电容式电压互感器谐波测量误差分析

范卫国

中国能源建设集团辽宁电力勘测设计院有限公司

电容式电压互感器谐波测量误差分析

范卫国

中国能源建设集团辽宁电力勘测设计院有限公司

本文对测量CVT谐波变比的试验技术进行了研究。通过试验结果发现，由于CVT的阻抗呈现容性，而升压变阻抗呈现感性，利用小容量试验用升压变提供高压谐波电压的试验方案会出现谐波放大和衰减的现象，影响了试验系统的安全性和试验结果的精确度，这种试验方案存在较大的问题。本文提出了更换大容量升压变压器的新方案，该方案能够确保高压侧谐波电压的稳定，达到了对CVT谐波变比进行测量的目的，为进行谐波条件下CVT测量误差的试验研究提供了依据。

CVT；谐波测量；误差分析

电容式电压互感器(CVT)被广泛应用于高压系统中的电压测量、继电保护及载波通信等场合。文中研究谐波条件下CVT测量误差的试验分析方法。设计了采用试验用小容量升压变压器提供高压谐波源的试验平台，分析了高压侧谐波电压放大和衰减的原因，通过仿真验证了所得结论的正确性。在此基础上提出了将试验升压变压器更换为大容量普通升压变压器的方案，完成了CVT谐波测量误差的试验。

1 CVT误差理论分析

CVT一次本体由电容分压器和电磁单元两部分组成。电容分压器的采用，改善了电压互感器的绝缘性能，使其在特高压工程中得到了大量使用。但作为一种开放式结构，电容分压器的分压比受临近效应影响明显，按照现行交接试验标准进行的离线校验数据与实际运行情况有一定的偏差，特高压用CVT分压器电容量较小，外形尺寸较大，因此这种情况在特高压用CVT中表现得十分明显。

2 基于电容电流法测量CVT谐波方法

目前，对于电网电能质量分析，大部分信号直接取CVT二次侧出线端的失真信号，这就导致谐波分析仪器不能准确获取电网一次侧谐波信号，其结果不能正确反映实际电网谐波情况。为了有效检测CVT的传输特性，使其可以对谐波分量进行准确测试，有文献提出了一种首先通过测量CVT传输函数，然后采用软件离线修正谐波测量结果。还有一部分测试方法是网络分析仪法和高压谐波注入法等。此类方法虽然理论上可以得出传输特性，但由于每一台CVT的传输特性均不同，需要对每台CVT进行测量，获得其传输函数，工作量巨大，实际工程中不适宜推广使用。为了解决CVT不能用于谐波测量的技术难题，经过分析了CVT电容容抗随频率变化的特性参数，文中提出了一种通过测量流过CVT高、中压电容电流计算电网电压的方法，并验证了该方法的可行性及有限性，最后设计了基于电容电流法的CVT谐波测试系统。

3 电容式电压互感器谐波测量误差分析

3.1 频率影响

频率是影响CVT误差的第二大因素。其实，不仅是CVT，所有一次开关设备在温度变化时，不可避免地都会对设备性能产生影响。我国所有的开关设备都是基于50Hz进行设计的，但针对不同种类的产品，频率的影响轻重又不完全相同。对于CVT来说，频率改变对电容器绝缘性能影响不大，但对误差影响较大。CVT变压器的原边电压靠低压电容器分压提供，而电容器电容量随电网频率的改变而改变。当电容量改变后，即使分压比变化很小或不变化，一次回路的等值容抗也势必变化，此时已不等于中间变压器和补偿电抗器构成的等值感抗，原有设计的串联谐振回路被破坏，必将引起误差变化。

3.2 在线误差数据分析

进行现场CVT误差交接测试时，如果出现标准互感器的高度较低，则会造成高压引线的角度小于90°，高压引线的角度不同会改变柱式CVT的电容分压器有效分压比。当高压引线与电容分压器叠柱夹角由大变小时，引线对电容叠柱的杂散电容将增大，引线对叠柱的杂散电流也将增大，C2流过的电流也增大，C2上的分压也提高，造成比值差正向漂移，相位差向负漂移。交接试验完毕后，CVT位置不再发生改变。

3.3 频率影响

电网频率额定为50Hz，但实际运行过程中，受用电负荷与发电量的平衡影响，会有小幅度波动，CVT测量绕组应在电网频率49.5Hz-50.5Hz之间满足测量精度要求。因此，为检验研制系统在不同频率下的性能，按照2.1试验时的接线方式，改变功率源的频率做系统频率影响的试验。通过实验得出：频率变化时，对系统的稳定性和比差基本没有影响，对角差影响较大，频率为49.9Hz和50Hz时，两通道的角差为正值，当频率为50.5Hz，两通道的角差变为-0.006分，但绝对值都很小，远小于同级别CVT的角差误差限值±2分。因此，在线监测系统在不同频率下的稳定性以及准确度符合设计要求。

3.4 自激法试验误差分析

电容式电压互感器为了消除容抗压降因二次负荷变化引起的电压变化，采用了补偿电抗器，有ZL＝1/[ω(C1＋C2)]，ZL为补偿电抗器电磁单元中间变压器漏抗之和。测试分压电容时，分压电容与ZL串联，且分压电容C2较大，即分压电容容抗值接近于ZL感抗值，容易引起谐振，因此二次自激端子da、dn所加电压应较小，否则会引起分压电容与ZL所在回路过压，但通过监测试品电流可以控制过压。此外，N端子电压有一定耐压范围，且N端子所加电压过高会导致容量问题，因此必须对N端子电压进行限制，出厂时的N端子耐压一般为4kV，现场试验时多取为2kV。

结束语

对谐波条件下电容式电压互感器(CVT)的测量误差进行了理论分析和试验研究。依据CVT的结构和工作原理，推导得出了其变比的频率响应特性，得出了谐波幅值测量误差的理论表达式。以此为基础，分析了不同因素对测量误差的影响规律，结合典型CVT的结构和参数对所得结论进行了仿真验证。设计了CVT测量误差的试验平台，通过试验验证了此分析结论的正确性。

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