“末屏法”對串級式電壓互感器的介損試驗

廉志 顧明哲

摘 要：文章描述了串級式電壓互感器的作用、結構，比較了幾種對串級式電壓互感器介損測量的試驗方法；測量時應注意的問題及誤差分析，認為“末屏法”對判斷串級式電壓互感器的受潮最直接有效。

關鍵詞：末屏法；串級式電壓互感器；介損

引言

電壓互感器實際上是一種降壓變壓器，它的一次繞組并接在高壓交流線路上，且一次電壓和高壓交流線路電壓相同，利用電壓互感器將系統高壓交流電壓轉變成一定數值的二次側較低電壓，以提供給電壓表指示、電能計量、繼電保護器使用的重要設備。JCC型串級式電壓互感器普遍用于中性點接地系統的變電所中。它的結構屬于分級絕緣，高壓繞組首末端對地電位和絕緣等級不同，不能進行工頻交流耐壓試驗；加上磁路飽和，也不能進行1.3倍額定電壓以上的工頻感應耐壓試驗。只進行倍頻感應耐壓試驗，能很好考核電壓互感器的主絕緣和縱絕緣，有效地檢測出匝間、層間短路和其它缺陷，但只在交接和大修中進行此項試驗。由于制造工藝和其它原因，電力系統中串級式電壓互感器的絕緣事故頻發，嚴重的絕緣事故往往使電壓互感器爆炸起火，一方面引起電力系統瓦解和大面積停電；另一方面電壓互感器炸碎的瓷塊會使附近高壓電氣設備瓷絕緣被損壞。為了在運行中檢測出串級式電壓互感器的受潮和支架不良等缺陷，測量串級式電壓互感器介質損耗是十分必要的。由于這種互感器的自身結構特點，運行中串級式電壓互感器發生事故大部分是絕緣支架不良引起的，直接沿用傳統的測量方法有不少缺點，采用末端屏蔽法（簡稱末屏法）對串級式電壓互感器的介損試驗，易于檢測進水受潮等缺陷，對防止互感器爆炸事故有良好的預防效果。

1 串級式電壓互感器結構簡介

一、二次繞組間主絕緣為一層0.5mm厚的絕緣紙板，一次繞組均勻分部在若干鐵芯柱上（220kV為兩個鐵芯，四個磁柱；63kV-110kV為一個鐵芯，兩個磁柱），依次串聯，一次繞組首端“A”接高壓，一次繞組的最外層線匝連接有一個靜電屏，該屏引出電壓互感器之外作為“N”端子，是一次繞組的末端，正常運行中直接接地。以220kV電壓互感器為例，對四級串聯而言，第一級一次繞組的末端與上鐵芯聯結，故上鐵芯對地電位為額定電壓的3/4。第三級一次繞組的末端與下鐵芯相聯結，故下鐵芯對地電位為額定電壓的1/4。在同一鐵芯兩柱間繞有平衡繞組，平衡繞組緊靠鐵芯布置，與鐵芯等電位聯結，相鄰兩鐵芯繞有連耦繞組，連耦繞組布置在第二級與第三級一次繞組的外面，二次、三次繞組僅一段與電位最低的一段一次繞組繞在同一芯柱上，三次繞組布置在二次繞組的外面，靜電屏之外稱為二次和三次繞組，它們的引出端子分別為“a.x；ad.xd”。由于鐵芯具有電位，鐵芯之間及鐵芯對地之間均要絕緣，故鐵芯安裝在絕緣支架上，由于支架其材質（層壓絕緣紙板或布板，環氧樹脂板等）不良，有潮氣或分層開裂，內部有空穴或溝槽，使其內部在運行電壓或過電壓作用下發生局部放電，進而形成整個絕緣支架的閃絡，極易造成絕緣事故。測量串級式電壓互感器絕緣介損，對發現其進水受潮是一個比較有效的手段。整個器身以絕緣支架支撐固定在底座上，器身外套有瓷套，在瓷套內充以絕緣油。

2 串級式電壓互感器的介損測量方法

2.1 常規試驗法

采用變壓器測介損的方法，一次繞組“AN”短接加高壓，二三次繞組短路接地，用西林電橋“反接線”進行，考慮一次繞組末端的絕緣水平，試驗電壓只能加2kV-3kV。測量一次繞組對所有接地部位的介損，包括一次靜電屏對二三次繞組間；二三次繞組端部；支架以及一次繞組對大地的雜散電容等三部分。由于一次靜電屏對二三次繞組的電容量達1000PF，比其它部位的電容量大數十倍，只反映一次靜電屏對二三次繞組的絕緣狀況，這個絕緣部位雖然能一定程度地反映互感器的受潮情況，但它在運行中僅有幾十伏電壓。

常規法不能直接測量承受高電壓部位的介損，端子板及小套管的潮濕及贓污使測量的誤差影響很大；由于試驗電壓較低，西林電橋的靈敏度差，加大測量誤差；支架的電容量相對于常規試驗法的電容量的百分之一，難以反映設備絕緣的真實狀況。

同一臺電壓互感器使用兩種接線方式測量試驗數據的比較，見表1。

表1

2.2 自激磁法

自激磁法測量串級式電壓互感器的介損時，不需要外加試驗電源，只要在被試電壓互感器低壓繞組通入較低的電壓，利用電壓互感器自身的電磁感應原理，在一次繞組上產生一個較高的試驗電壓。一次繞組的電壓分布與運行中情況相似，高壓端承受全部試驗電壓。一次繞組末端X接西林電橋的“E”，電橋“側接線”測量，N對地的損耗處于屏蔽狀態，一次繞組對二、三次繞組端絕緣和支架等承受高電壓部位都處于測量狀態。這是“自激磁”的優點，但同時一次繞組對大地的雜散電容也被測入，加大了誤差。

自激磁法的缺點較多，二次繞組勵磁電源產生干擾電流，流過電橋R3電阻造成測量誤差；低壓勵磁，互感器的平衡及連藕繞組中有電流，逐級勵磁，引起各段一次繞組電壓的相位偏移；由于被試品電容量較常規法測量時小的多，易受空間電場干擾，測得數據分散性大，造成誤差加大。

2.3 末端加壓法

試驗時電壓互感器一次繞組的首端A接地，而一次繞組的末端N加電壓（試驗電壓只能加2kV-3kV），二三次繞組開路，末端“x；xd”一起接入西林電橋，“正接線”測量。該方法與“常規法”類似，主要反映一次靜電屏對二三次繞組的絕緣狀況，不能直接發現承受高電壓部位的缺陷。

末端加壓法測量的并不是繞組端部絕緣，而主要是繞組間內部絕緣。同時，二次小端子板并聯在試品上，對測量造成誤差。

2.4 末端屏蔽法

試驗時電壓互感器一次繞組的首端A加高壓，而一次繞組的末端N接西林電橋屏蔽（正接線時電橋E端接地），二三次繞組開路，末端“x；xd”一起接入西林電橋，“正接線”測量。由互感器結構可知，其內部有平衡繞組和連藕繞組，且二、三次繞組負荷較小，此時一次繞組電壓分布基本均勻。JCC-220互感器下鐵芯的對地電位為額定電壓的1/4，JCC-110互感器下鐵芯的對地電位為額定電壓的1/2。測量的僅是繞組間的絕緣，一次繞組和鐵芯對地部分電容都被屏蔽，互感器的二、三次繞組僅在下鐵芯柱上與一次繞組緊密耦合，因此測量的主要是下鐵芯對二、三次繞組端部絕緣。支架的電容量很小（10-25PF），該方法能排除由于N端小套管或二次端子板受潮、裂紋、臟污所產生的測量誤差，從而真實地反映互感器內部絕緣狀態。

3 測量時注意的問題及誤差分析

3.1 現場常規法試驗時，介損大于規定值，既可能是電壓互感器內部缺陷如進水受潮等，也可能是由于外瓷套表面臟污或二次端子板及天氣潮濕表面臟污的影響；介損小于規定值，一般認為繞組間絕緣良好，此時測的介損還包括與其并聯的絕緣支架的介損值，由于支架電容量僅占測量時總電容量的百分之一，不能反映支架的絕緣狀況，即使整體合格也不能說明支架良好。

3.2 現場自激法試驗時，電橋標準支路的電壓由電壓互感器二次繞組供給，為提高測量的靈敏度，標準電容器上電壓應由電壓較高的繞組供給；采用“側接線”測量時，除有外電場干擾電流外，還有電源間干擾電流，最好使用雙屏蔽電纜作為試驗引線。

3.3 現場末端加壓法試驗時，介損偏大時，要排除二次端子板潮濕和臟污的影響；由于該型電壓互感器的主要缺陷是進水受潮，而受潮比較嚴重的部位是繞組的端部，末端加壓法測量的主要是繞組間內部絕緣，不能有效監測其端部絕緣。

3.3.1 現場末端屏蔽法試驗時主要測量電壓互感器介損，為下鐵芯對二、三次繞組的絕緣，由于電容量較小，需在西林電橋R4臂上并聯電阻，當R4臂上并聯電阻后，電橋第四臂的阻值由R4變小為R4/N，介損除以N以后才為被試電壓互感器的實際介損值。

3.3.2 電壓互感器進水受潮后，水分沉積在底部，下鐵芯及端部繞組受潮嚴重，末端屏蔽法較常規法測量的介損值要大，末端屏蔽法測量的是下鐵芯對二、三次繞組的端部介損。若電壓互感器受潮時間較長或水分侵入繞組中，常規法才能發現。末端屏蔽法測量絕緣支架未直接測到，有需要時，可以對電壓互感器墊絕緣板（對地絕緣電阻大于1000 MΩ）進行支架介損的測量。

實例：對變電所中JCC-220電壓互感器采用常規法試驗時，發現該臺電壓互感器介損較上一次試驗數據有明顯增加，但還在合格范圍內，便對該臺互感器進行末端屏蔽法試驗，介損超出規程要求，不合格，取油樣試驗，油中微水含量超標，說明該電壓互感器進水受潮，試驗數據見表3。

表3

3.3.3 現場末端屏蔽法測量時，不能將電壓互感器的二、三次繞組短接，短接后，將造成一次繞組電壓分布不均勻，自上到下逐級降低且相位也逐點不同，從而引起測量誤差。

3.3.4 現場末端屏蔽法測量時，易受強電場干擾影響，末端屏蔽法屬于西林電橋正接線，抗干擾能力較好，但因試品電容量小，可用倒相法或移相法進行測量，減小測量誤差。

4 結束語

4.1 末端屏蔽法針對串級式電壓互感器的特點，能準確測量絕緣比較薄弱，運行中承受高電壓的繞組絕緣和支架的介損，及時發現存在的缺陷，避免電壓互感器爆炸事故的發生。

4.2 常規法、自激磁法、末端加壓法都可以進行串級式電壓互感器絕緣的介損試驗，但存在一定缺點，這些方法可以作為末端屏蔽法的輔助方法。

4.3 測量介損時，應排除瓷套贓污和天氣潮濕對試品的影響；在強電場干擾下，應使用倒相法或移相法來測出設備真實的數據。

參考文獻

[1]電氣設備的絕緣試驗與檢修方法[Z].

[2]電壓互感器檢修工藝[Z].

作者簡介：廉志（1977-），男，黑龍江省齊齊哈爾市，學歷：本科，研究方向：電氣工程及其自動化。

顧明哲（1978-），男，黑龍江省齊齊哈爾市，學歷：本科，研究方向：電氣工程及其自動化。