諧波條件下電容式電壓互感器測量影響因素分析

盧洪軍，王鵬飛（國網吉林省電力公司長春供電公司，吉林長春，130000）

諧波條件下電容式電壓互感器測量影響因素分析

盧洪軍，王鵬飛
（國網吉林省電力公司長春供電公司，吉林長春，130000）

隨著現代電網的不斷發展，電網系統中的非線性負荷等數量不斷增加，諧波問題成為影響電網電能傳輸質量的關鍵因素，本文對諧波條件下，影響電容式電壓互感器測量的因素進行了分析研究，希望可以對在諧波條件下電容式電壓互感器測量技術的發展有所幫助。

電容式電壓感應器；諧波；雜散電容

0 引言

目前，交流電網系統中廣泛應用的電壓互感器主要有電子式電壓互感器、電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器三種。電子式電壓互感器的諧波傳變特性受雜散電容的影響較大，加之目前電子式電壓互感器應用數量較少，因此，不管是從技術角度還是應用范圍等方面來看，電子式電壓互感器都不是理想的諧波檢測手段。在實際應用中，電磁式電壓互感器在35千伏及以下的電網中應用較多，而在66千伏及以上的電網中，多采用電容式電壓互感器。但是，在諧波條件下，通常將電容式電壓互感器視作一個帶通濾波器，因此，在公用電網中，通常不適用電容式電壓互感器來測量諧波。目前，隨著公用電網中非線性荷載以及電壓能級越來越高，如何有效解決目前出現的日益嚴重的諧波問題變得十分迫切。鑒于此，如何探索既符合當下公用電網實際應用現狀、又具有廣闊應用范圍的諧波監測手段成為研究熱點。研究電容式電壓互感器的諧波傳變特性、掌握其對于電網在諧波條件下電壓測量結果的影響是解決目前問題的有益嘗試。

1 電容式電壓互感器原理

電容式電壓互感器的主要組成部分是電容分壓器和補償電抗器。在實際應用中，負載與高壓電路之間不是直接相連的，一般來說需要在分壓器和負載之間加裝電磁式變壓器。電磁式變壓器對于電容式電壓互感器的設計來講是必不可少的重要組成部分。在工頻條件下，整個電容式電壓互感器電路可以等效為一個線性電路。而在高頻條件下，中間變壓器和阻尼器都可能會工作在飽和區，需要考慮著兩個組成部分非線性特性的影響。根據變壓器自身特性可知，在高頻條件下，電壓器的變比會發生變化，與之相應的折算后的漏電阻、漏感等物理參數也將發生改變。為了便于分析，對實際模型進行簡化。簡化后的漏電阻和漏感等可保持其在工頻條件的數值，但認為漏抗值與頻率之間的關系為正比關系。

2 諧波條件下電容式電壓互感器測量影響因素分析

2.1 中間變壓器一次側對地雜散電容的影響分析

室內實驗表明，隨著中間變壓器一次側對地雜散電容數值的不斷增加，幅頻曲線的最大值在不斷增加，而幅頻曲線則出現向低頻率的方向發生移動，但是幅頻曲線的最小值對應的頻率并未產生變化，因此，相頻曲線和幅頻曲線會在更寬的諧波頻率范圍內產生誤差。

2.2 補償電抗器雜散電容的影響分析

室內實驗表明，隨著補償電抗器雜散電容的增加，幅頻曲線的最大值和最小值均產生向低頻率方向的移動，且表現出幅頻最大值逐漸減小，同時幅頻最小值之后的帶通幅值增加。在與之對應的相頻曲線中，產生誤差的頻帶縮小，其中的相頻曲線的最小值也產生向低頻的諧波頻率段移動。

2.3 變壓器二次側繞組雜散電容的影響分析

室內試驗表明，不論變壓器二次側繞組雜散電容數值增加或者減小，其對于電容式電壓感應器的幅頻曲線和相頻曲線影響基本可以忽略，因此，變壓器二次側地雜散電容對電容式電壓感應器的諧波特性不產生影響。

2.4 變壓器一次側和二次側繞組間耦合電容的影響分析

在室內試驗中發現，隨著變壓器一次側和二次側耦合電容數值的增加，電容式電壓感應器的幅頻曲線和相頻曲線發生變化。在幅頻曲線中，可以發現，隨著一次側和二次側耦合電容數值的增加，幅頻曲線中的最大值在不斷增大，且最大值出現時的頻率值在向低頻區段移動；而幅頻曲線的最小值及其對應的頻率值并未隨著耦合電容數值的增加而變化，但是最小幅值之后傳遞系數隨著耦合電容值的增加在不斷減小。在相頻曲線中，相位偏差的最大值也在不斷向低頻方向移動，同時相位偏差值在不斷增大。

2.5 補償電抗器等效電阻的影響分析

在室內試驗時，可以通過改變補償電抗器等效電阻的方式分析補償電抗器等效電阻變化對電容式電壓感應器幅頻曲線和相頻曲線的影響。實驗結果表明，隨著補償電抗器等效電阻數值的不斷增加，幅頻曲線中的傳遞系數兩個極值所對應的諧波頻率數值并未發生改變，發生改變的僅僅只有最大值的大小，而對幅值最小值之后的帶通幅值沒有影響。在與之對應的相頻曲線中，產生誤差變化的頻率范圍沒有產生變化。

2.6 負載變化的影響分析

當電路系統中的負載發生變化時，其對于相頻曲線的相應基本可以忽略。而在幅頻曲線中可以看出，隨著電路系統中，負載數值的增加，幅頻曲線中最大值和最小值所對應的頻率值不變，只是在幅頻曲線最大值處的傳遞系數會減小。

3 結語

通過前文中對影響諧波條件下電容式電壓互感器各影響因素的分析，可以得出以下結論。

對電容式電壓感應器傳遞特性影響較為顯著的因素有三個，即補償電抗器雜散電容、一次側對地雜散電容、一次側與二次側繞組間耦合電容。而電路負載和補償電抗器的等效電阻對電容式電壓感應器的傳遞系數有一定影響，但是二次側繞組對地雜散電容對電容式電壓感應器的諧波傳遞特性的影響基本沒有。

補償電抗器等效電阻對電容式電壓感應器幅頻曲線中的最大值和最小值所對應的頻率值有影響，同時還會影響幅頻曲線中的最大值和最小值的數值大小。此外，在相頻曲線中，對相位最低點對應的頻率值也會產生影響。

一次測對地雜散電容和一次側與二次側耦合電容對電容式電壓互感器的諧波傳遞特性影響規律相似，即都對幅頻曲線中的幅值最大值和最小值有影響，但僅改變幅值最大值的頻率分布范圍，對幅值最小值的頻率分布范圍沒有影響。而對于諧波相頻曲線而言，對相頻曲線的最大值和最小值產生影響，但對相頻曲線最小值右側的圖形區域影響較小，可忽略不計。

電路負載和補償電抗器等效電阻在電容式電壓感應器的電路中僅影響相應幅頻曲線的最大值和最小值的具體數值，對兩極值所對應的頻率分布情況不產生影響。而對相頻曲線而言，補償電抗器等效電阻僅僅影響的是最小相位值得大小，而電路負荷不僅對相頻曲線最小相位值得大小產生影響，同樣還會對最小相位值之后的曲線走勢產生影響。

[1]馮宇,王曉琪,陳曉明,吳士普,毛安瀾. 電容式電壓互感器電路參數對電網諧波電壓測量的影響[J].中國電機工程學報,2014,28:4968-4975.

[2]孟慶亮,趙偉.諧波條件下電容式電壓互感器測量影響因素分析[J].電測與儀表,2014,19:8-12.

The analysis of the influence factors of capacitance voltage transformer under harmonic conditions is analyzed

Lu Hongjun,Wang Pengfei
(Changchun power company, power company, Changchun Jilin,130000)

With the continuous development of modern power grid, increasing the number of nonlinear load in power grid system, the harmonic problems become the key factor affecting the quality of power grid electricity transmission, in this paper, the harmonic condition, the factors influencing the measurement of capacitor voltage transformer (CVT) was analyzed, the hope can be in the harmonic measurement of capacitor voltage transformer (CVT) under the condition of the development of technology help.

capacitive voltage sensor; Harmonic; Stray capacitance