電容式電壓互感器工作原理及試驗方法分析

楊章俊

摘 要：在當(dāng)前電力系統(tǒng)中，電容式電壓互感器應(yīng)用較為廣泛。電容式電壓互感器也稱為CVT，其絕緣強(qiáng)度較高，成本較低，而且可以在線路兼具藕合電容或是載波通訊等特點，電容式電壓互器器在電力系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用，有效地提高了電力系統(tǒng)運行的安全性和準(zhǔn)確性。文中從電容式電壓互感器的優(yōu)點入手，對電容式電壓互感器工作原理進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步對電容式電壓互感器的工作原理進(jìn)行了具體的立柱。

關(guān)鍵詞：電容式電壓互感器；工作原理；試驗方法

前言

隨著電力系統(tǒng)電壓等級的不斷提升，電容式電壓互感器的技術(shù)也越來越成熟。相對于其他電壓互感器來講，電容式電壓互感器不僅絕緣強(qiáng)度較高，而且其價格較低，可以有效地確保線路運行的安全性。因此，當(dāng)前電容式電壓互感器應(yīng)用越來越廣泛。

1 電容式電壓互感器的優(yōu)點

在當(dāng)前高壓及超高壓電力系統(tǒng)產(chǎn)品中，電容式電壓互感器應(yīng)用較為廣泛，這與電容式電壓互感器自身所具有的獨特性息息相關(guān)。

（1）在當(dāng)前電力系統(tǒng)中，電容式電壓互感器主要在35kV及以上的電力系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用，其不僅具有較高的耐電強(qiáng)度，而且絕緣裕度較大，能夠有效地提高電力系統(tǒng)運行的可行性。（2）電容式電壓互感器采用的新型速飽和型阻尼器和非線性電抗線圈，在互感器運行過程中，阻尼器呈現(xiàn)開路的形態(tài)，當(dāng)電壓升高或是出現(xiàn)分頻諧振時，電抗呈現(xiàn)出低阻性，能夠有效地對鐵磁諧振起到抑制作用，具有較好的阻尼效果。（3）電容式電壓互感器具有較好的順應(yīng)響應(yīng)特性，當(dāng)一次短路后，其二次剩余電壓能夠快速下降，在經(jīng)斷保護(hù)裝置上具有非常好的適用性。（4）利用電容式電壓互感器可以將載波頻率耦合到輸電線上，可以在線路進(jìn)行長途通信、測量及高頻保護(hù)、遙控等等方面進(jìn)行應(yīng)用。

2 電容式電壓互感器的工作原理

電容式電壓互感器主要由電容分壓器（高壓電容器C1和中壓電容器C2）和電磁單元組成，其電氣原理見圖1。

2.1 電容分壓器

電容分壓器主要組成部分為瓷套和若干耦合電容器，絕緣油存貯在瓷套內(nèi)，為了確保油壓力的穩(wěn)定性，則需要利用鋼制波紋管來保持不同環(huán)境的平衡性。

二次繞組的電壓值通常情況下需要由電容分壓器的分壓比來進(jìn)行計算。當(dāng)電容器沒有并聯(lián)阻抗時，利用電容分壓器高壓端子與低壓端子之間的電壓與中間電壓進(jìn)行相除，從而得到的比值即是電容分壓器的分壓比，當(dāng)分壓比明確后，利用系統(tǒng)電壓與其分壓比進(jìn)行相除，可以得到中壓端子上的電壓，再與中間變壓器的變比進(jìn)行相除，則可以得到二次繞組的電壓值。

電容分壓器當(dāng)用作耦合電容器與載波耦合裝置相連時，其功能與高通濾波器有相似之處，可以確保載波頻率信號在輸電線和載波設(shè)備之間進(jìn)行有效的傳輸。

2.2 電磁單元

電磁單元主要由中間變壓器、補償電抗器及阻尼裝置等部件組成，中間變壓器處于密封油箱內(nèi)。在油箱的頂部會充有氮氣，可以有效地避免絕緣系統(tǒng)與外部空氣進(jìn)行接觸，同時當(dāng)變壓器油受熱膨脹時，氮氣層能夠被壓縮，可以起到儲油柜的作用。

在電容分壓器的中壓和低壓端連接中間變壓器的一次繞組，同時將低損耗的補償電抗器串聯(lián)在中壓端子和一次繞組之間。在額定頻率下，電抗器電抗值與變壓器的漏抗值相加則會與電容分壓器并聯(lián)電容值的容抗值相等，而且這三者之間能夠形成串聯(lián)的諧振回路，這對于互感器帶負(fù)載能力的提高起到了十分積極的作用。由于電壓互感器內(nèi)會有鐵磁諧振發(fā)生，通常情況下會采用阻尼裝置來對諧振進(jìn)行抑制。由電阻及電抗器所組成的阻尼裝置主要是跨接在二次繞組上，具有較高的阻抗，功率消耗較小，所以對電容式電壓互感器所帶來的影響可以忽略不計。一旦有鐵磁諧振發(fā)生時，電抗器則會在較短的時間內(nèi)達(dá)到深度飽和的狀態(tài)，快速的耗盡振蕩的能量，從而對鐵磁諧振起到有效的抑制作用。

3 電容式電壓互感器的試驗方法

3.1 外觀檢查

在對電容式電壓互感器進(jìn)行試驗時，需要對互感器金屬件外露表面的防腐蝕層做好檢查工作，保證瓷套的完好性，同時還需要檢查密封和焊接處，避免有滲油現(xiàn)象發(fā)生。

3.2 測絕緣電阻

為了對互感器是否存在缺陷及受潮情況進(jìn)行判斷，則需要對互感器的絕緣電阻進(jìn)行測量，在具體測量中需要測量的各項電阻內(nèi)容較多，當(dāng)測量結(jié)果達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)時，則需要繼續(xù)進(jìn)行電容值和tgδ值的測量。

3.3 測電容值和tgδ值

通過介損測量可以有效的對電容式電壓互感器的性能進(jìn)行檢驗。當(dāng)前介損測試儀器可以在電容和tgδ值測量時使用。在具體測量之前，需要斷開中壓端子與中間變壓器和低壓端子與接地端子之間的連接，對于已經(jīng)引出低壓端子N的情況，則需要斷開低壓端子N與接地端子之間的連接，利用正接法來進(jìn)行測量，相反情況下則宜采用反接法進(jìn)行測量。對于在載波耦合裝置在電容式電壓互感器上進(jìn)行連接的情況，則必然將該裝置與接地端子之間的連接片進(jìn)行斷開，同時還要與所有二次繞組進(jìn)行短接，做好接地，避免給介損測量結(jié)果帶來影響。

3.3.1 直接法測試。通常情況下出廠的互感器都是會對分壓器總電容的實測值進(jìn)行標(biāo)明，所以在現(xiàn)場試驗時，如果能對分壓器總電容和介損進(jìn)行測量，則可以對分壓器的狀態(tài)進(jìn)行判斷。在現(xiàn)場檢試過程中，可以在不解體的情況下利用直接法來對整體電容和介損進(jìn)行測量。

3.3.2 自激法測試。若中壓端子未引出，用直接法就無法單獨測量C1、C2，這種情況下只能用自激法。自激法測試是從互感器二次繞組加電壓，通過中間變壓器感應(yīng)到電容分壓器上。由于磁通飽和的原因，電容分壓器上的電壓不等于二次繞組電壓乘以變壓器變比，而是比這個值小得多。在進(jìn)行C1測量時，由于C2與標(biāo)準(zhǔn)電容Cn相串聯(lián)，而Cn遠(yuǎn)小于C2，那么電壓主要降在標(biāo)準(zhǔn)電容上，所以δ端子上將有高電壓。由于出廠時δ端子耐受的電壓為4kV，所以所加電壓一般以2.5kV為宜。測量C2時將Cx芯線和接δ的芯線互換就可以了。需要注意的是，進(jìn)行自激法測試要從剩余電壓繞組加壓，其主要原因是在測量C2時，C2與中間變壓器的電感及補償抗器會形成諧振回路，從而會出現(xiàn)危險的過電壓，所以測試時一定要接上阻尼電阻，即從剩余電壓繞組端子上加壓。

4 結(jié)束語

隨著當(dāng)前電容式電壓互感器在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的范圍越來越廣泛。因此，需要加大對電容式電壓互感器試驗方法的研究力度，努力提測量的精確度，確保電容式電壓互感器運行的可靠性，確保電力系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定的運行。

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