基于改进末端加压法的串级式电压互感器介损测试研究

(内蒙古电力(集团)有限责任公司包头供电局，内蒙古 包头 014030)

基于改进末端加压法的串级式电压互感器介损测试研究

张慧慧

(内蒙古电力(集团)有限责任公司包头供电局，内蒙古 包头 014030)

为解决传统末端加压法无法有效发现串级式电压互感器进水受潮缺陷问题，提出改进末端加压法。具体方法是将串级式电压互感器一次绕组首端接地，一次绕组尾端接测试仪器的高压线，二次绕组单端接信号线的屏蔽端，辅助绕组单端接信号线。改进末端加压法能够克服静电屏对二次绕组的电容对测试结果的影响，有效测出了一次绕组尾端对二次绕组和辅助绕组端部的介损。现场实测结果证实了改进末端加压法的可行性。

串级式电压互感器；介损；静电屏；改进末端加压法

在内蒙古西部地区，110 kV及以上电压互感器多数为电容式电压互感器(Capacitor Voltage Transformer，CVT)，但由于多方面原因，仍然有一部分110 kV电磁式电压互感器在运。仅包头电网中，目前仍然有48支110kV电磁式电压互感器在运行中，这部分在运的电压互感器均为串级式电压互感器，运行年限在20～35年。

根据内蒙古电力(集团)有限责任公司发布的《输变电设备状态检修试验规程》，停电预试时，针对110 kV串级式电压互感器必须开展的试验项目之一是介损试验。

串级式电压互感器电容量和介损试验时采用的方法有常规法、末端加压法、末端屏蔽法3种[1-4]。包头电网试验人员在开展串级式电压互感器介损试验时多采用末端加压法，主要原因是这种方法所加试验电压低(一般不超2 kV)，对试验输出电压的要求较低，而且试验时可以借助一次侧装设的接地线实现一次绕组首端接地，可以大大提高试验工作效率，但末端加压法在发现串级式电压互感器进水受潮缺陷方面灵敏度不够高[5-7]。为了验证此观点，试验人员曾对故障的110 kV串级式电压互感器解体检查，发现解体设备邮箱底部有大量积水，辅助绕组明显有被水浸泡后绝缘破坏的迹象，但解体之前测试该电压互感器的介损正常。

针对末端加压法在发现串级式电压互感器进水受潮缺陷方面灵敏度不高的问题，本文建立了串级式电压互感器介损试验模型，分析了末端加压法的特点，针对末端加压法存在的不足，提出科学的改进策略，以提高测试方法的有效性。

1 串级式电压互感器结构简介

以110 kV串级式电压互感器为例，其一次绕组分成匝数相等的两部分，分别套装在电压互感器铁芯的上下铁厄上，一次绕组上下部分分界点与铁芯直接连接，铁芯保持对地绝缘。为了节约绝缘材料，二次绕组和辅助绕组缠绕在一次绕组尾端部位，其中辅助绕组在最外侧。为了防止一次绕组与二次绕组、辅助绕组之间的静电对测量结果、保护装置造成影响，在一次绕组下半部分与二次绕组之间设计有静电屏，正常运行时静电屏与一次绕组尾端连接后接地[8-10]。110 kV串级式电压互感器的结构如图1所示。

图1 110 kV串级式电压互感器结构图Fig.1 Structure diagram of110 kV cascade voltage transformer

图1中A和X分别表示串级式电压互感器一次绕组的首端和尾端，正常运行时A接高压端，X接地。

2 末端加压法研究

末端加压法测试110 kV串级式电压互感器的介损时，一次绕组首端直接接地(一般借助临时接地线接地)，一次绕组尾端接测试仪器(以济南泛华生产的AI-6000K型介损仪为例)的高压线，二次绕组和辅助绕组同名端短连后接仪器的信号线，测试接线如图2所示。

末端加压法试验时，一次绕组尾端承受高电压，为了确保一次绕组尾端的绝缘不被破坏，试验电压一般不高于2 kV。末端加压法测试时，一次绕组尾端和静电屏均处于高电位，因此该测量方法可以反映出一次绕组尾端对二次绕组和辅助绕组端部的绝缘情况，可以反映出静电屏对二次绕组和辅助绕组的绝缘情况，可以反映出一次绕组下半部分对二次绕组和辅助绕组的绝缘。测试等值电路如图3所示。

图2 末端加压法试验接线图Fig.2 Test wiring diagram of end pressurization method

图3 末端加压法等值电路图Fig.3 Equivalent circuit diagramof end pressurization method

图3中C1、C2、C3分别表示一次绕组对二次绕组和辅助绕组的电容、一次绕组静电屏对二次绕组和辅助绕组的电容、一次绕组尾端对二次绕组和辅助绕组端部的电容，实测电容值为3部分电容值的和。假设3部分电容对应的介损分别为tanδ1、tanδ2、tanδ3，那么测试的介损为

(1)

实际中，静电屏对二次绕组的电容值远远大于其他部分的电容值，根据统计可知，静电屏对二次绕组的电容值占总电容值的75%～95%。根据式(1)可知，末端加压法测试的介损值与静电屏对二次绕组和辅助绕组的介损值最接近。

根据实际经验可知，110 kV串级式电压互感器常见的绝缘缺陷为进水受潮，而且进水受潮初期，水分大部分存在于绕组外侧绝缘油的中下部，短时间内无法浸入到绕组绝缘内部。因此，串级式电压互感器进水受潮初期，对主绝缘影响不大，主要影响一次绕组尾端对二次绕组和辅助绕组端部的电容量和介损，如果能精确测得这部分的电容量和介损，即可精确掌握串级式电压互感器的绝缘状况。

3 改进末端加压法研究

根据上文分析可知，静电屏的影响是导致传统的末端加压法可靠性不高的根本原因。改进末端加压法的核心思路是将静电屏对二次绕组和辅助绕组的电容有效屏蔽，具体方案是将串级式电压互感器一次绕组首端直接接地，一次绕组尾端接测试仪器的高压线，二次绕组单端接信号线的屏蔽端，辅助绕组单端接信号线，测试接线如图4所示。

图4 改进末端加压法接线图Fig.4 Wiring diagram ofimproved end pressurization method

图4中与辅助绕组Da端连接的线表示仪器的信号线，与二次绕组1a端连接的线表示仪器的屏蔽线。改进末端加压法测试时，二次绕组单端接信号线的屏蔽端，有效屏蔽了静电屏对二次绕组的电容，测试结果主要反映的是一次绕组尾端对二次绕组和辅助绕组端部的介损，据此可以有效掌握串级式电压互感器进水受潮情况，有利于提前发现缺陷，有效预防串级式电压互感器事故。

4 模拟实验研究

为了精确掌握改进前后的试验方法在发现电磁式电压互感器进水受潮缺陷方面的有效性，通过实验室模拟的方法展开了研究。具体方法是借助某高校高电压与绝缘技术实验室内型号为JDX-110的110 kV电磁式电压互感器，通过控制自动注水系统向绝缘油中的注水量来间接反映改进前后的试验方法的有效性。

模拟实验通过控制注水量，实现测得电磁式电压互感器的介损为2%(实验室温度为28 ℃、湿度为55%)，得到传统的测试方法和改进末端加压法所需的注水量如表1所示。

表1 两种方法注水量对比表Table 1 Comparison table ofwater injection rate with two methods

根据表1模拟实验结果可知，对于同一支110 kV电磁式电压互感器，传统的末端加压法测得介损为2%时，需要人工注水5.864 kg；而改进末端加压法测得介损为2%时，需要人工注水1.696 kg。模拟实验结果间接证明了改进末端加压法在发现电磁式电压互感器进水受潮缺陷方面灵敏度和可靠性均大大提高。

此外，为了研究试验环境温、湿度对测试结果的影响，进行了实验统计。严格按照单一变量法对温度和湿度的影响进行实验，在环境温度为20℃时分别测量30%、50%、70%、90%四种湿度环境下的介损和注水量；在环境湿度为60%时分别测量5 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃的介损和注水量，实验统计结果如表2所示。

表2 环境因素影响实验结果表Table 2 Test result table influenced by environment factor

根据表2实验测试结果可知，试验环境温湿度不会对电磁式电压互感器的介损值的测量带来严重的影响。

5 现场验证

为了验证改进末端加压法的有效性，对某变电站内3台110kV串级式电压互感器进行了现场测试。在相同的试验环境下，对比了传统的末端加压法和改进末端加压法的测试结果，而且测试了油样的介损，具体结果如表3所示。

表3 现场测试结果表Table 3 Field test result table

从表3中测试结果可知，改进末端加压法能够有效屏蔽静电屏对测试结果的影响，能够更加精确地测出串级式电压互感器一次绕组尾端对二次绕组和辅助绕组端部的介损，对掌握串级式电压互感器进水受潮缺陷具有实际指导意义。

6 结 语

为解决传统的末端加压法在测试串级式电压互感器的介损时存在测试结果可靠性不高的问题，本文提出了改进末端加压法。改进后的测试方法将一次绕组静电屏对二次绕组的电容有效屏蔽，能够精确测出一次绕组尾端对二次绕组和辅助绕组端部的介损，对掌握串级式电压互感器进水受潮缺陷、保证设备安全运行具有实际意义。

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Dielectric loss test for cascade voltage transformer based on improved end pressurization method

ZHANG Huihui

(Baotou Power Supply Bureau of lnner Mongolla Power(Group)Co., Ltd., Baotou 014030, China)

In order to solve the problem that the traditional end pressurization method can not effectively find the dampness defect in the cascade voltage transformer, an improved end pressurization method is proposed. The specific method is to have the primary winding head end of cascade voltage transformer connected on the ground, a primary winding tail end connected to the test equipment high-voltage line, the secondary winding single-end to shielding end of signal line and auxiliary winding single-end to the signal line. The improved end pressuriz method can overcome the influence of electrostatic screen to the capacitance of the secondary winding on the test results, and effectively measure the dielectric loss of primary winding head end on the end of primary winding and the auxiliary winding. The field test results confirm the feasibility of improved end pressurization method.

cascade voltage transformer; dielectric loss; electrostatic screen; improved end pressurization method

2017-06-19。

张慧慧(1988—)，女，硕士研究生，主要从事用电检查工作。

TM406

A

2095-6843(2017)06-0543-04

(编辑侯世春)