500kV 电容式电压互感器介损和电容量测量

杨全仁，郭奇伟

(云南电网公司普洱供电局，普洱 665000)

0 前言

电容式电压互感器(简称CVT)，是发电厂、变电所等输电和供电系统不可缺少的一种电器。可在高压和超高压电力系统中用于电压和功率测量、电能计量、继电保护、自动控制等方面，并可兼作耦合电容器用于电力线载波通信系统。

介损和电容量的测量是交接［7］和预防性试验［1］的主要项目，准确测定对发现绝缘的缺陷很有效，但因电容式电压互感器结构上的特点，试验时易出现加压不合理、接线不当等问题，从而造成测量不准甚至损坏互感器的结果。因此掌握试验的方法及误差情况是获得准确的试验结果，从而正确判断绝缘状况的前提。

1 电容式电压互感器概述

1.1 电容式电压互感器设备特点

电压互感器类似于一台降压变压器，将高电压转换成一定值的低电压以供测量等使用。电容式电压互感器可以将载波频率耦合到输电线用于长途通信、远方测量、选择性的线路高频保护、遥控、电传打字等。

电容式电压互感器由电容分压器和中压变压器(电磁装置)组成。电容分压器由瓷套和装在其中的若干串联电容器组成，瓷套内充满保持0.1MPa 正压的绝缘油，并用钢制波纹管平衡不同环境以保持油压，电容分压可用作耦合电容器连接载波装置。中压变压器(电磁装置)由装在密封油箱内的变压器，补偿电抗器和阻尼装置组成，油箱顶部的空间充氮，一次侧和一次绕组间串联一个低损耗电抗器。由于电容式电压互感器的非线性阻抗和固有的电容有时会在电容式电压互感器内引起铁磁谐振，因而用阻尼装置抑制谐振，阻尼装置由电阻和电抗器组成，跨接在二次绕组上，正常情况下阻尼装置有很高的阻抗，当铁磁谐振引起过电压，在中压变压器受到影响前，电抗器已经饱和了只剩电阻负载，使振荡能量很快被降低。

电容式电压互感器在电力系统中的应用非常广泛，除可防止因电压互感器铁芯饱和引起铁磁谐振外，在经济和安全上还有很多优越之处。

1.2 介损测量的意义

由介质损耗:

P=U2ωCtanδ (式一)

可见，当电介质一定，外加电压及频率一定时，介质损耗P 与tanδ 成正比，即可用tanδ 表示介质损耗的大小。同类试品绝缘的优劣，可直接由tanδ 的大小来判断;而从同一试品tanδ 的历次数据分析，可掌握设备绝缘性能的发展趋势。

2 介损和电容量测量

2.1 CVT 测量原理

图1 500kV CVT 原理图

2.1.1 CVT 原理结构阐述

图1 以500 kV CVT 外形结构为三节组合为例，上、中两节为主电容，分别用C11 和C12 表示，下节含C13 主电容和C2 分压电容以及中间压变PT。1a—1n 为主二次绕组，da—dn 为辅助绕组。

由于500 kV 电压等级电气设备身高，高压引线粗，每次预试定检拆除引流线须用升降车，工作量大，耗时长，对一次设备的安全构成一定威胁，可采用不拆高压引流线进行现场试验从而提高工作效率。

2.1.2 测试仪器及原理

为能准确测量电容和介损［3－6］，采用AI－6000E 自动抗干扰精密介质损耗测试仪对CVT 试验方法及原理进行分析，并介绍测量过程中需要注意的问题。

工作原理:接通总电源开关，主要电路通电，接通内高压开关变频电源通电。启动测量后高压设定值送到变频电源，变频电源用PID 算法将输出缓速调整到设定值。根据正/反接线和内/外标准电容的设置，测量电路根据试验电流自动选择输入并切换量程，测量电路采用傅立叶变换滤掉干扰，分离出信号基波，对标准电流和试品电流进行矢量运算，幅值计算电容量，角差计算tanδ［10］。反复进行多次测量，经过排序选择一个中间结果。

2.2 电容介损和电容量测量

2.2.1 C11 的测量

不拆高压引流线测量第三节耦合电容器的电容和tanδ 时可采用反接线屏蔽法。设备接线如图2 所示。

图2 反接线屏蔽法设备接线

测量方法如下:母线挂接地，C11 上端不拆引流线，C11 下端(图1B 点)接高压输出芯线，C12 下端(图1C 点)接屏蔽芯线。仪器采用反接线10 kV 测量方式，测量出C11 的电容和介质损耗因素tanδ。用反接线法现场试验注意事项:高压芯线中的屏蔽芯线应记得接在C12 下端，以防止测试时电容间的相互影响，使试验数据不够准确。

2.2.2 C12 的测量

不拆高压引流线测量第二节耦合电容器的电容和tanδ 时可采用正接法。

测量方式如下:设备高压输出芯线和屏蔽线接C12 上端(图1B 点)，设备CX 输入芯线接C12 下端(图1C 点)仪器采用正接线10kV 测量方式，测量出C12 的电容和介质损耗因素tanδ［6］。用正接线法现场试验注意事项:

1)高压线应悬空不能接触地面，否则其对地附加介损会引起误差。

2)CVT 的N 端子与X 端子要与地断开。

2.2.3 C13 和C2 电容及介损实验

无分压抽头CVT (如图1)主电容C13 和分压电容C2 介损及电容量的测量，以500 kV 墨江变电容式电压互感器为例。分压电容器的测量因电压无法直接加到每个电容上，一般采用自激法测量。自激法是以CVT 的中间变压器作为试验变压器，从二次侧施加电压对其进行激磁，在一次侧感应出高压作为电源来测量C13 和C2 的电容及tanδ 值。设备原理图如图3:

图3 自激发测量原理接线示意图［2］

测量方式如下:把N 和E 之间的连接片断开，将E 点接地，N 和“高压测量”连接，CX接PT 高压端(图1 中C 点)，低压输出接da，测量接地接dn，用2.5kV 测量(与CVT 的N 端耐压水平有关)［5］。

考虑到电容单元电容、介损测试过程中的测试效应，选择容量大的二次端子da—dn 作为自激端子，以使试品所加电压更高，使测试值能有效反应试品真实值，另外二次自激端子选择应考虑测试过程中由于电源故障、试品绝缘变质等因素诱发谐振过压，故试验时选择da—dn 作为自激端子，使试验过程安全性更高。

CVT 自激法测量中，设备先测量C13，然后自动倒线测量C2，并自动校准分压影响。

在二次回路验收检查时严禁出现以下情况:

1)一次绕组的尾端开路或接触不良;

2)阻尼接入端开路或接触不良;

3)二次侧短路。

3 异常实例分析处理

在某500 kV 变用常规自激法［8］［9］不能准确测试出有分压抽头并带有调精装置CVT (如图4)主电容C13 和分压电容C2 介损及电容量。

图4 常规自激法接线图

表1 测试数据

C2 的tanδ 不符合预试规程。

通过查看原理图，由于在中间变压器一次绕组首端位置设置了一把接地刀闸K，在现场测试中，通过操作外部的操作把手合上接地刀闸，使中间变压器一次绕组首端接地，可以很方便地采用反接法测量C13 和C2 的电容量及介损(这里就不再做详细介绍)，但却不能用自激法［8］［9］准确测出。由于这种CVT 带有调精装置，可以通过图七中K1 改变线圈匝数。自激法原理是以CVT的中间变压器作为试验变压器，从二次侧施加电压对其进行激磁，在一次侧感应出高压作为电源来测量C13 和C2 的电容及tanδ 值。而装有调精装置的CVT 运行时一次绕组匝数并不一定是我们看到的这整个一次绕组(有所增加或减少还需要与厂家人员探讨学习)，及一次感应的电压就与同样无调精装置CVT 有所变化，由试验规程说明及P=U2ωCtanδ (式一)可知，P (介损)受到U(测试电压)的影响，实际测量中一次绕组所感应出的电压U↓，由式一可知P↓，故测量出的tanδ 比正常值小。

表2 反接法测试数据

按照Q/CSG114002－2011 电力设备预防性试验规程［1］，符合试验要求。

4 结束语

通过以上分析可知，有分压抽头并带有调精装置的电容式电压互感器用自激法不能准确测试出C13 与C2 的电容量与tanδ。而合上中间变压器一次绕组首端位置设置的接地开关，用反接法分别测量C13 和C2 电容量与tanδ 能克服采用自激法测试的弊端。对电容式电压互感器状态开展现场检查，开展各种简单保养和维修。采取正确的试验方法对设备进行试验，获取设备状态量，通过对设备特征参量的收集、分析，掌握设备状态发展趋势，以防止互感器发生设备损坏事故。

［1］Q/CSG114002－2011 南方电网公司电力设备预防性试验规程［S］.

［2］陈天翔，王寅仲，海世节.电气试验第二版［M］.北京:中国电力出版社.2008.

［3］李建民，朱康、高压电气设备试验方法［M］、北京:中国电力出版社.2001.

［4］田树军，雷一鸣，余育军、浅谈电容式电压互感器分压电容的测量［Z］.

［5］赵京武，李红林、500kV 电容式电压互感器不拆引线预试方法探讨［Z］.

［6］AI－6000 自动抗干干扰精密介质损耗测量仪一体机使用说明书［M］、济南泛华电子工程有限公司.

［7］QG/YW－SC－17－2008 云南电网公司一次电气设备交接试验规定［S］.

［8］李涛、电容式电压互感器自激法的测试及误差分析［Z］.

［9］韩桂芝、采用CVT 自激法测量电容式电压互感器的tgδ 值［Z］.

［10］殷培峰、电容式电压互感器的误差原因及解决方法［Z］.