“末屏法”对串级式电压互感器的介损试验

廉志 顾明哲

摘 要：文章描述了串级式电压互感器的作用、结构，比较了几种对串级式电压互感器介损测量的试验方法；测量时应注意的问题及误差分析，认为“末屏法”对判断串级式电压互感器的受潮最直接有效。

关键词：末屏法；串级式电压互感器；介损

引言

电压互感器实际上是一种降压变压器，它的一次绕组并接在高压交流线路上，且一次电压和高压交流线路电压相同，利用电压互感器将系统高压交流电压转变成一定数值的二次侧较低电压，以提供给电压表指示、电能计量、继电保护器使用的重要设备。JCC型串级式电压互感器普遍用于中性点接地系统的变电所中。它的结构属于分级绝缘，高压绕组首末端对地电位和绝缘等级不同，不能进行工频交流耐压试验；加上磁路饱和，也不能进行1.3倍额定电压以上的工频感应耐压试验。只进行倍频感应耐压试验，能很好考核电压互感器的主绝缘和纵绝缘，有效地检测出匝间、层间短路和其它缺陷，但只在交接和大修中进行此项试验。由于制造工艺和其它原因，电力系统中串级式电压互感器的绝缘事故频发，严重的绝缘事故往往使电压互感器爆炸起火，一方面引起电力系统瓦解和大面积停电；另一方面电压互感器炸碎的瓷块会使附近高压电气设备瓷绝缘被损坏。为了在运行中检测出串级式电压互感器的受潮和支架不良等缺陷，测量串级式电压互感器介质损耗是十分必要的。由于这种互感器的自身结构特点，运行中串级式电压互感器发生事故大部分是绝缘支架不良引起的，直接沿用传统的测量方法有不少缺点，采用末端屏蔽法（简称末屏法）对串级式电压互感器的介损试验，易于检测进水受潮等缺陷，对防止互感器爆炸事故有良好的预防效果。

1 串级式电压互感器结构简介

一、二次绕组间主绝缘为一层0.5mm厚的绝缘纸板，一次绕组均匀分部在若干铁芯柱上（220kV为两个铁芯，四个磁柱；63kV-110kV为一个铁芯，两个磁柱），依次串联，一次绕组首端“A”接高压，一次绕组的最外层线匝连接有一个静电屏，该屏引出电压互感器之外作为“N”端子，是一次绕组的末端，正常运行中直接接地。以220kV电压互感器为例，对四级串联而言，第一级一次绕组的末端与上铁芯联结，故上铁芯对地电位为额定电压的3/4。第三级一次绕组的末端与下铁芯相联结，故下铁芯对地电位为额定电压的1/4。在同一铁芯两柱间绕有平衡绕组，平衡绕组紧靠铁芯布置，与铁芯等电位联结，相邻两铁芯绕有连耦绕组，连耦绕组布置在第二级与第三级一次绕组的外面，二次、三次绕组仅一段与电位最低的一段一次绕组绕在同一芯柱上，三次绕组布置在二次绕组的外面，静电屏之外称为二次和三次绕组，它们的引出端子分别为“a.x；ad.xd”。由于铁芯具有电位，铁芯之间及铁芯对地之间均要绝缘，故铁芯安装在绝缘支架上，由于支架其材质（层压绝缘纸板或布板，环氧树脂板等）不良，有潮气或分层开裂，内部有空穴或沟槽，使其内部在运行电压或过电压作用下发生局部放电，进而形成整个绝缘支架的闪络，极易造成绝缘事故。测量串级式电压互感器绝缘介损，对发现其进水受潮是一个比较有效的手段。整个器身以绝缘支架支撑固定在底座上，器身外套有瓷套，在瓷套内充以绝缘油。

2 串级式电压互感器的介损测量方法

2.1 常规试验法

采用变压器测介损的方法，一次绕组“AN”短接加高压，二三次绕组短路接地，用西林电桥“反接线”进行，考虑一次绕组末端的绝缘水平，试验电压只能加2kV-3kV。测量一次绕组对所有接地部位的介损，包括一次静电屏对二三次绕组间；二三次绕组端部；支架以及一次绕组对大地的杂散电容等三部分。由于一次静电屏对二三次绕组的电容量达1000PF，比其它部位的电容量大数十倍，只反映一次靜电屏对二三次绕组的绝缘状况，这个绝缘部位虽然能一定程度地反映互感器的受潮情况，但它在运行中仅有几十伏电压。

常规法不能直接测量承受高电压部位的介损，端子板及小套管的潮湿及赃污使测量的误差影响很大；由于试验电压较低，西林电桥的灵敏度差，加大测量误差；支架的电容量相对于常规试验法的电容量的百分之一，难以反映设备绝缘的真实状况。

同一台电压互感器使用两种接线方式测量试验数据的比较，见表1。

表1

2.2 自激磁法

自激磁法测量串级式电压互感器的介损时，不需要外加试验电源，只要在被试电压互感器低压绕组通入较低的电压，利用电压互感器自身的电磁感应原理，在一次绕组上产生一个较高的试验电压。一次绕组的电压分布与运行中情况相似，高压端承受全部试验电压。一次绕组末端X接西林电桥的“E”，电桥“侧接线”测量，N对地的损耗处于屏蔽状态，一次绕组对二、三次绕组端绝缘和支架等承受高电压部位都处于测量状态。这是“自激磁”的优点，但同时一次绕组对大地的杂散电容也被测入，加大了误差。

自激磁法的缺点较多，二次绕组励磁电源产生干扰电流，流过电桥R3电阻造成测量误差；低压励磁，互感器的平衡及连藕绕组中有电流，逐级励磁，引起各段一次绕组电压的相位偏移；由于被试品电容量较常规法测量时小的多，易受空间电场干扰，测得数据分散性大，造成误差加大。

2.3 末端加压法

试验时电压互感器一次绕组的首端A接地，而一次绕组的末端N加电压（试验电压只能加2kV-3kV），二三次绕组开路，末端“x；xd”一起接入西林电桥，“正接线”测量。该方法与“常规法”类似，主要反映一次静电屏对二三次绕组的绝缘状况，不能直接发现承受高电压部位的缺陷。

末端加压法测量的并不是绕组端部绝缘，而主要是绕组间内部绝缘。同时，二次小端子板并联在试品上，对测量造成误差。

2.4 末端屏蔽法

试验时电压互感器一次绕组的首端A加高压，而一次绕组的末端N接西林电桥屏蔽（正接线时电桥E端接地），二三次绕组开路，末端“x；xd”一起接入西林电桥，“正接线”测量。由互感器结构可知，其内部有平衡绕组和连藕绕组，且二、三次绕组负荷较小，此时一次绕组电压分布基本均匀。JCC-220互感器下铁芯的对地电位为额定电压的1/4，JCC-110互感器下铁芯的对地电位为额定电压的1/2。测量的仅是绕组间的绝缘，一次绕组和铁芯对地部分电容都被屏蔽，互感器的二、三次绕组仅在下铁芯柱上与一次绕组紧密耦合，因此测量的主要是下铁芯对二、三次绕组端部绝缘。支架的电容量很小（10-25PF），该方法能排除由于N端小套管或二次端子板受潮、裂纹、脏污所产生的测量误差，从而真实地反映互感器内部绝缘状态。

3 测量时注意的问题及误差分析

3.1 现场常规法试验时，介损大于规定值，既可能是电压互感器内部缺陷如进水受潮等，也可能是由于外瓷套表面脏污或二次端子板及天气潮湿表面脏污的影响；介损小于规定值，一般认为绕组间绝缘良好，此时测的介损还包括与其并联的绝缘支架的介损值，由于支架电容量仅占测量时总电容量的百分之一，不能反映支架的绝缘状况，即使整体合格也不能说明支架良好。

3.2 现场自激法试验时，电桥标准支路的电压由电压互感器二次绕组供给，为提高测量的灵敏度，标准电容器上电压应由电压较高的绕组供给；采用“侧接线”测量时，除有外电场干扰电流外，还有电源间干扰电流，最好使用双屏蔽电缆作为试验引线。

3.3 现场末端加压法试验时，介损偏大时，要排除二次端子板潮湿和脏污的影响；由于该型电压互感器的主要缺陷是进水受潮，而受潮比较严重的部位是绕组的端部，末端加压法测量的主要是绕组间内部绝缘，不能有效监测其端部绝缘。

3.3.1 现场末端屏蔽法试验时主要测量电压互感器介损，为下铁芯对二、三次绕组的绝缘，由于电容量较小，需在西林电桥R4臂上并联电阻，当R4臂上并联电阻后，电桥第四臂的阻值由R4变小为R4/N，介损除以N以后才为被试电压互感器的实际介损值。

3.3.2 电压互感器进水受潮后，水分沉积在底部，下铁芯及端部绕组受潮严重，末端屏蔽法较常规法测量的介损值要大，末端屏蔽法测量的是下铁芯对二、三次绕组的端部介损。若电压互感器受潮时间较长或水分侵入绕组中，常规法才能发现。末端屏蔽法测量绝缘支架未直接测到，有需要时，可以对电压互感器垫绝缘板（对地绝缘电阻大于1000 MΩ）进行支架介损的测量。

实例：对变电所中JCC-220电压互感器采用常规法试验时，发现该台电压互感器介损较上一次试验数据有明显增加，但还在合格范围内，便对该台互感器进行末端屏蔽法试验，介损超出规程要求，不合格，取油样试验，油中微水含量超标，说明该电压互感器进水受潮，试验数据见表3。

表3

3.3.3 现场末端屏蔽法测量时，不能将电压互感器的二、三次绕组短接，短接后，将造成一次绕组电压分布不均匀，自上到下逐级降低且相位也逐点不同，从而引起测量误差。

3.3.4 现场末端屏蔽法测量时，易受强电场干扰影响，末端屏蔽法属于西林电桥正接线，抗干扰能力较好，但因试品电容量小，可用倒相法或移相法进行测量，减小测量误差。

4 结束语

4.1 末端屏蔽法針对串级式电压互感器的特点，能准确测量绝缘比较薄弱，运行中承受高电压的绕组绝缘和支架的介损，及时发现存在的缺陷，避免电压互感器爆炸事故的发生。

4.2 常规法、自激磁法、末端加压法都可以进行串级式电压互感器绝缘的介损试验，但存在一定缺点，这些方法可以作为末端屏蔽法的辅助方法。

4.3 测量介损时，应排除瓷套赃污和天气潮湿对试品的影响；在强电场干扰下，应使用倒相法或移相法来测出设备真实的数据。

参考文献

[1]电气设备的绝缘试验与检修方法[Z].

[2]电压互感器检修工艺[Z].

作者简介：廉志（1977-），男，黑龙江省齐齐哈尔市，学历：本科，研究方向：电气工程及其自动化。

顾明哲（1978-），男，黑龙江省齐齐哈尔市，学历：本科，研究方向：电气工程及其自动化。