CVT自激法試驗中自激線輸出電壓小于理論值的原因分析

王飛龍

(包頭供電局,內蒙古 包頭 014030)

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CVT自激法試驗中自激線輸出電壓小于理論值的原因分析

王飛龍

(包頭供電局,內蒙古 包頭 014030)

運用自激法測量CVT的電容量和介質損耗因數,發現當試驗電壓升高到設定值時,自激線兩端輸出的電壓值小于其理論計算值。為了找出導致這一現象的原因,建立了CVT電磁單元的等值電路模型,通過定性分析簡化后等值模型電路中被試品兩端的電壓與自激線兩端輸出電壓之間的關系,得出了導致自激線兩端輸出電壓小于其理論計算值的根本原因是CVT本身的“容升效應”。

CVT;自激法;建模;自激線兩端電壓;容升效應

電容式電壓互感器(Capacitor Voltage Transformer,簡稱CVT)因具有重量輕、壽命長、測量精度高、預防鐵磁諧振能力強等優勢,所以在電力系統中應用廣泛[1-5]。在蒙西地區,CVT逐漸成為110 kV及以上電壓互感器的主流,而且多數CVT的結構為無中間抽壓端子的疊裝式結構[6-7]。電容量和介質損耗因數試驗是CVT預防性試驗項目中重要的一項,對于沒有中間抽壓端子的疊裝式CVT通常采用自激法測量其電容量和介質損耗因數[8-9]。

自激法測量CVT電容量和介質損耗因數的基本思想是給CVT二次繞組加低電壓,利用電磁單元電磁感應原理實現對CVT本體電容加較高電壓的目的。目前蒙西地區所用的濟南泛華儀器設備有限公司生產的AI-6000E型介損測量儀具有自動變換橋臂的功能,對末節電容C1、C2的電容量和介質損耗因數實現了一鍵式測量。采用自激法測量CVT電容量和介質損耗因數時發現,當試驗電壓升高到設定值時,自激線兩端輸出的電壓小于其理論計算值,這種現象在試驗現場經常遇到,給工作人員造成了一定的疑惑。為了找出產生這一現象的原因,本文建立了CVT電磁單元等值電路模型,并對模型進行了一定的簡化處理,定性地分析了被試品兩端的電壓與自激線兩端輸出電壓之間的關系,通過“容升效應”原理解釋了上述現象,為現場解決實際問題提供了有力依據。

1　自激法試驗原理簡介

圖1　CVT最下節結構圖

用CVT自激法測量C1、C2電容量和介質損耗因數的試驗原理圖分別如圖2和圖3所示。

圖2　測量C1電容量和介損值試驗原理圖

從圖2可以看到,測量C1的電容量和介質損耗因數時,電容C2與電橋內置的標準電容CN串聯后作為電橋的一個橋臂,C1單獨作為另一個橋臂,所以可實現對C1的電容量和介質損耗因數的測量。測量C2的電容量和介質損耗因數時,其原理同C1,就是將圖2中C1與C2在電橋上的位置進行了互換(見圖3),所以也能實現對C2的電容量和介質損耗因數的測量[10-12]。

圖3　測量C2電容量和介損值試驗原理圖

2　現場試驗分析

在蒙西地區,CVT自激法試驗時通常采用的接線方式是選擇二次繞組dadn為加壓繞組,接自激線,其他二次繞組均空載,高壓引線接CVT的N端,信號線接C1的上端。現場試驗接線如圖4所示。

圖4　自激法試驗接線圖

根據串聯電容分壓原理可知,CVT正常工作時分壓電容C2兩端的電壓U的計算表達式為

(1)

式中,Un表示CVT正常工作時C1和C2電容串承受的額定相電壓有效值。

(2)

該算例k的計算結果為189.4。

據此運用自激法對該型號CVT的電容量和介質損耗因數進行測量,當試驗電壓選擇為2 kV時,求得自激線兩端所加電壓的理論值為10.56 V。

對該型號CVT進行現場試驗時發現,試驗電壓為2 kV時,自激線兩端的電壓比理論計算值小。后期對不同環境下同一型號的CVT進行了試驗,換用了多臺測量儀器,采用高精度數字式萬用表對自激線兩端的電壓進行了測量,還排查了其他存在的干擾因素,最終結果還是自激線兩端的電壓比理論值要小。多次測量結果如表1所示。

表1　自激線兩端電壓測量結果表Table 1　Measuring results of self excited wire both ends voltage

從表1中可以看到,5次測量結果的自激線輸出電壓平均值要比理論計算值小28.64%。儀器、設備廠家在試驗的過程中也發現了相同的問題。由此可以推斷,自激線兩端的實際電壓值低于理論計算值應該為CVT的結構參數所致。

3　相關現象理論研究

本文建立了CVT電磁單元等值電路模型,電磁單元等值電路如圖5所示。

圖5　CVT電磁單元等值電路圖

假設被試品C兩端的電壓折算到二次的值為UC,則流過被試品的電流值為

IC=UC·2πfC

(3)

R2′與L2′上的電壓降的矢量表達式為

(4)

式中：P和Q分別為被試品消耗的有功值和無功值。

對于CVT而言,試驗過程中消耗的無功功率遠大于有功功率,而且電磁單元的漏電抗要大于繞組的等值電阻,因此ΔU2′可近似表示為

(5)

由此可以求得節點2的電壓值Uz為

Uz=UC+ΔU2′

(6)

(7)

對于實際的CVT而言,勵磁電抗值遠大于勵磁損耗的等值電阻值,因此式(7)可以簡化為

(8)

勵磁回路消耗的復功率Pz為

(9)

流過二次繞組的電流為

(10)

依據式(5)同理可以求得R2和L2上的電壓降近似值的表達式為

(11)

自激線兩端輸出電壓值為

U1=Uz+ΔU2

(12)

在工程實際中,為了簡化電磁單元等值電路模型，方便問題研究,可以忽略等值電路圖中勵磁電流、繞組等值電阻的影響,簡化后的等值電路如圖6所示。

圖6　CVT電磁單元簡化等值電路圖

在圖6中,L2和L2′上的電壓降的計算表達式為

ΔU2=I2·ωL2

(13)

ΔU2′=I2·ωL2′

(14)

圖7　電壓向量圖

根據圖7中各電壓向量關系可知,自激線兩端的輸出電壓U1與被試品電壓UC、兩側漏抗電壓降ΔU2、ΔU2′之間的關系為

U1=UC-ΔU2-ΔU2′

(15)

由此可見,采用自激法測量電容量和介質損耗因數時,由于被試品容抗很大,導致被試品所加電壓因其本身“容升效應”而增大,因此導致自激線兩端輸出的電壓還未上升到理論計算值就被試品兩端所加的電壓升高到設定值,最終出現了自激法試驗過程中自激線兩端輸出電壓值低于理論計算值的現象。

4　結　語

CVT自激法試驗過程中自激線兩端輸出的電壓值比理論計算值小,這是現場試驗過程中存在的實際現象。本文通過建立CVT電磁單元等值電路模型及對其進行簡化,定性分析了被試品所加的試驗電壓與自激線兩端輸出的電壓之間的關系,結果表明,導致上述現象的根本原因是CVT本身的“容升效應”。這為工作人員解釋現場試驗現象提供了一定的指導思路,也有助于提高工作人員對CVT結構和自激法原理的認識。

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(責任編輯郭金光)

Analysis of reason why output voltage is lower thancalculated value in CVT self-excitation test

WANG Feilong

(Baotou Power Supply Bureau, Baotou 014030, China)

When self-excitation test was used to measure the capacity and the dielectric loss factor of CVT, it was found that the measured value of output voltage of self excitation wire was lower than the theoretical value when the test voltage rose to the set value. In order to find out the reason for the proposed phenomenon, this paper established the equivalent circuit model of CVT electromagnetic unit. Through the qualitative analysis of the relationship between the voltage vectors in the simplified equivalent circuit diagram, it is concluded that the root cause of the different between the output voltage and the theoretical value is the "lifting effect" of CVT itself.

CVT; self-excitation method; Modeling; voltage of self excited wire; lifting effect

2016-02-02。

王飛龍(1987—),男,碩士,主要從事高壓試驗相關工作。

TM451+.2

A

2095-6843(2016)04-0335-04