電容式電壓互感器諧波測量誤差分析

范衛國

中國能源建設集團遼寧電力勘測設計院有限公司

電容式電壓互感器諧波測量誤差分析

范衛國

中國能源建設集團遼寧電力勘測設計院有限公司

本文對測量CVT諧波變比的試驗技術進行了研究。通過試驗結果發現，由于CVT的阻抗呈現容性，而升壓變阻抗呈現感性，利用小容量試驗用升壓變提供高壓諧波電壓的試驗方案會出現諧波放大和衰減的現象，影響了試驗系統的安全性和試驗結果的精確度，這種試驗方案存在較大的問題。本文提出了更換大容量升壓變壓器的新方案，該方案能夠確保高壓側諧波電壓的穩定，達到了對CVT諧波變比進行測量的目的，為進行諧波條件下CVT測量誤差的試驗研究提供了依據。

CVT；諧波測量；誤差分析

電容式電壓互感器(CVT)被廣泛應用于高壓系統中的電壓測量、繼電保護及載波通信等場合。文中研究諧波條件下CVT測量誤差的試驗分析方法。設計了采用試驗用小容量升壓變壓器提供高壓諧波源的試驗平臺，分析了高壓側諧波電壓放大和衰減的原因，通過仿真驗證了所得結論的正確性。在此基礎上提出了將試驗升壓變壓器更換為大容量普通升壓變壓器的方案，完成了CVT諧波測量誤差的試驗。

1 CVT誤差理論分析

CVT一次本體由電容分壓器和電磁單元兩部分組成。電容分壓器的采用，改善了電壓互感器的絕緣性能，使其在特高壓工程中得到了大量使用。但作為一種開放式結構，電容分壓器的分壓比受臨近效應影響明顯，按照現行交接試驗標準進行的離線校驗數據與實際運行情況有一定的偏差，特高壓用CVT分壓器電容量較小，外形尺寸較大，因此這種情況在特高壓用CVT中表現得十分明顯。

2 基于電容電流法測量CVT諧波方法

目前，對于電網電能質量分析，大部分信號直接取CVT二次側出線端的失真信號，這就導致諧波分析儀器不能準確獲取電網一次側諧波信號，其結果不能正確反映實際電網諧波情況。為了有效檢測CVT的傳輸特性，使其可以對諧波分量進行準確測試，有文獻提出了一種首先通過測量CVT傳輸函數，然后采用軟件離線修正諧波測量結果。還有一部分測試方法是網絡分析儀法和高壓諧波注入法等。此類方法雖然理論上可以得出傳輸特性，但由于每一臺CVT的傳輸特性均不同，需要對每臺CVT進行測量，獲得其傳輸函數，工作量巨大，實際工程中不適宜推廣使用。為了解決CVT不能用于諧波測量的技術難題，經過分析了CVT電容容抗隨頻率變化的特性參數，文中提出了一種通過測量流過CVT高、中壓電容電流計算電網電壓的方法，并驗證了該方法的可行性及有限性，最后設計了基于電容電流法的CVT諧波測試系統。

3 電容式電壓互感器諧波測量誤差分析

3.1 頻率影響

頻率是影響CVT誤差的第二大因素。其實，不僅是CVT，所有一次開關設備在溫度變化時，不可避免地都會對設備性能產生影響。我國所有的開關設備都是基于50Hz進行設計的，但針對不同種類的產品，頻率的影響輕重又不完全相同。對于CVT來說，頻率改變對電容器絕緣性能影響不大，但對誤差影響較大。CVT變壓器的原邊電壓靠低壓電容器分壓提供，而電容器電容量隨電網頻率的改變而改變。當電容量改變后，即使分壓比變化很小或不變化，一次回路的等值容抗也勢必變化，此時已不等于中間變壓器和補償電抗器構成的等值感抗，原有設計的串聯諧振回路被破壞，必將引起誤差變化。

3.2 在線誤差數據分析

進行現場CVT誤差交接測試時，如果出現標準互感器的高度較低，則會造成高壓引線的角度小于90°，高壓引線的角度不同會改變柱式CVT的電容分壓器有效分壓比。當高壓引線與電容分壓器疊柱夾角由大變小時，引線對電容疊柱的雜散電容將增大，引線對疊柱的雜散電流也將增大，C2流過的電流也增大，C2上的分壓也提高，造成比值差正向漂移，相位差向負漂移。交接試驗完畢后，CVT位置不再發生改變。

3.3 頻率影響

電網頻率額定為50Hz，但實際運行過程中，受用電負荷與發電量的平衡影響，會有小幅度波動，CVT測量繞組應在電網頻率49.5Hz-50.5Hz之間滿足測量精度要求。因此，為檢驗研制系統在不同頻率下的性能，按照2.1試驗時的接線方式，改變功率源的頻率做系統頻率影響的試驗。通過實驗得出：頻率變化時，對系統的穩定性和比差基本沒有影響，對角差影響較大，頻率為49.9Hz和50Hz時，兩通道的角差為正值，當頻率為50.5Hz，兩通道的角差變為-0.006分，但絕對值都很小，遠小于同級別CVT的角差誤差限值±2分。因此，在線監測系統在不同頻率下的穩定性以及準確度符合設計要求。

3.4 自激法試驗誤差分析

電容式電壓互感器為了消除容抗壓降因二次負荷變化引起的電壓變化，采用了補償電抗器，有ZL＝1/[ω(C1＋C2)]，ZL為補償電抗器電磁單元中間變壓器漏抗之和。測試分壓電容時，分壓電容與ZL串聯，且分壓電容C2較大，即分壓電容容抗值接近于ZL感抗值，容易引起諧振，因此二次自激端子da、dn所加電壓應較小，否則會引起分壓電容與ZL所在回路過壓，但通過監測試品電流可以控制過壓。此外，N端子電壓有一定耐壓范圍，且N端子所加電壓過高會導致容量問題，因此必須對N端子電壓進行限制，出廠時的N端子耐壓一般為4kV，現場試驗時多取為2kV。

結束語

對諧波條件下電容式電壓互感器(CVT)的測量誤差進行了理論分析和試驗研究。依據CVT的結構和工作原理，推導得出了其變比的頻率響應特性，得出了諧波幅值測量誤差的理論表達式。以此為基礎，分析了不同因素對測量誤差的影響規律，結合典型CVT的結構和參數對所得結論進行了仿真驗證。設計了CVT測量誤差的試驗平臺，通過試驗驗證了此分析結論的正確性。

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