GIS電磁式電壓互感器的勵磁特性試驗

趙華鑫，吉亞民，邵新蒼

(江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇南京211002)

GIS配套用電磁式電壓互感器（TV）接于相與地之間，作為電壓、電能測量及繼電保護用，其勵磁特性試驗是保證其良好運行并準確服務于二次保護測量的重要手段。勵磁特性是TV空載運行時空載電壓和空載電流的關系。用勵磁特性來驗證TV鐵心的設計計算、工藝制造是否滿足標準和技術條件的要求，同時檢驗鐵心制造是否存在缺陷，如局部過熱、局部絕緣不良等。根據TV感應耐壓試驗前后兩次空載試驗測得的空載損耗比較，判斷繞組是否有匝間短路情況等。TV勵磁特性是由空載試驗確定的，從二次繞組施加波形是正弦波、額定頻率的不同基準電壓、一次繞組開路，從而得出不同基準電壓下的勵磁電流所形成的V—A曲線。

1特征分析試驗及數據采樣

某220 kV變電站110 kV線路A相TV是GIS中的一個組成元件，型號為SVTR-10C。現場按照圖1所示進行試驗接線，測量點依據規程要求選取。試驗過程中發現當試驗電壓從0 V升至1.0倍額定電壓的過程中，勵磁特性曲線呈上升趨勢，從1.0倍額定電壓升至1.2倍額定電壓的過程中，勵磁特性曲線呈下降趨勢，在勵磁電壓繼續升高至1.5倍額定電壓的過程中，勵磁特性曲線重新呈上升趨勢。

圖1 TV勵磁特性測量接線圖

在1.0倍額定電壓至1.5倍額定電壓之間多點采樣，共取了10個測量點重新進行測試，V－A曲線與生產廠家所提供TV空載勵磁特性曲線基本一致，廠家所提供TV空載勵磁特性曲線如圖2所示。

圖2生產廠家提供的TV勵磁特性曲線圖

對相同的另外6只TV進行勵磁特性試驗，經橫向比較，現象極為相似且均與出廠試驗報告基本一致。對照規程要求，可判斷該批TV勵磁特性試驗是合格的。

2特征分析

由于TV鐵心使用的是一種鐵磁材料性質的電工剛帶，其空載電流主要由電工剛帶的B—H曲線決定，分析空載電流時，可以略去磁滯回線的面積，得到電工剛帶的B—H曲線，如圖3所示。

圖3 B—H磁化曲線

由于電工剛帶的B—H曲線是非線性的，因此在正弦勵磁下，單相TV的空載電流也是非線性的，如圖4所示[1]。

圖4通常情況下的勵磁特性曲線

圖2與通常情況下的勵磁特性曲線圖4不相符合。針對此異常現象進行分析，TV在空載情況下，空載電流主要包括阻性電流和激磁電流兩部分，即阻性電流Ir、激磁電流Im。激磁電流Im在鐵心中產生磁通，而氣體絕緣TV高壓端還存在對地電容C，因此空載電流中還包含一個電容電流Ic[2]。現場測試時的等值電路如圖5所示。

圖5 TV勵磁特性測量等值電路圖

從TV勵磁特性測量等值電路圖可以看出是Io＝Ir+Im+Ic。線圈電阻和鐵心損耗隨著電壓的上升而上升，這些有功損耗對于1.0倍額定電壓升至1.2倍額定電壓的過程中的曲線拐彎回折的特殊情況沒有影響。為了分析方便，可先忽略線圈電阻和鐵心損耗以及高次諧波的影響，僅考慮被試TV電容與電感的影響。即認為電路電流I＝IL+Ic，圖5等值電路圖可以簡化成電感L和電容C的并聯電路圖，如圖6所示。

圖6簡化后等值電路圖

由于隨著電壓的升高，鐵心磁導率逐漸下降，所以TV的電感具有非線性特性，其電感值隨電壓升高逐漸下降，而整個實驗過程中電容C的大小不會發生變化。TV伏安特性試驗時鐵心線圈電感的電壓電流曲線和電容電流的電壓電流曲線如圖7所示。流過電容的電流超前電壓π/2，流過鐵心線圈的電流滯后電壓π/2，因為電容電流與電感電流的相位相反，所以總電流為二者之差，由曲線 UL（I）減去 Uc（I）直線即得出整個電路的伏安特性曲線U（I）。

隨著試驗電壓的逐步上升，在起始階段Ic＞IL，電流超前于電源電壓U，電路呈容性，電壓大于Ud點Ic＜IL，電流滯后于電壓U，電路呈感性。

在隨試驗電壓上升電路由容性向感性變化過程中，試驗中測得的功率因數也應該有一個先上升后下降的過程。

圖7勵磁曲線圖（忽略線圈電阻和鐵心損耗）

3實例

以新竹變110 kVⅡ母壓變數據為例，根據現場試驗數據的計算，也證明了以上的猜想。具體數據如表1所示。

表1 TV空載功率因數

圖8勵磁曲線圖（包括線圈電阻和鐵心損耗）

如果考慮線圈電阻和鐵心損耗的影響，由于線圈電阻與鐵心的損耗隨電壓上升而逐漸增大，即有功電流會隨電壓上升而增大。將有功電流與無功電流相疊加后，勵磁曲線電流的異常突變相對于圖7就變得較為平滑，以B相1a1n的曲線為例，如圖8所示。故圖2所示的TV勵磁特性曲線異常拐彎現象可以得到滿意解釋，屬于正常現象。WDPF的DCS與DEH一體化升級改造，完整地轉換了原系統的控制與保護邏輯，實現了與原系統完全一致的聯鎖保護和順序控制，改造后機組于2012年6月底正式并網運行，控制系統運行平穩，AGC等控制性能大有提高。實踐表明，改造方案完全可行，提高了全廠自動化水平，達到機組的安全、穩定運行要求。本項目成功案例，對現役控制系統改造有較強的借鑒意義。

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