電容式電壓互感器工作原理及試驗方法分析

楊章俊

摘 要：在當前電力系統中，電容式電壓互感器應用較為廣泛。電容式電壓互感器也稱為CVT，其絕緣強度較高，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中進行應用，有效地提高了電力系統運行的安全性和準確性。文中從電容式電壓互感器的優點入手，對電容式電壓互感器工作原理進行了分析，并進一步對電容式電壓互感器的工作原理進行了具體的立柱。

關鍵詞：電容式電壓互感器；工作原理；試驗方法

前言

隨著電力系統電壓等級的不斷提升，電容式電壓互感器的技術也越來越成熟。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，當前電容式電壓互感器應用越來越廣泛。

1 電容式電壓互感器的優點

在當前高壓及超高壓電力系統產品中，電容式電壓互感器應用較為廣泛，這與電容式電壓互感器自身所具有的獨特性息息相關。

（1）在當前電力系統中，電容式電壓互感器主要在35kV及以上的電力系統中進行應用，其不僅具有較高的耐電強度，而且絕緣裕度較大，能夠有效地提高電力系統運行的可行性。（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，阻尼器呈現開路的形態，當電壓升高或是出現分頻諧振時，電抗呈現出低阻性，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響應特性，當一次短路后，其二次剩余電壓能夠快速下降，在經斷保護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，可以在線路進行長途通信、測量及高頻保護、遙控等等方面進行應用。

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，為了確保油壓力的穩定性，則需要利用鋼制波紋管來保持不同環境的平衡性。

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行計算。當電容器沒有并聯阻抗時，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行相除，從而得到的比值即是電容分壓器的分壓比，當分壓比明確后，利用系統電壓與其分壓比進行相除，可以得到中壓端子上的電壓，再與中間變壓器的變比進行相除，則可以得到二次繞組的電壓值。

電容分壓器當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備之間進行有效的傳輸。

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。在油箱的頂部會充有氮氣，可以有效地避免絕緣系統與外部空氣進行接觸，同時當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電容值的容抗值相等，而且這三者之間能夠形成串聯的諧振回路，這對于互感器帶負載能力的提高起到了十分積極的作用。由于電壓互感器內會有鐵磁諧振發生，通常情況下會采用阻尼裝置來對諧振進行抑制。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。一旦有鐵磁諧振發生時，電抗器則會在較短的時間內達到深度飽和的狀態，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，避免有滲油現象發生。

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行判斷，則需要對互感器的絕緣電阻進行測量，在具體測量中需要測量的各項電阻內容較多，當測量結果達到合格標準時，則需要繼續進行電容值和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行檢驗。當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，利用正接法來進行測量，相反情況下則宜采用反接法進行測量。對于在載波耦合裝置在電容式電壓互感器上進行連接的情況，則必然將該裝置與接地端子之間的連接片進行斷開，同時還要與所有二次繞組進行短接，做好接地，避免給介損測量結果帶來影響。

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行標明，所以在現場試驗時，如果能對分壓器總電容和介損進行測量，則可以對分壓器的狀態進行判斷。在現場檢試過程中，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。在進行C1測量時，由于C2與標準電容Cn相串聯，而Cn遠小于C2，那么電壓主要降在標準電容上，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 結束語

隨著當前電容式電壓互感器在電力系統中應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，確保電力系統能夠安全、穩定的運行。

參考文獻

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