110kV电容式电压互感器不拆一次接线自激法试验的研究

李显荣 陈子辉 朱文超

（广东电网有限责任公司江门供电局，广东 江门 529000）

0 引言

目前，变电站使用的110kV 电压互感器大多数是110kV电容式电压互感器（CVT），均为单节结构。与传统的电磁式电压互感器相比，随着电压等级的升高，电容式电压互感器的体积更小，结构更简单，造价更低，绝缘强度更高。另外，由于运行中的电磁式电压互感器的非线性电感和其他电容之间易发生铁磁谐振现象，因此会产生过电压，造成设备损坏甚至爆炸，但电容式电压互感器可避免该类问题的发生。

对CVT 进行高压试验时需要分别测量主电容C1、分压电容C2的电容量和介损，常规采用自激法进行试验，前提是CVT 顶部保持不接地的状态，因此需要人员登高拆除顶部一次接线。试验完成后，人员又需要登高恢复接线。为降低登高拆线带来的安全风险，同时避免拆线造成的热镀锌螺丝热镀锌层磨穿被腐蚀，需要探索不拆一次接线的新试验方法，以提高工作效率和工作安全性。

1 110kV 电容式电压互感器基本工作原理

电容式电压互感器采用电容分压原理，如图1 所示，由电容分压器和电磁单元组成。电容分压器由主电容C1和分压电容C2串联组成。电磁单元由中间变压器T 组成。

图1 110kV 电容式电压互感器基本工作原理图

相电压为U1，分压电容C2上的电压为UC2，则分压例如公式（1）所示。

CVT 运行时，由二次绕组直接测得电压，根据变比原理得出分压电容C2上的电压UC2及相电压U1，这就是电容式电压互感器的基本工作原理。

2 常规自激法试验原理及缺点

在交流电压的作用下，通过绝缘介质的电流包括功分量和无功分量。有功分量产生一定的能量损耗，即产生介质损耗。而在频率一定的情况下，介质损耗与介质损耗角正切值tanδ成正比。因此需要通过试验测量tanδ来获知设备介质损耗的情况，进而判断绝缘介质的状态，及早发现设备受潮、劣化、漏油等缺陷。

通常采用介质损耗测量仪（简称介损仪）测量tanδ。该类仪器基于传统西林电桥的原理，通过标准侧电阻和被试侧电阻，分别将流过标准电容器和被试品的电流信号进行高速同步采样，经模数（A/D）转换装置测量得到两组信号波形数据，再经计算处理中心分析，分别得出标准侧和被试侧正弦信号的幅值、相位关系，进而计算出被试品的电容量及介损值。

测量tanδ的试验方法通常有正接法、反接法、反接屏蔽法、自激法、末端加压法等。各种方法适用范围不同，如使用正接法时要求被试品两极对地绝缘，使用反接法时要求被试品一极接地。

当被试品存在多个并联支路时，一般测得的tanδ 值会介于各并联分支中的最大值和最小值之间，全部被测绝缘体可以看成是各部分绝缘体的并联。大的绝缘体中存在局部缺陷时，测总体的tanδ不易反映出局部缺陷，而对较小的绝缘体，测tanδ就很容易发现绝缘的局部缺陷。为此，如果试品能分部测试最好分部测试。根据《电力设备检修试验规程：Q/CSG 1206007—2017》，相关试验标准要求见表1[1]。

表1 110kV 电容式电压互感器tanδ 及电容量试验标准要求

由于110kV 电容式电压互感器的总体电容量大，单纯测量总体介损及电容量难以发现其内部的分布性缺陷，因此需要分别测量C1、C2的介损和电容量，上述标准中也已列明。现实中大多数110kV 电容式电压互感器没有中间抽头引出，因此在不解剖设备的前提下C1、C2没有明显的分界点，正接法、反接法等均无法分别测量C1、C2的介损和电容量，只有自激法才能做到。

常规采用自激法测量110kV 电容式电压互感器介损及电容量的情况如图2 所示。

图2 dn 自激法测量CVT 主电容介损tanδ1 及电容量C1（左）、分压电容介损tanδ2 及电容量C2（右）

此时需要CVT 顶部保持不接地，以便接信号线Cx 测量流经主电容C1的电流。介损仪测量主电容的介损tanδ1及电容量C1时，由CVT 的中间变压器二次绕组励磁加压。由于剩余绕组da、dn 绕组额定电压比其他绕组高，因此低压励磁输出回路接互感器二次接线盘中的da、dn（如果阻尼电阻R 不在da、dn 之间，而在其他二次绕组之间，则低压输出回路接阻尼电阻R 所在的绕组，防止加压时形成谐振回路，出现过电压的危险情况）[2]。中间变压器一次侧低压端XL保持接地，分压电容的低压端N 接介损仪高压端，以便测量感应电压。介损仪加压方法选择自激法。由于分压电容低压端N 的绝缘水平较低，出厂时的交流耐压值仅为4kV，交接时交流耐压值按出厂值0.8 倍试验（约为3kV），因此介损仪的试验电压选择不要超过3kV，一般为2kV～3kV[3]。此时C2与电桥标准电容CN（CN=50pF）串联构成标准支路，由于C2的电容量远远大于CN，因此电压主要分布在CN上，可以忽略C2。同时流经C1的电流等于流经C2与CN的电流之和。因此，当电桥达到平衡时，如公式（2）所示。

同步加压过程中，介损仪内部自动转换形式，将已经测量出的主电容介损tanδ1、电容量C1与CN串联，作为标准支路来测量分压电容的介损tanδ2及电容量C2，如公式（3）所示。

该自激法试验的前提是需要CVT 顶部保持不接地的状态，由此带来一定的问题。

对线路CVT，由于线路对侧同时接地，因此无法通过拉开地刀或者拆除地线的方式令CVT 顶部不接地，只能采用人员登高拆除一次接线的方法；对母线CVT，由于只经单把刀闸，一旦拉开仅有的单侧地刀或拆除接地线，就会使CVT顶部产生感应电，人员距离来电侧风险高，因此同样只能采用人员登高拆除一次接线的方法。CVT 本体较大，作业人员登高作业时栓绑安全带有一定难度，很难达到安全带“高挂低用”的使用要求，容易发生高空坠落事故，且需要耗费一定的作业时间。据现场考究，不少220kV 变电站的110kV母线电压互感器刀闸采用GW6 型刀闸，该类刀闸的带电部位（静触头、母线）离正下方110kV 母线电压互感器距离过近，由于拆除PT 顶部引线时人员还需要伸出半截身体高于PT 顶部（伸出的半截身体按0.5m 计算），则带电部位（静触头、母线）离拆线人的头部距离仅为1.5m～2m，甚至更少。根据《中国南方电网有限责任公司电力安全工作规程：Q/CSG 510001—2015》规定，110kV 电压等级作业安全距离为1.5m，而这种拆线情况下人体离带电部位的安全距离难以把控，同时随着感应电等危害，安全风险极大。当采用转停上一级设备（母线）的方法时，虽然安全问题迎刃而解，但需要扩大停电范围，严重影响电网运行方式和居民用电，性价比低，一般不采用。

另外，拆开的热镀锌螺丝和垫片腐蚀严重，一旦热镀锌螺丝拆多了，容易把热镀锌层磨破磨穿，难以恢复及并保证接触良好。加上沿海地方潮湿，热镀锌螺丝容易发生铁锌原电池反应，时间长了，螺丝容易被腐蚀。

3 不拆一次接线自激法试验的设计思路

对普遍没有中间抽头引出的110kV 电容式电压互感器，在常用的介损试验方法中，正接法、反接法、反接屏蔽法等方法均不能成功测量出主电容C1、分压电容C2各自的介损和电容量，只有自激法才能做到，但自激法存在上文所述的缺点，因此考虑在自激法试验的基础上进行改进，使其不拆一次接线就能使用自激法测量出主电容C1、分压电容C2各自的介损和电容量。

为了使电桥平衡以便电路计算，介损仪必须采集到流经C1和C2的电流（即N 端电流）。由于CVT 转检修状态，一次侧高压引线接地，使用自激法时测量线Cx是没有电流通过的，电桥无法从CVT 的A 端直接采集到C1的电流，达不到平衡状态。直接采集行不通，因此需要通过间接方法采集。

该方法的总体思路如下：考虑A 端位于CVT 顶部，在此位置直接加装相关的电流采集单元同样需要登高作业，会有一定的不便之处，因此该文尝试在CVT 与地面的介损仪之间加插一个辅助装置，如图3 所示。

图3 CVT 不拆一次接线加装辅助装置自激法试验原理图

该辅助装置主要由PCB 板、电源模块、电流检测器、CPU控制器、电压控制器、AD 转换器、信号放大器等组成，考虑要避免外界电磁场的影响，电源模块需要带滤波装置。辅助装置主要利用电流采集单元采集XL端电流IXL及N 端电流IC1，适用于自激法采用电流幅值计算电容量、电流相位计算介损值的CVT 介损仪。与常规自激法接线不同的是，中间变压器一次侧低压端XL通过辅助装置后再接地形成回路，最后才接到介损仪的信号线Cx插口处。C2低压端N 通过辅助装置采集到N 端电流IC1，再接入介损仪的高压输出插口处。根据基尔霍夫电流定律可得介损仪低压输出CVT 二次绕组励磁加压时，IXL=IC1+IC2，因此IC1=IXL-IC2，进而得出IC1，辅助装置通过信号线Cx输出IC1至介损仪读取计算。此时的介损仪会在自激法达到电桥平衡时分别自动计算出主电容C1和分压电容C2的介损及电容量，其计算过程与CVT 顶部不接地采用自激法的过程一样。

与传统的拆除CVT 一次接线自激法试验相比，使用该辅助装置试验时，只需要通过CVT 中间变压器一次侧低压端XL 采集一次电流幅值和相位，结合同时采集到的C2电流幅值和相位，再通过交流电流电桥计算出C1电流幅值和相位，进而得出IC1，输送至介损仪进行自激法试验。整个过程接线方便，人员无须登到CVT 顶部进行一次拆线、接线。

4 试验结果对比

对多台110kV 电容式电压互感器进行现场试验结果对比，结果见表2。

表2 现场试验结果对比

可见不拆一次接线加装辅助装置后，采用自激法的试验结果与常规拆除一次接线自激法的区别不大，试验精度得到了有效保证。另外，由于不需要重复拆除、恢复CVT 顶部一次接线，工作时长缩短了将近一倍，工作效率和安全性都得到了提高。

5 结语

高压试验技术发展日新月异，随着时代的进步，在更讲究科学、安全、精确、效率的大环境下，很多传统的试验方法已慢慢不再适用。该文对110kV 电容式电压互感器不拆一次接线自激法试验的研究，有效解决了试验时人员登高拆线带来的风险问题，提高了工作效率，对新试验技术的探索具有积极意义。