電磁式電壓互感器空載勵磁電流異常的原因分析

吳尊東，朱 旭，王曉明

（金華電業局，浙江 金華 321000）

為了提高電磁式電壓互感器(以下簡稱TV)測量的準確度和抗鐵磁諧振性能，TV在工作電壓范圍內的勵磁曲線需保持良好的線性[1-3]。在現場交接試驗時需對TV的空載勵磁電流進行測量，測量點至少包括額定電壓的0.2，0.5，0.8，1.0，1.2倍及相應于額定電壓因數下的電壓值，測出各測量點對應的勵磁電流，并提供勵磁特性曲線，為繼電保護提供數據。勵磁電流的測量結果與型式試驗對應的結果差異不應大于30%，同一批生產的同型電壓互感器，其勵磁特性的差異不應大于30%。

1 TV勵磁特性的測量

圖1為TV勵磁特性測量接線圖。試驗時應將TV一次繞組的末端出線端子可靠接地，其它繞組開路，在TV二次繞組上測量損耗值和勵磁電流值，試驗電源的頻率應為50 Hz，電源波形應為正弦波。

圖1 TV勵磁特性測量接線圖

當用平均值電壓表和方均根值電壓表同時測量時，如果測取的電壓值相同或差異不大于2%，則測量的損耗值不需校正，應以平均值電壓表讀數為準。當平均值電壓表讀數顯示為規定的試驗電壓時，分別從電流表和功率表上讀取勵磁電流值和損耗值。如果從平均值電壓表和方均根值電壓表同時讀取的電壓數值差異超過2%時，則必須校正。校正電壓波形的方法有兩種：

一種是以平均值電壓表為準，施加電壓到規定值，讀取電流值和損耗值。然后以方均根值電壓表為準，施加電壓到規定值，讀取電流值。最后取兩次實測電流值的平均值作為校正后的電流值，以平均值電壓表為準，讀取的損耗值就是校正后的損耗值。

另一種校正方法是讀取平均值電壓表及方均根值電壓表上數值，通過計算來取校準后的損耗值。計算公式如下（對于使用冷軋硅鋼片的鐵芯）：

式中：Pm為平均值電壓表讀取的損耗值；U′為以平均值電壓表讀數為準，從方均根值電壓表上讀取的電壓值；Un為額定電壓方均根值。

以上兩種校正方法中，第一種校正比較方便，因此比較常用。

測量點一般選取額定電壓的0.2，0.5，0.8，1.0，1.2倍，根據各電壓下的電流繪制出TV的勵磁曲線，TV在各電壓下均應保持著良好的線性。

2 110 kV線路TV空載勵磁曲線的測量

110 kV國貿變大國1505線路A相TV是GIS中的一個元件，型號JSQX1-110，由蘇州東光技優電氣有限公司生產。測量點選取了額定電壓的 0.2，0.5，0.8，1.0，1.2，1.5倍，測試數據見表1。圖2是TV空載勵磁特性曲線。

從現場測試的空載勵磁特性曲線可以看出，在一次電壓低于額定電壓時，勵磁電流隨施加電壓的升高而增大，屬正常現象；但當一次電壓高于額定電壓時，勵磁電流隨電壓的升高反而減小，與通常的測試結果不相符，TV的空載勵磁電流出現了異常。

表1 TV勵磁特性測試數據

圖2 大國1505線路A相TV勵磁特性曲線

3 TV空載勵磁電流異常的原因分析

線路TV空載勵磁電流發現異常后，即與出廠試驗數據進行了比較，且對影響線路TV空載勵磁電流的各個因素進行了認真的排查和分析。發現現場測試與出廠測試時TV的連接狀態不一樣，即出廠測試時是單個進行，而現場測試時，TV已經安裝在GIS中，且已與隔離開關連接。雖然試驗時隔離開關已經拉開，但在一次試驗電壓達到一定值后，不能忽視高壓端與GIS外殼及隔離開關斷口間的電容影響。結合TV的出廠數據對現場測量的空載勵磁電流數據進行計算分析如下。

TV在空載的情況下，勵磁電流主要包括阻性電流和激磁電流兩部分[4-5]。TV空載時，鐵芯存在渦流損耗和磁滯損耗，因而存在阻性電流Ir。激磁電流Im在鐵芯中產生磁通，因TV高壓端存在對地電容C0，因此勵磁電流中還將包含一個電容電流Ic[6]。現場測試時的等值線路如圖3所示。

圖3 TV勵磁特性測量等值線路

大國1505線路A相TV空載勵磁電流的出廠數據見表2，以額定電壓測量點為例進行分析計算：

當TV一次電壓達到額定值時，二次電壓U=57.7 V，功率損耗P=28 W，勵磁電流I0=2.3 A，對地電容C0=125 pF。

因出廠時高壓側的對地電容為125 pF，因此可得：

同理可以算出0.2，0.5，0.8，1.2，1.5倍額定電壓下的阻性電流Ir，激磁電流Im和電容電流Ic，計算結果見表2，三者的勵磁曲線如圖4所示。

圖4 不同試驗電壓下的勵磁電流

從出廠的勵磁特性曲線可以看出，阻性電流Ir，激磁電流Im和電容電流Ic均隨著施加電壓的升高而增大，三者合成的勵磁電流I0在施加電壓低于額定電壓時，隨電壓的升高而增大。但施加電壓在Un～1.2Un范圍內時，激磁電流Im增長較快，與電容電流Ic增長值基本相等，使勵磁電流I0保持基本不變。當電壓高于1.2Un后，激磁電流Im增長變緩，小于電容電流Ic增長值，結果勵磁電流又隨著電壓的升高而增大，整個過程中沒有出現隨施加電壓的增大，勵磁電流反而減小的情況。

大國1505線路A相TV空載勵磁電流現場測試數據見表3，同樣以額定電壓測量點為例進行分析計算：

當TV一次電壓達到額定值時，二次電壓U=57.7 V，因為對地電容的增大主要影響的是無功功率，有功功率不變P=28 W，勵磁電流I0=2.7 A，對地電容C0發生了變化。

根據出廠數據，此時激磁電流Im=0.50 A，因此可得：

同理可以算出0.2，0.5，0.8，1.2，1.5倍額定電壓下的阻性電流Ir，激磁電流Im和電容電流Ic，計算結果見表3，三者的勵磁曲線如圖5所示。

圖5 線路TV現場測試的勵磁特性曲線

表2 出廠TV空載勵磁電流出廠測試數據

表3 線路TV現場空載勵磁電流測試數據

從上面的計算分析可以看出，現場測試時，阻性電流Ir，激磁電流Im和電容電流Ic也均隨著施加電壓的升高而增大，三者合成的勵磁電流I0在施加電壓低于額定電壓時，隨電壓的升高而增大，與出廠時相一致。但當施加電壓高于Un時，激磁電流Im急劇增大，超過了電容電流Ic的增長值，抵消了容性電流Ic，造成勵磁電流I0隨電壓的升高反而減小。出現這一情況的主要原因是由于線路TV已安裝到GIS中，且在TV的高壓側安裝有隔離開關，使高壓端的對地電容比出廠時大了19 pF造成的。

4 結語

（1）在進行GIS TV空載勵磁電流測量時，由于TV的一次電壓高，且高壓端與GIS外殼很近，對地電容C0變大，將對勵磁電流產生較大的影響。

（2）單相電壓TV的鐵芯是短柵鐵芯，與三相電壓TV相比飽和得快，當電壓上升時，單相電壓TV的激磁電流就容易變大。

（3）進行GIS電磁式TV空載勵磁電流測量時，勵磁電流中的容性電流原本就大，當電壓上升時，激磁電流增大，抵消了容性電流，因此出現了電壓升高，勵磁電流減小的情況。

[1]朱岸明，吳經鋒，于國夫，等.互感器勵磁特性線性度對鐵磁諧振的影響分析[J].電網與清潔能源，2008（5）:20-22.

[2]趙曉明，余志慧.500 kV主變35 kV側鐵磁諧振實例及其數值仿真分析[J].浙江電力，2008（3）:25-27.

[3]雷 娟，郭 潔，高 媛，等.鐵磁諧振仿真模型的探討.電瓷避雷器[J].2007（4）:33-37.

[4]董國震.電磁式電壓互感器引起的諧波諧振研究[J].變壓器 .2008（9）:36-40.

[5]石啟新，談順濤.基于MATLAB的PT鐵磁諧振數字仿真研究[J].浙江電力，2004（4）:6-9.

[6]徐 銘，徐 旭.電磁式電壓互感器鐵磁諧振的發生及預防[J].甘肅科技，2008（5）:50-52.