220 kV GIS電磁式電壓互感器現場變頻感應耐壓試驗

蘇陳云，戴智榮

(湖南省送變電建設公司調試所，長沙 410000)

220 kV電磁式電壓互感器(PT)一般是分級絕緣電壓互感器，感應耐壓試驗的目的是考核PT對工頻過電壓、暫時過電壓、操作過電壓的承受能力，檢測外絕緣和層間及匝間絕緣狀況，檢測PT電磁線圈質量不良(如漆皮脫落、繞線時打結)等縱絕緣缺陷[1-2]。在進行PT二次繞組加壓感應耐壓試驗時，現場通常會碰到二次繞組電流過大的問題，需要改進試驗方法，降低二次繞組電流。對此，本文在試驗現場采用交流變頻技術，對電磁式PT進行變頻感應耐壓試驗，較好地解決了現場實際問題。

1 電磁式PT勵磁特性

在PT二次側繞組中進行勵磁特性試驗(即空載試驗)，測量電壓為額定電壓的20%、50%、80%、100%和120%，記錄相應的電流值，對于中性點直接接地的電壓互感器(N端接地)，220 kV GIS電磁式PT最高測量電壓為額定電壓的150%，測量出對應的勵磁電流，鐵心不飽和則產品合格[3-4]。電磁式PT進行感應耐壓前后均應進行一次勵磁特性試驗，可有效檢測出繞組是否有過熱、匝間短路等不良現象，使缺陷提前暴露，以免造成設備運行事故。

2 電磁式PT變頻感應耐壓試驗頻率選擇

根據PT勵磁特性，若在額定頻率下對互感器進行感應耐壓試驗，則在升高電壓時，鐵芯中磁通將會嚴重飽和，此時即使磁通變化量很小，也會導致勵磁電流增大到不能允許的程度。而在繞組匝數及磁通幅值一定的情況下，增加電源頻率可以達到增加電壓的目的。在進行電磁式PT變頻感應耐壓試驗時，試驗電源的頻率應不低于導致鐵芯中磁通飽和的頻率。在中國，220 kV及以上系統都是中性點有效接地系統，進行電磁式PT勵磁特性試驗時，要求在1.5倍額定電壓下，其鐵心不會飽和。現場對220 kV電磁式PT進行變頻感應耐壓，試驗電壓為出廠試驗電壓值的80%(368 kV)時，鐵芯飽和的理論計算頻率值為

式中:Us為電壓互感器交流耐壓試驗電壓，Un為電壓互感器相電壓，K為額定電壓因數，fn為額定頻率，fb為理論計算飽和頻率。

由此可見，現場感應耐壓試驗頻率應嚴格參照電磁式PT勵磁特性。采用變頻電源時，考慮一定的頻率裕度，試驗頻率宜大于100 Hz，且經電磁式PT廠家確認不會引起鐵芯飽和。

3 GIS電磁式PT變頻感應耐壓試驗

為了防止電磁式PT鐵芯飽和，現場采用交流變頻技術，從二次側對PT進行變頻感應耐壓試驗，通過互感器變比計算出一次側電壓值，并且要求試驗電壓值滿足規程規定，試驗時電磁式PT二次繞組電流一般在30～40 A(廠家提供)。

3．1 二次側電流過大的原因

空載情況下電磁式PT等效圖如圖1所示。由于電磁式電壓互感器一次側存在一個雜散電容Cx，在PT二次側加壓時，該雜散電容相當于容性負載，電壓越高，容性電流Ic越大，且Ic＞IL。GIS結構的特殊性使該雜散電容在GIS中的值相對比較大，現場進行感應耐壓試驗時，通常會遇到二次側電流過大，而一次側電壓達不到規程要求的問題，因此現場試驗必須改變接線方式，降低二次側電流。

圖1 電磁式電壓互感器等效圖

3．2 二次側變頻感應耐壓試驗

由于GIS結構的原因，不可能在電壓互感器一次側接入一個電抗或電感對雜散電容進行補償從而降低二次側電流。根據現場實際狀況，提出在所有二次繞組都并聯一個相同電抗值的電抗，并且采用交流變頻技術，找到一個合適的諧振頻率(不一定是150 Hz)，頻率宜在100 Hz以上，上限不超過300 Hz，以免PT鐵芯過熱，變頻感應耐壓試驗接線如圖2所示。從二次側讀取電壓折算到一次側時，必須考慮“容升”效應，220 kV電壓等級容升系數為8%[5]，即當二次側dadn繞組電壓加到268.3 V時，折算到一次側繞組電壓約為368 kV。

圖2 電磁式電壓互感器變頻感應耐壓試驗

現場進行變頻感應耐壓時應注意:1)需監視所有二次繞組的電流，并且同時監視dadn、3a3n繞組的電壓;2)只能通過二次側電壓折算到一次側進行電壓監視，若在一次側直接測量電壓會增加PT雜散電容，從而導致二次電流增大;3)采用電抗器進行補償時，補償后被試品必須呈容性(欠補償)，以免發生諧振;4)被試PT一次繞組、座駕、箱殼、鐵芯均應接地;5)上限頻率不應超過300 Hz，以免PT鐵芯過熱;6)PT二次非加壓繞組尾端接地，防止懸浮過壓。

4 現場實例

以某GIS變電站220 kV電磁式電壓互感器交流耐壓實驗為例說明。PT型號JDQX2-252，該PT二次有4個繞組，計量1a1n、測量2a2n、保護繞組3a3n，額定電壓均為，輔助繞組額定電壓為100 V，二次繞組最大允許電流為40 A。

實驗從二次側輔助繞組dadn加壓，并不對二次繞組進行補償，當二次側輸入電壓達到104 V(折算到一次側電壓約為142.6 kV)時，此時輸入電流已經達到40 A，若輸入電壓再增加，輸入電流將大于二次側最大允許電流，無法完成試驗。對此，在現場對每個繞組并入了2個15 mH的電抗器(每個電抗器額定電流為20 A)，較好地補償了容性電流，保證了低壓二次側電流不超過廠家要求值，成功完成了PT的感應耐壓試驗。兩種感應耐壓試驗用補償電抗相同，只是試驗頻率不同。變頻感應耐壓與三倍頻感應耐壓試驗數據如表1所示。表1中變頻電源輸出電流為dadn與補償電抗并聯后的總電流。

表1 變頻感應耐壓與三倍頻感應耐壓試驗數據

比較表1中數據可知:采用變頻感應耐壓能成功完成220 kV GIS電磁式PT感應耐壓試驗，而采用三倍頻感應耐壓時，由于電抗器補償不夠，導致二次側電壓達到220 V后電壓無法繼續升高(此時耐壓裝置輸出電流為32 A)，未能完成試驗，即在三倍頻感應耐壓試驗時，電抗器匹配比較復雜;裝置輸出電流明顯高于變頻感應耐壓時變頻電源輸出電流，非加壓繞組電流相差不大，而且，在電抗器補償相同的情況下，PT二次繞組容易超過最大允許電流值。

5 結論

1)現場對GIS電磁式PT進行感應耐壓試驗時，為了防止鐵芯飽和，必須注意試驗頻率的選擇，試驗頻率應高于式(1)中理論計算值，PT廠家應確認試驗頻率下鐵芯不會出現飽和。

2)采用交流變頻技術，從PT二次加壓對一次進行感應耐壓試驗時，由于PT存在雜散電容，導致二次側電流較大，可以通過在二次繞組中并入小電抗來補償電容電流。進行感應耐壓時，必須考慮一定的“容升”效應，220 kV電壓等級容升系數為8%。另外，可以采用二次側變頻感應耐壓代替傳統三倍頻感應耐壓，補償電抗器選擇更為靈活，為現場試驗提供了方便。

3)電磁式PT進行交流耐壓前后均應進行一次勵磁特性試驗，不僅要比較耐壓前后的勵磁特性，還應與同批次的PT勵磁特性試驗結果進行綜合比較，作為判斷是否合格的依據。

[1]董國震.分級絕緣電壓互感器倍頻感應耐壓試驗的分析[J].高壓電器，2007，43(3):235-236.

[2]國家電網公司人力資源部.電氣試驗[M].北京:中國電力出版社，2010:261-264.

[3]中華人民共和國能源部.GB50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準[S].北京:中國計劃出版社，2006.

[4]中國國家標準化管理委員會.GB1207-2006電磁式電壓互感器[S].北京:中國標準出版社，2006.

[5]趙玉富，陳卓婭等.GIS中電壓互感器的現場檢定[J].電測與儀表，2007，500(44):34-36.