空载精度为0.05级，满载(二次短路)时达到1级，一次电流在电路的低压侧串入5/5的0.2级电流互感器，二次电流采集为200/5的0.2级电流互感器。

3　试验方法及结果判定

电压互感器的短路承受能力试验只进行一次。当二次绕组短路时将电压施加于一次绕组，或者当一次绕组短路时将电压施加予二次绕组。考虑到短路用可控硅的耐压，采用低压侧短路的方法。无论采用哪一种方法，施加的电压有效值应不低于其额定电压值。图1表示二次绕组短路，一次绕组施加电压的接线。将电压施加于试品的一次绕组AN上，二次绕组的短路开关是采用大电流可控硅开关元件，合闸1s钟后断开由微机软件控制，小电流互感器测量一次电流，200A电流互感器测量二次绕组的短路电流，一次电压由仪表输出后进行测量。

由于高压电源容量限制，在可控硅合闸1s钟期间施加于一次绕组的电压将会降低，电压降低多少应视试验电源的容量和试品的短路阻抗的大小而定。因此短路前施加于一次的电压应比额定电压高。为了做好这项试验，可在30％～50％额定电压下将二次绕组短路(时间应很短一般为0.1s)，可得一次、二次绕组内的电流值以及所施加的电压值，从而推算在额定电压下二次绕组短路时电压降落为多少。

短路承受能力试验后，试品冷却到环境温度，若能满足下列要求，则认为该试品通过本试验：

1)试品无可见损伤(如相对位移、永久变形和损伤等);

2)其误差与本试验前的差异不超过其允许误差限值的二分之一；

3)二次绕组组间以及二次绕组对底座或油箱承受90％额定耐受电压试验；一次绕组对底座或油箱承受90％额定耐受电压试验(外施工频耐压以及感应耐压试验)；局部放电试验所测的放电水平与本试验前的数值无明显差异，且符合允许的放电量值的要求,

4)与一次、二次绕组表面接触的绝缘有无明显的劣化现象(如碳化)。

4　结束语

电压互感器短路承受能力自动试验装置采用全自动过程设计，在国内同类设备中别具一格，不需要非常大容量的试验变压器，只要合理设计预升压过程，就能准确达到正常的试验电压，各通道采用了高精度的测试电路和芯片，使整个系统的测试水平在国内处于领先水平。

[1]GB 1207—2006电磁式电压互感器.中华人民共和国质量监督检验检疫总局.中国国家标准化委员会，2007

[2]吴寿录.3～60千伏单相三线圈电压互感器突发短路试验的几个问题.变压器，1982(12)

[3]王梅义.仪用电压互感器的二次回路接地.继电器，1993(4)

[4]马亦林，俞有瑛.电容式电压互感器短路暂态过程研究中的两个问题.现代电力，1993(5)

[5]秦涛，张磊，王向东.电压互感器二次单相接地短路故障分析.电力系统保护与控制，2010(4)