浅析电磁式半绝缘电压互感器几种测试方法的适用性

刘潇

【摘 要】本文对电磁式半绝缘电压互感器几种测试方法并进行分析对比，阐述了半绝缘电压互感器中串级式与非串级式电压互感器的区别与半绝缘非串级式电压互感器适用的介质损耗及电容量测量接线方式。

【关键词】半绝缘；串级式；电压互感器；常规法

0 引言

半绝缘的电压互感器为测取电网电压的重要设备。目前电网中仍存在较多此类设备，而介损及电容量试验能较为灵敏地检测其绝缘受潮、劣化及套管损害等缺陷。本文中，针对目前较多种类的介损及电容量试验接线方式，相互间进行比较。并且对应于半绝缘电压互感器的不同结构，分析各种接线方式的适用性及相应的优缺点。

1 半绝缘电压互感器简介及分类

1.1 半绝缘定义

半绝缘是指变压器靠近中性点部分绕组的主绝缘，其绝缘水平比端部绕组的绝缘水平低、也叫降级绝缘。半绝缘电压互感器是电磁式电压互感器的一种，利用电磁感应原理制成的一种电压互感器，类似于变压器。主要为电网的电压抽取作二次保护、测量、计量用。

1.2 半绝缘电压互感器主要分为三种形式

（1）具有闭合铁芯的半绝缘电压互感器；

（2）串级式电压互感器；

（3）具有开放铁芯的半绝缘电压互感器[3]。

针对具体试验接线的特点，主要归分为两种，即串级式和非串级式的半绝缘电压互感器。

2 各种介损及电容量试验接线方式的介绍

各种接线方式的不同，目的是为了测试不同的位置。根据不同的原理及测试部位主要分为四大类。

2.1 常规法

又称短路法，主要有正接线和反接线两种形式。共有7种接线方式，以下列出2种具体接线方式及对应试验部位。

2.1.1 常规法1

如图1所示，接线方法为一次首尾端短接加压10kV，二次ax、aDxD短接接地，底座接地。此法主要测试部位为：一次对二三次绕组绝缘，底座绝缘，二三次绕组端部绝缘。

2.1.2 常规法2

如图2所示，接线方法为一次首尾端短接加压10kV，二次ax、aDxD短接接介损仪Cx端，底座接地。此法主要测试部位为：一次对二次三次绕组的绝缘、二三次绕组端部[1]。

常规法1 常规法2

图1 图2

2.2 末端屏蔽法

2.2.1末端屏蔽法3

如图3所示，接线方法为一次首端加压10kV，一次尾端静电屏接地，二次x、xD短接接Cx，底座对地绝缘。此法主要测试部位为：下铁芯一次对二三次绕组端部绝缘，底座绝缘。

2.2.2 末端屏蔽法4

如图4所示，接线方法为一次首端加压10kV，一次尾端静电屏接地，二次a、xD短接，x接Cx，底座对地绝缘。此法主要测试部位与末端屏蔽法3相同。此法主要针对减极性的半绝缘电压互感器，目的为了减少电感引起的误差。原理为让二、三次绕组通过与一次绕组相反电流，使一次与二、三次绕组电感相抵消。若为加极性，用末端屏蔽法5，如图5所示，原理相同[2]。

2.2.3 末端屏蔽法6

如图6所示，接线方法为一次首端加压10kV，一次尾端静电屏接地，二次a、xD短接接地，底座对地绝缘接Cx。此法主要测试部位为底座绝缘[3]。

末端屏蔽法 末端屏蔽法改进型（减极性）

图3 图4

末端屏蔽法改进型（加极性） 末端屏蔽法测支架

图5 图6

2.3 末端加压法

2.3.1 末端加压法7

如图7所示，接线方法为一次首端接地，一次尾端静电屏加压10kV，二次x、xD短接接Cx，底座接地。此法主要测试部位为：下铁芯一次对二三次绕组端部绝缘，底座绝缘。

2.3.2 末端加压法8

如图8所示，接线方法为一次首端接地，一次尾端静电屏加压10kV，二次x接地，xD接Cx，底座接地。此法主要测试部位为：下铁芯一次对三次绕组端部绝缘，底座绝缘。

此两种方法主要区别为二次x端是接入Cx还是接地。因为对于串级式电压互感器来说三次绕组（又称辅助二次或开口三角）在最外层，且三次绕组电容量占总二三次绕组电容量的比例较小。故相对来说，图7末端加压法7对于串级式电压互感器在端部受潮初期反应灵敏。

图7 末端加压法7 图8 末端加压法8

2.4 自激法

如图9所示，接线方法为二次a端加压2～3kV，一次尾端静电屏接地，一次首端接介损仪Cx，二次aD、xD悬空，底座与二次x端一起下地。此法主要测试部位为：一次对二三次绕组端部绝缘，底座绝缘[1]。

图9 自激法

3 分级绝缘电压互感器中串级式电压互感器及非串级式电压互感器的结构区别

3.1 非串级式的半绝缘电压互感器

铁芯柱上套有绕组，分三个线圈（一次、二次及剩余电压），剩余电压线圈绕在绝缘纸筒上，外包纸板后，绕二次线圈，再外包绝缘纸板，最外面为一次线圈。一次绕组A端出线为全绝缘，X端接地。器身固定在下油箱上。

3.2 串级式电压互感器

结构如图10所示。与非串级式半绝缘电压互感器相反，串级式电压互感器下铁芯上最里层为一次绕组，接着是二次，而开口三角绕组为最外层[4]。

图10 串级式电压互感器下绕组排列示意图

不同的测量方法是为了测量设备的不同位置。将常规法与末端加压法、末端屏蔽法相比较，关键的区别在于是否测量“端部”，对试验结果的灵敏度有一定的影响。这是常规法与其余两法的主要区别。常規法主要将一次绕组首尾短接，而末端加压法及末端屏蔽法都是正接法，且必须将一次绕组首端或尾端接地。众所周知，在正接法中，接地相当于屏蔽。将一次绕组任一端接地相当于将一次绕组对其余绕组之间的绝缘屏蔽。而常规法中，将一次绕组首尾短接却正是为了测出一次绕组对其余绕组的绝缘。这些本质的区别，都是建立在绕组结构完全不同的前提下的。已经有实例证明对于表面已经出现放电的此类型互感器但是用末端加压法与末端屏蔽法测量，结果仍能在合格范围内。

对于分级绝缘电压互感器中的非串级式种类，只能用第一种常规法（图1、图2）的2种接线。因为其所有绕组都是绕在同一个铁芯上的，其中一次绕组为最外层。最先受潮的也必然是一次绕组，所以测出一次绕组对二、三次绕组的绝缘介损为关键。若非要使用末端屏蔽法、末端加压法、自激法等，也可以测量出介损，但是一次绕组对二、三次绕组的端部绝缘，结构上在一次绕组以内的层次（电压互感器一次绕组匝数远多于二次绕组），即使已经严重受潮，也很难反映，于现场测量意义不大。

对于末端屏蔽法、末端加压法、自激法，均为针对半绝缘中的串级式电压互感器，因为其二、三次绕组在最外侧的结构，此部位为最外层，必最先受潮，若将其改进只测一次对三次绕组端部绝缘，更是受潮的最先发生位置，测量此位置的绝缘状况有重要意义。而且对于三次绕组来说，其所占总二次绕组的比例占很小部分，单独测量也将提高反映受潮情况的灵敏度（图8）。若用常规法测量，也可以得出结果，但是因为测量部位并非最外层，即使三次绕组已经严重受潮，但是还是很有可能测量介损结果在合格范围内。

4 现场试验数据对比

下面来看看一组现场试验数据，被试设备为：

型号：JDX6-35型（J—电压互感器、D—单相、X—带剩余电压绕组、6—设计序号、35—指电压等级，kV）

厂家：沈阳变压器责任有限公司

出厂日期：1994年10月

编号：94J05123-2

根据厂家说明书：该型电压互感器为单相三绕组、户外用油浸式全密封型电压互感器，适用于中性点不接地的35kV，额定频率为50Hz的交流电力系统中做电压、电能测量及继电保护之用。铁芯由条形硅钢片叠层，为三柱芯式，在中柱上套有绕组，分三个线圈（一次、二次及剩余电压），剩余电压线圈绕在绝缘纸筒上，外包纸板后，绕二次线圈，再外包绝缘纸板，最外面为一次线圈。一次绕组A端出线为全绝缘，X端接地。器身固定在下油箱上。在上油箱上装有一次瓷套、接线盒、铭牌及供吊起互感器的四个吊拌。在瓷套顶端装有储油柜。下油箱下部装有油样活门，支座上有接地螺栓，为全密封结构，能有效地防止油老化。

因为针对末端屏蔽法不适用于现场测试，自激法误差太大易受干扰。故试验中只将常规法及末端加压法进行对比。

现场测试证实该PT绝缘存在严重缺陷，将其拆下后进行较详细试验，数据如下表1所示：

表1

后将该PT进行放油后解体再进行试验，数据如下表2所示：

表2

同时对绝缘油进行各种试验分析，得出数据如下表3所示：

测得微水：48.7mg/L，绝缘强度：21kV。

最后对该PT进行解体，发现在一次端子拆掉上盖后，发现在储油柜内有大量油泥及水分；在一次绕组上包扎的白布带上亦发现一些油泥；在最外层的绝缘纸板上发现大量树枝状放电痕。

综上所述，对于电磁式半绝缘电压互感器的非串级式种类，使用末端加压法对其受潮情况反映并不灵敏。而常规法可较正确反映其受潮情况。于现场试验中，常规法更适用于此类PT的介质损及电容量测试。

对于电磁式半绝缘电压互感器中的串级式种类，显然末端加压法因为不需将底座对地绝缘而更适合现场操作。其中末端加压法12更是应该于现场提倡。

5 总结

在此通过上述分析及现场测试数据对比，可以看出：

对于电磁式半绝缘电压互感器的非串级式种类选用常规法进行测试较为适宜，其对互感器受潮状况反映较为灵敏，因为这是建立在结构上一次绕组在最外层的前提下的。

所谓常规法必须是一次绕组首尾短接。

在现场试验中应细心观察，区分被试设备的种类，保证试验数据的适用性及准确性，是基础且必要的。

【参考文献】

[1]陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术[M].中国水利水电出版社，2009.

[2]黃雪.关于电磁式电压互感器几种测试方法及分析[J].贵州电力技术，2008（12）.

[3]刘玉凤.新型电磁式电压互感器[J].变压器，2007，1，44（1）.

[4]胡培中.串级式电压互感器传统设计中的一些问题[Z].

[责任编辑：杨玉洁]