基于改進末端加壓法的串級式電壓互感器介損測試研究

(內蒙古電力(集團)有限責任公司包頭供電局，內蒙古 包頭 014030)

基于改進末端加壓法的串級式電壓互感器介損測試研究

張慧慧

(內蒙古電力(集團)有限責任公司包頭供電局，內蒙古 包頭 014030)

為解決傳統末端加壓法無法有效發現串級式電壓互感器進水受潮缺陷問題，提出改進末端加壓法。具體方法是將串級式電壓互感器一次繞組首端接地，一次繞組尾端接測試儀器的高壓線，二次繞組單端接信號線的屏蔽端，輔助繞組單端接信號線。改進末端加壓法能夠克服靜電屏對二次繞組的電容對測試結果的影響，有效測出了一次繞組尾端對二次繞組和輔助繞組端部的介損。現場實測結果證實了改進末端加壓法的可行性。

串級式電壓互感器；介損；靜電屏；改進末端加壓法

在內蒙古西部地區，110 kV及以上電壓互感器多數為電容式電壓互感器(Capacitor Voltage Transformer，CVT)，但由于多方面原因，仍然有一部分110 kV電磁式電壓互感器在運。僅包頭電網中，目前仍然有48支110kV電磁式電壓互感器在運行中，這部分在運的電壓互感器均為串級式電壓互感器，運行年限在20～35年。

根據內蒙古電力(集團)有限責任公司發布的《輸變電設備狀態檢修試驗規程》，停電預試時，針對110 kV串級式電壓互感器必須開展的試驗項目之一是介損試驗。

串級式電壓互感器電容量和介損試驗時采用的方法有常規法、末端加壓法、末端屏蔽法3種[1-4]。包頭電網試驗人員在開展串級式電壓互感器介損試驗時多采用末端加壓法，主要原因是這種方法所加試驗電壓低(一般不超2 kV)，對試驗輸出電壓的要求較低，而且試驗時可以借助一次側裝設的接地線實現一次繞組首端接地，可以大大提高試驗工作效率，但末端加壓法在發現串級式電壓互感器進水受潮缺陷方面靈敏度不夠高[5-7]。為了驗證此觀點，試驗人員曾對故障的110 kV串級式電壓互感器解體檢查，發現解體設備郵箱底部有大量積水，輔助繞組明顯有被水浸泡后絕緣破壞的跡象，但解體之前測試該電壓互感器的介損正常。

針對末端加壓法在發現串級式電壓互感器進水受潮缺陷方面靈敏度不高的問題，本文建立了串級式電壓互感器介損試驗模型，分析了末端加壓法的特點，針對末端加壓法存在的不足，提出科學的改進策略，以提高測試方法的有效性。

1 串級式電壓互感器結構簡介

以110 kV串級式電壓互感器為例，其一次繞組分成匝數相等的兩部分，分別套裝在電壓互感器鐵芯的上下鐵厄上，一次繞組上下部分分界點與鐵芯直接連接，鐵芯保持對地絕緣。為了節約絕緣材料，二次繞組和輔助繞組纏繞在一次繞組尾端部位，其中輔助繞組在最外側。為了防止一次繞組與二次繞組、輔助繞組之間的靜電對測量結果、保護裝置造成影響，在一次繞組下半部分與二次繞組之間設計有靜電屏，正常運行時靜電屏與一次繞組尾端連接后接地[8-10]。110 kV串級式電壓互感器的結構如圖1所示。

圖1 110 kV串級式電壓互感器結構圖Fig.1 Structure diagram of110 kV cascade voltage transformer

圖1中A和X分別表示串級式電壓互感器一次繞組的首端和尾端，正常運行時A接高壓端，X接地。

2 末端加壓法研究

末端加壓法測試110 kV串級式電壓互感器的介損時，一次繞組首端直接接地(一般借助臨時接地線接地)，一次繞組尾端接測試儀器(以濟南泛華生產的AI-6000K型介損儀為例)的高壓線，二次繞組和輔助繞組同名端短連后接儀器的信號線，測試接線如圖2所示。

末端加壓法試驗時，一次繞組尾端承受高電壓，為了確保一次繞組尾端的絕緣不被破壞，試驗電壓一般不高于2 kV。末端加壓法測試時，一次繞組尾端和靜電屏均處于高電位，因此該測量方法可以反映出一次繞組尾端對二次繞組和輔助繞組端部的絕緣情況，可以反映出靜電屏對二次繞組和輔助繞組的絕緣情況，可以反映出一次繞組下半部分對二次繞組和輔助繞組的絕緣。測試等值電路如圖3所示。

圖2 末端加壓法試驗接線圖Fig.2 Test wiring diagram of end pressurization method

圖3 末端加壓法等值電路圖Fig.3 Equivalent circuit diagramof end pressurization method

圖3中C1、C2、C3分別表示一次繞組對二次繞組和輔助繞組的電容、一次繞組靜電屏對二次繞組和輔助繞組的電容、一次繞組尾端對二次繞組和輔助繞組端部的電容，實測電容值為3部分電容值的和。假設3部分電容對應的介損分別為tanδ1、tanδ2、tanδ3，那么測試的介損為

(1)

實際中，靜電屏對二次繞組的電容值遠遠大于其他部分的電容值，根據統計可知，靜電屏對二次繞組的電容值占總電容值的75%～95%。根據式(1)可知，末端加壓法測試的介損值與靜電屏對二次繞組和輔助繞組的介損值最接近。

根據實際經驗可知，110 kV串級式電壓互感器常見的絕緣缺陷為進水受潮，而且進水受潮初期，水分大部分存在于繞組外側絕緣油的中下部，短時間內無法浸入到繞組絕緣內部。因此，串級式電壓互感器進水受潮初期，對主絕緣影響不大，主要影響一次繞組尾端對二次繞組和輔助繞組端部的電容量和介損，如果能精確測得這部分的電容量和介損，即可精確掌握串級式電壓互感器的絕緣狀況。

3 改進末端加壓法研究

根據上文分析可知，靜電屏的影響是導致傳統的末端加壓法可靠性不高的根本原因。改進末端加壓法的核心思路是將靜電屏對二次繞組和輔助繞組的電容有效屏蔽，具體方案是將串級式電壓互感器一次繞組首端直接接地，一次繞組尾端接測試儀器的高壓線，二次繞組單端接信號線的屏蔽端，輔助繞組單端接信號線，測試接線如圖4所示。

圖4 改進末端加壓法接線圖Fig.4 Wiring diagram ofimproved end pressurization method

圖4中與輔助繞組Da端連接的線表示儀器的信號線，與二次繞組1a端連接的線表示儀器的屏蔽線。改進末端加壓法測試時，二次繞組單端接信號線的屏蔽端，有效屏蔽了靜電屏對二次繞組的電容，測試結果主要反映的是一次繞組尾端對二次繞組和輔助繞組端部的介損，據此可以有效掌握串級式電壓互感器進水受潮情況，有利于提前發現缺陷，有效預防串級式電壓互感器事故。

4 模擬實驗研究

為了精確掌握改進前后的試驗方法在發現電磁式電壓互感器進水受潮缺陷方面的有效性，通過實驗室模擬的方法展開了研究。具體方法是借助某高校高電壓與絕緣技術實驗室內型號為JDX-110的110 kV電磁式電壓互感器，通過控制自動注水系統向絕緣油中的注水量來間接反映改進前后的試驗方法的有效性。

模擬實驗通過控制注水量，實現測得電磁式電壓互感器的介損為2%(實驗室溫度為28 ℃、濕度為55%)，得到傳統的測試方法和改進末端加壓法所需的注水量如表1所示。

表1 兩種方法注水量對比表Table 1 Comparison table ofwater injection rate with two methods

根據表1模擬實驗結果可知，對于同一支110 kV電磁式電壓互感器，傳統的末端加壓法測得介損為2%時，需要人工注水5.864 kg；而改進末端加壓法測得介損為2%時，需要人工注水1.696 kg。模擬實驗結果間接證明了改進末端加壓法在發現電磁式電壓互感器進水受潮缺陷方面靈敏度和可靠性均大大提高。

此外，為了研究試驗環境溫、濕度對測試結果的影響，進行了實驗統計。嚴格按照單一變量法對溫度和濕度的影響進行實驗，在環境溫度為20℃時分別測量30%、50%、70%、90%四種濕度環境下的介損和注水量；在環境濕度為60%時分別測量5 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃的介損和注水量，實驗統計結果如表2所示。

表2 環境因素影響實驗結果表Table 2 Test result table influenced by environment factor

根據表2實驗測試結果可知，試驗環境溫濕度不會對電磁式電壓互感器的介損值的測量帶來嚴重的影響。

5 現場驗證

為了驗證改進末端加壓法的有效性，對某變電站內3臺110kV串級式電壓互感器進行了現場測試。在相同的試驗環境下，對比了傳統的末端加壓法和改進末端加壓法的測試結果，而且測試了油樣的介損，具體結果如表3所示。

表3 現場測試結果表Table 3 Field test result table

從表3中測試結果可知，改進末端加壓法能夠有效屏蔽靜電屏對測試結果的影響，能夠更加精確地測出串級式電壓互感器一次繞組尾端對二次繞組和輔助繞組端部的介損，對掌握串級式電壓互感器進水受潮缺陷具有實際指導意義。

6 結 語

為解決傳統的末端加壓法在測試串級式電壓互感器的介損時存在測試結果可靠性不高的問題，本文提出了改進末端加壓法。改進后的測試方法將一次繞組靜電屏對二次繞組的電容有效屏蔽，能夠精確測出一次繞組尾端對二次繞組和輔助繞組端部的介損，對掌握串級式電壓互感器進水受潮缺陷、保證設備安全運行具有實際意義。

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Dielectric loss test for cascade voltage transformer based on improved end pressurization method

ZHANG Huihui

(Baotou Power Supply Bureau of lnner Mongolla Power(Group)Co., Ltd., Baotou 014030, China)

In order to solve the problem that the traditional end pressurization method can not effectively find the dampness defect in the cascade voltage transformer, an improved end pressurization method is proposed. The specific method is to have the primary winding head end of cascade voltage transformer connected on the ground, a primary winding tail end connected to the test equipment high-voltage line, the secondary winding single-end to shielding end of signal line and auxiliary winding single-end to the signal line. The improved end pressuriz method can overcome the influence of electrostatic screen to the capacitance of the secondary winding on the test results, and effectively measure the dielectric loss of primary winding head end on the end of primary winding and the auxiliary winding. The field test results confirm the feasibility of improved end pressurization method.

cascade voltage transformer; dielectric loss; electrostatic screen; improved end pressurization method

2017-06-19。

張慧慧(1988—)，女，碩士研究生，主要從事用電檢查工作。

TM406

A

2095-6843(2017)06-0543-04

(編輯侯世春)