CVT结构及试验

电容式电压互感器结构及试验

电容式电压互感器(CVT)成为电力系统高压远距离输电技术发展的必然产物,其与传统的电磁式电压互感器相比具有四个特点:绝缘性能较好,耐压水平高,不会与断路器断口电容产生铁磁谐振;电压等级越高,其相对成本越低,节省设备投资;可兼作载波通讯使用;由于是电容型设备,实现绝缘在线监测更加容易。对于220kV及以上的CVT,只是增加了上节分压电容器,并对分压电容器单独进行介损正接线试验,与传统方法无异。

1.CVT结构特点及工作原理

TYD110/-0.01H型电容式电压互感器。其由电容分压器和电磁单元两个独立的元件组成,电容分压器的中压端子和接地端子穿过密封的油箱箱盖引入到油箱中分别与电磁单元的高压端子(A)和二次接线板的接地端子(N)相连。载波装置、保护球极(N-E间)在二次接线盒内,当电容式电压互感器作载波使用时,需将N-E间连接片断开;如果不做载波用则须将N-E用连接片短接。电磁单元的油箱内装有中间变压器和补偿电抗器、阻尼器、保护补偿电抗器的低压避雷器,并充有变压器油。中间变压器高压绕组与补偿电抗器串联。电磁单元的二次绕组端子及接地端子均由二次接线盒引出。其结构接线图中主要元件为电容(C1、C2),补偿电抗器,中间电磁式电压互感器TV及阻尼器等。CVT工作原理采用电容分压原理。

普通电压互感器不仅在数值上而且在相位上有误差,负荷越大,误差越大。要获得一定的准确级,必须增大电容量,这是很不经济的。合理的解决措施是在电路中串联一电感,即补偿电抗器。电感应按产生串联谐振的条件选择L。由于电容式电压互感器含有电容元件及多个非线形电感元件(如补偿电抗器和中间变压器等),在系统合闸操作或短路故障产生的瞬态过程中,由于非线形电感元件的铁心饱和激发稳定的次谐波谐振,使得在补偿电抗及中间变压器上产生过电压,最终导致补偿电抗器和中间变压器绕组击穿损坏。为抑制CVT内部铁

磁谐振,在互感器二次绕组上并联阻尼装置。为保护补偿电抗器及加大抑制谐振作用,在其两端并联氧化锌(ZnO)避雷器。

随着电力技术发展的日益成熟，电容式电压互感器（以下简称CVT）凭借其可兼作耦合电容器，绝缘强度高、制造简单、体积小、重量轻、经济性显著等优点，已被广泛应用在电力系统中。当然其现场试验的方法特别是介损测试方法也成为了大家较为关注的问题。

CVT主要由电容分压器和电磁单元组成，从结构上讲，分为分装式和叠装式两种。对于分装式CVT的介损测试而言，由于电容分压器和电磁单元都是独立的，测试时不易受外部干扰，通常都是采用常规法进行，且测得的数据与真实值也较为接近。而叠装式CVT按下节电容器的结构形式又可分为有中间抽压端子和无中间抽压端子两种，前者在现场测试时一样也可以采用常规法进行测试，且准确度也较高，在这里不重复介绍，而后者在现场测试时根本无法采用常规测试方法，其测试方法一直以来都存在较大的争议，现在就我个人的一些经验谈谈无中间抽压端子分压电容介损测试方法的分析及选择。

无中间抽压端子分压电容的介损测试方法主要有两种：1、C1和C2整体测试法（正接法）；2、自激法。前者只能测出一个整体的电容值和介损值，而后者能分别测出C1和C2的电容值和介损值，两种都方法各有优劣。现在我们先了解一下CVT下节电容器的内部结构，如下：

L—补偿电抗器R—限流电阻Z—阻尼电阻P—放电保护间隙

图1 C1和C2整体测试法（正接法）的误差分析和选择：

在现场的测试中经常碰到以下几种接线方法，下面我们逐一进行分析：

图2X端子接地

图3X端子悬空

显然图2中的测试方法是错误的，因为由于X端子的接地，CVT中间变压器电磁单元直接并入了测试回路中，并对测试电流产生了分流，这就会使测试结果产生偏小的误差，有时甚至会出现负值。那么图3的测试方法是否正确呢？虽然图3的测试方法中X是悬空的，但由于X端子对地绝缘电阻（X端子的引出通常是通过二次端子盒上的二次接线板引出，其对地绝缘电阻一般都不会很高）和CVT中间变压器一次绕组对地绝缘电阻的存在，所以还是没办法完全阻断流经CVT中间变压器电磁单元的电流，这样一来，测试的介损值很大程度上就决定于X端子和CVT中间变压器一次绕组对地绝缘电阻的大小，当绝缘电阻足够大时，电磁单元产生的分流就小，这样测出来的值与真实值则较为接近；但当绝缘电阻不够大时，电磁单元产生的分流就会变大，这样测出来的值很可能与图2的测试结果一样，还是负值。

图6考虑CVT中间变压器电磁单元影响的测试原理图

那么我们要怎么做呢？可以通过短接中间变压器的二次绕组，使在二次绕组上产生的短路电流通过阻碍铁芯磁通变化的作用在一定程度上抑制流入CVT中间变压器一次绕组的电流，从而提高tgδ测试的准确性。但要注意的是，由于中间变压器的二次绕组已被短接，则中间变压器一次绕组的X端子是禁止接地的。因为如果X端子直接接地，那么在中间变压器一、二次绕组产生的大电流将会使绕组损坏。以下是110kV线路CVT的现场测试值，我们可以参考一下：

型号：TYD110/-0.01H厂家：桂林电力电容器厂

测试仪器：济南泛华AI-6000（E）型抗干扰介损测试仪

试验日期：2007.03.25温度：26℃湿度：70%

在短接中间变压器二次绕组后，介损值恢复正常。

C1和C2整体测试法（正接法）的总结：虽然通过短接中间变压器的二次绕组，消除了中间变压器电磁单元对测试的影响，但通过上面的分析，我们可以看到，这种测试方法主要反应的是电容C1的tgδ值，当电容C2的绝缘发生劣化时，仅仅通过这种方法是很难发现问题的，这说明这种测试方法还是存在一定的局限性。

自激法的误差分析：

下图是分别用自激法测试C1和C2的原理图：

图8自激法测C1

图9自激法测C2

由上面两个测试原理图可知,在测试电容C1的tgδ值时，电容C2被串入了标准电容回路中；而在测试电容C2的tgδ值时，电容C1也被串入了标准电容回路中，这样就会引起标准电容回路总电容Cn和其tgδ发生变化，并对我们的测试结果产生误差但这种误差在理论上讲是比较小的。

以上只是对自激法测试原理本身引起的误差进行了分析，下面再分析自激法测C1、C2介损值出现外界因素所带来的误差：

（1）自激法测C1时：

采用自激法测试高压电容器C1时，其介损值一般都高出真实值很多，其原因除了上述测试方法引起的误差外还有电容分压器低压端引出套管和引出端子板的绝缘性能的影响。由于测试C1时，δ端子的电位为2500V左右，处于高电位状态，而δ端子本身的绝缘水平仅在3000V左右，所以测试时沿小套管表面的泄漏和引出端子板上的δ端子对地的泄漏以及绝缘板的绝缘性能对测试结果造成的影响都是不可忽略的。

图12图中Cg、Rg为δ端子对地的等值电容和电阻

（2）自激法测C2时：

自激法测试C2时由图8可知，电容分压器的低压端δ端直接进入电桥，δ端的电位很低，因此，影响测试结果的因素主要是测试方法的误差，此误差很小。所以采用自激法

测试C2所得到的结果比较真实的反应了C2的实际介损。

值得一提的是，由于在CVT中，ωL＝1／ω（C1＋C2），式中ωL为补偿电抗器的电抗与中压变压器的漏抗之和，那么我们在采用自激法进行试验时应尽量避免谐振发生的可能，建议从并联有阻尼电阻的辅助绕组（即图中da-dn）加压，并做好试验电压和电流的控制，保证试验电压不超过允许值。试验电压可用静电电压表监测。

总结：由以上分析可知无论采用整体测试法还是采用自激法测试无中间抽压端子电容器的介损值，都各有其局限性。用整体法测试时主要发映的是电容C1的绝缘情况，对电容C2的反应并不灵敏，用自激法测试时C1的测试结果受小套管表面的泄漏和δ端子对地的泄漏以及绝缘板的绝缘性能的影响往往与真实值有较大的偏差，而C2的测试结果则比较真实，但也排除不了测试方法本身存在的误差影响。为了能更有效的达到我们的试验目的，对C1、C2的绝缘状态都有较好的把握，建议在条件允许的情况下，尽量采用自激法测电容C2的介损值。由于电容C1、C2都装于同一瓷套内，其实际介损值应相差不大，如用自激测出的C1介损值与C2介损值偏差太大（即小套管表面的泄漏和引出端子板上的δ端子对地的泄漏以及绝缘板的绝缘性能对C1的测试值影响太大）时，应以C2的介损值为参考，用整体法进行复测，如复测结果与C2的介损值较为接近，则应以此值作为C1的介损值

3.结束语

电容式电压互感器按照其安装位置不同,可分为母线、线路等几种。对于母线CVT,由于该CVT与氧化锌避雷器MOA相连,不必拆除高压引线,只拉开CVT与母线间的一次刀闸,氧化锌避雷器MOA可承受施加于CVT上的交流试验电压,流经避雷器的电流由试验电源提供,不流过电桥本身,故并联的氧化锌避雷器MOA不会对测量产生影响。而线路CVT由于

不经隔离开关而直接与线路相连,若使用自激法试验电压将随线路送出,这是不允许的。因此,需拆除高压引线。