電容式電壓互感器介損異常現象原因分析及解決措施

摘 要：造成電容式電壓互感器介損異常現象的原因可能是單一的，也可能是復合的。介損異常將不能正確對電力設備絕緣狀況進行評估。文章試圖從電橋原理、電磁單元的影響、泄露電流以及電磁干擾等多方面嘗試對這一問題進行分析，并給出具體的介損異常現場排查措施。

關鍵詞：電容式電壓互感器；介損異常；排查措施

中圖分類號：TM451 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）15-0021-02

隨著電網的不斷發展，電容式電壓互感器（CVT）取代電磁式電壓互感器（VT）的趨勢越來越明顯。CVT大規模使用的前提是其絕緣能夠得到良好的監察。廣東電網公司《電力設備預防性試驗規程》對CVT分壓電容的電容值和介損值做了嚴格的規定。如果CVT的電容值或者介損值發生明顯變化，將有可能引發嚴重的爆炸事故。我局試驗人員在長期的工作中發現容性設備的介損異常現象時有發生。本文對這一現象進行研究，從高壓電氣試驗人員的角度，結合具體實際，找到行之有效的現場排查手段，使試驗過程順利進行，以期達到正確評估設備的目的。

1 傳統西林電橋和數字電橋的分析

1.1 西林電橋和數字電橋

西林電橋和數字電橋原理如圖1所示，無論是傳統的西林電橋還是先進的數字電橋，其核心思想都是為了使電路達到平衡。在平衡電路的狀態下，傳統西林吊橋可以很容易的通過R3、R4、Cn可以計算CX。從本質上來說，數字電橋的原理仍然是基于最傳統的橋式電路，所不同之處在于傳統的平衡檢流計被智能的計算模塊所代替，在先進的數字電橋中，A/D采樣技術被廣泛應用，計算機直接計算和比較經過A/D采樣后的電壓值，對標準電流和試品電流進行矢量運算，幅值用于計算電容量，角差用于計算。

1.2 介損異常的可能原因

通過上述電橋分析和電容特性可知，電容的電流超前電壓90？觷，所以流經試品ZX的電流IX一定滯后于流經標準電容Cn的電流Icn，若有一外界干擾打破了這種干擾，使得IX超前于Icn，則所測得的介損就為負值。在實際的測量中，這種外界干擾有以下幾種：中間電磁單元的影響、試品表面臟污引起的泄露電流、電磁干擾等。

2 中間電磁單元的影響

另一個不可忽視的因素是電容式電壓互感器中間電磁單元的影響。由于電容式電壓互感器需要向二次提供電壓，所以其主回路一般設計成電容分壓器的形式，通過其中壓電容抽取電壓，再通過電磁單元在二次繞組上產生可供電壓表直接測量的二次電壓。當我們進行整體電容和介損測量時，如果沒有好的屏蔽措施來屏蔽掉電磁單元對地回路向主測量回路的“反向”影響，則對測量結果會產生很大影響，甚至有可能使介損呈現負值。

圖2顯示了電磁單元電流影響的象限分析，由圖可知：Ig在1象限區域和4象限區域時，電磁單元呈現的狀態將有可能截然不同，前者呈現容性而后者呈現感性。當電磁單元呈現感性狀態時，現場測的的介損值誤差較大。這是因為：Ig的相位滯后Ic2，？啄'<？啄，？啄'<？啄\"，即tan？啄\"<0，電磁單元的介損值為負值。

3 試品表面臟污引起的泄露電流影響

試品表面臟污引起的泄露電流影響如圖3所示。

圖3中R1、R2、R3表示套管表面的等值分布電阻，C'1、C'2、C'3為對應的分布電容。當表面泄漏很大時候，R1、R2、R3對于套管表面的電壓分布起到主導作用。而套管表面由于電導改變，會強制改變C1、C2、C3、C'1的電位，造成一種不均衡的電位差狀態。這種電位差會直接導致干擾電流流過。分析其簡化圖3（b）和向量圖圖3（C）可知，流過C11的電流I11=I'11-I\"11。由圖3（C）可知，當[I'11]>[I\"11]，則有偏小的測量誤差；而當[I'11]<[I\"11]，則有偏大的測量誤差。

4 電磁干擾對于介損測量的影響

4.1 電磁干擾的影響分析

由于現代電網的復雜性和一定的供電保障問題，很難會在電氣設備的預防性試驗時，停下待試設備周圍所有設備。這樣一來，周邊電場的電磁干擾變成一個無法回避的問題。如圖4所示：U'通過等效雜散電容C'產生I1對R3產生影響，電橋的平衡條件必然發生變化。為了重新達到平衡，必須調整相關電氣參數，如：R3和C4的值。這種調整會使實際測量所得的tan？啄1和C'x1與真實值產生很大偏差，特殊情況下有時會令tan？啄1出現負值。傳統的電磁干擾屏蔽方法一般有 “移相法”和“倒相法”等，但是這兩種屏蔽方法操作復雜，且抗干擾能力不強，而且往往受天氣、運行工況等各方面影響，很難得到準確的測量結果。

4.2 AI6000系列的異頻測量

異頻測量法為目前較為先進的電磁抗干擾方法。我局采用的AI6000系列異頻自動抗干擾精密介質損耗測量儀就是基于此種原理設計。其工作原理為：儀器在45 Hz和55 Hz時進行測量，試驗電流自動輸出并自動切換兩成，通過傅立葉變換濾掉非信號頻率的干擾成分，然后通過計算模塊對標準電流和所測電流進行矢量運算，幅值用于計算電容量，角差用于計算tan？啄。

4.3 異頻介損與工頻介損的差異

需要說明的是，異頻測量與工頻測量之間存在一定的差異。但是由于近工頻中心頻率兩側介損與頻率的關系總是變化的，除非在此區域有多個元器件的諧振點，所以這種對稱的雙異頻測量，這種差異對于測量結果的影響被降低到一個完全可以忽視的地步。實際上，在工頻附近，介損因數隨頻率增大而增加很少，再加上雙異頻測量會將測量結果平均分析，使得誤差大大減小，結果十分可信。

5 結 語

高壓設備介損異常反映了設備的局部絕緣出問題，因此介質損耗的大小是衡量介質電性能的一項重要指標。介損異常可以反映整體受潮、絕緣劣化變質以及小體積被試品的貫通和未貫通性的局部絕緣缺陷。產生介損負值的因素很多，有可能是眾多因素疊加而成。如果現場測量出現負值，我們最少應該從以下幾個方面進行排查：是否接線錯誤，接地無效；是否有電磁單元的干擾，以及是否采用了雙異頻測量；表面臟污和空氣過于潮濕；是否有強烈的電場干擾。

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