麻守孝，蘇進(jìn)勝，張?jiān)气P，馬守豐，蔣自金

(1.宜賓電業(yè)局，四川 宜賓 644000;2.西寧供電公司，青海 西寧 810001;3.青海省電力公司檢修公司，青海 西寧 810001)

0 概述

電容式電壓互感器(capacitor voltage transformer，CVT)廣泛應(yīng)用于工頻50 Hz的高壓和超高壓中性點(diǎn)直接接地電力系統(tǒng)中，作為電壓及功率測(cè)量、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置抽取電壓信號(hào)。其總體上可分為電容分壓器和電磁單元兩大部分，電容分壓器由主電容及分壓電容組成，電磁單元由中間變壓器、補(bǔ)償電抗器、限壓裝置和阻尼器等組成，如圖1所示。根據(jù)電容分壓器和電磁單元的組裝方式，可分為疊裝式和分裝式兩大類(lèi)，目前國(guó)內(nèi)常見(jiàn)電容式電壓互感器大都采用疊裝式結(jié)構(gòu)。疊裝式是電容分壓器疊裝在電磁單元油箱之上，電容分壓器的下節(jié)底蓋上有一個(gè)中壓出線套管和一個(gè)低壓端子出線套管，伸入電磁單元內(nèi)部將電容分壓器中壓端與電磁單元相連［1］。

電容分壓器采用戶(hù)外式瓷套外殼，內(nèi)裝經(jīng)過(guò)高真空浸漬處理的若干元件串聯(lián)組成的電容芯子，元件由電容器紙和聚丙烯薄膜組成的復(fù)合介質(zhì)與鋁箔卷繞而成。瓷套內(nèi)灌注12烷基苯等絕緣油，并裝有金屬膨脹器，瓷套內(nèi)的絕緣油預(yù)加了一定的油壓以補(bǔ)償油體積隨溫度的變化。220 kV電壓等級(jí)的電容式電壓互感器有兩個(gè)主電容C11和C12，電容C12和分壓電容C2是裝在同一個(gè)絕緣瓷套內(nèi)，分壓電容器C2的高壓端和低壓端引線分別通過(guò)瓷套由電容器底板引出，接到電磁單元中間變壓器的一次繞組高壓端和二次端子接線板上的δ通訊端。

電容式電壓互感器底部的金屬箱為電磁裝置，箱體內(nèi)裝有中間變壓器、補(bǔ)償電抗器、限壓裝置和阻尼器等。箱體內(nèi)灌注絕緣油，油面至箱頂預(yù)留有規(guī)定的空間距離，以補(bǔ)償絕緣油體積隨溫度的變化。中間變壓器二次繞組由電磁裝置側(cè)面的接線盒引出。阻尼器由電阻、電感、電容元件組成諧振型或速飽和型阻尼器，長(zhǎng)期接在輔助二次繞組兩端。補(bǔ)償電抗器與分壓電容C2組成串聯(lián)諧振回路，以消除高次諧振波，同時(shí)能抑制諧波的放大，減小電壓波形畸變;當(dāng)系統(tǒng)電壓波動(dòng)時(shí)，不至于影響互感器電壓比的變化。

圖1 CVT電氣原理圖

1 電容分壓器介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試的意義

絕緣介質(zhì)在高電壓作用下，都有能量損耗，這些損耗稱(chēng)為介質(zhì)損耗。介質(zhì)損耗會(huì)使絕緣材料溫度上升，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)p耗越大，此時(shí)溫升越高，如此惡性循環(huán)。如果介質(zhì)溫度高達(dá)使絕緣體熔化、燒焦，則會(huì)使介質(zhì)失去絕緣性能而造成熱擊穿。電容式電壓互感器發(fā)生運(yùn)行事故，主要是由于生產(chǎn)廠家對(duì)電容芯子烘干不好留有較多水份，或元件卷制后沒(méi)有及時(shí)轉(zhuǎn)入壓裝，造成元件在空氣中滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，個(gè)別電容器由于膠圈密封不嚴(yán)進(jìn)入水份，在卷制過(guò)程中碰破電容器紙，使絕緣中局部受潮或發(fā)生局部放電，聚積大量能量形成熱擊穿，從而使其內(nèi)部壓力不斷增加而超過(guò)外瓷套的強(qiáng)度所造成的。因此介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試是電容式電壓互感器絕緣監(jiān)測(cè)中衡量其絕緣水平的一項(xiàng)重要試驗(yàn)項(xiàng)目。

另外，運(yùn)行中的電容式電壓互感器，當(dāng)二次電壓為零或在開(kāi)口繞組出現(xiàn)電壓信號(hào)時(shí)，退出運(yùn)行后應(yīng)首先檢測(cè)主電容和分壓電容的電容量及介質(zhì)損耗因數(shù)，以及中間變壓器的變壓比或電容分壓器的分壓比。運(yùn)行條件下C2和中間變壓器一次繞組電感在過(guò)電壓下易于損壞，對(duì)于一次繞組的斷線或短路故障，可以在用自激法測(cè)量電容分壓器介質(zhì)損耗因數(shù)的同時(shí)來(lái)發(fā)現(xiàn)故障［2，3］。

交接驗(yàn)收試驗(yàn)和缺陷檢測(cè)時(shí)，自激法測(cè)量電容式電壓互感器的主電容C12和分壓電容C2作為原始記錄存檔和故障后的分析比較有實(shí)用性。

2 介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量的方法

在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中，西林電橋測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)的接線方式主要有正接線和反接線，如圖2和圖3所示。

圖2 正接線

圖3 反接線

2.1 正接線測(cè)量

當(dāng)被測(cè)試品兩端對(duì)地絕緣，高壓加在試品兩端，此時(shí)所測(cè)介質(zhì)損耗因數(shù)為試品的實(shí)際值，由于試品在高電位，試品與大地之間的雜散電容很小可以忽略。并且，此時(shí)電橋處于低電位，試驗(yàn)電壓不受電橋絕緣水平限制。

2.2 反接線測(cè)量

當(dāng)被測(cè)試品一端牢固接地時(shí)，無(wú)法用正接線進(jìn)行測(cè)量，此時(shí)可利用反接線進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)電橋處于高電位，由于試品一端接地，非接地端與大地之間的雜散電容影響較大，此時(shí)所測(cè)值為被測(cè)試品與雜散電容并聯(lián)時(shí)的值。在反接線中雜散電容對(duì)其的影響最為嚴(yán)重。

2.3 兩種方法的比較

按正接線測(cè)量電容介質(zhì)損耗因數(shù)時(shí)，測(cè)量結(jié)果是實(shí)際被測(cè)試品的介質(zhì)損耗因數(shù)。而電容高壓側(cè)與周?chē)拥夭糠种g的電容和介質(zhì)損耗因數(shù)均被屏蔽掉(電橋正接線測(cè)量時(shí)，接地點(diǎn)是電橋屏蔽點(diǎn))。為了在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方便，可按照正接線直接測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)，便可以靈敏地發(fā)現(xiàn)其進(jìn)水受潮等絕緣缺陷;而按反接線測(cè)量電容介質(zhì)損耗因數(shù)時(shí)，由于被測(cè)試設(shè)備本身電容小，而電容未接地端高壓側(cè)與周?chē)拥夭糠种g的雜散電容所占比例相對(duì)就比較大，也就對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大的影響。

經(jīng)分析可知電容高壓側(cè)與周?chē)拥夭糠种g的雜散電容是導(dǎo)致反接線測(cè)量產(chǎn)生誤差最主要的原因，當(dāng)運(yùn)用適當(dāng)?shù)钠帘畏椒▽?duì)反接線法進(jìn)行改進(jìn)，必能將相應(yīng)的雜散電容屏蔽掉，從而得到測(cè)試品本身的電容及介質(zhì)損耗因數(shù)值，此方法定義為反接線低壓屏蔽法。

3 220 kV電容式電壓互感器主電容C11介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試方法

220 kV電容式電壓互感器主電容C12和分壓電容C2可以采用自激法進(jìn)行測(cè)量。傳統(tǒng)方法在測(cè)試主電容C11時(shí)必須拆開(kāi)一次高壓引線，再用正接線進(jìn)行測(cè)量，但由于電力設(shè)備的電壓等級(jí)越高，其器身也越高，引接線面積越大，感應(yīng)電壓也越高，拆除一次高壓引線需要用升降車(chē)、吊車(chē)，工作量大，拆接時(shí)間長(zhǎng)，耗資大，且對(duì)人身及設(shè)備安全均構(gòu)成一定威脅。為提高試驗(yàn)工作效率，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省人力、物力，減少停電時(shí)間，220 kV電容式電壓互感器主電容C11及耦合電容器的上節(jié)電容的介質(zhì)損耗因數(shù)可以采用不拆高壓引線反接線低壓屏蔽方法進(jìn)行測(cè)量。

3.1 220 kV白沙變電站沙高北線265電容式電壓

電容分壓器出廠試驗(yàn)值為如下。

3.2 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

(1)應(yīng)準(zhǔn)備的儀器設(shè)備:QS1型交流電橋、高壓靜電電壓表Q3-V、調(diào)壓器TDGC-5/0.25、電壓表0-50 V-300 V、電流表0-10 A、試驗(yàn)線;

(2)準(zhǔn)備好施工“三措”、“三查”、辦理第一種工作票;

(3)交待安全措施、帶電部位、技術(shù)交底和危險(xiǎn)點(diǎn)分析與控制;

(4)拆除端子盒內(nèi)的二次線，并做好標(biāo)記。

3.3 主電容C11電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量

測(cè)量時(shí)符合試驗(yàn)條件的良好天氣，將絕緣瓷套表面的污垢檫試干凈。使用抗干擾自動(dòng)介損測(cè)試儀，將測(cè)量線Cx接至主電容 C11與C12之間的連接處，并保證接觸良好，同時(shí)上節(jié)電容器頂端必須可靠接地。采用交流電橋的反接線方式進(jìn)行測(cè)量，為了消除電場(chǎng)干擾、表面電導(dǎo)和高壓端對(duì)地雜散電容的干擾，應(yīng)將上瓷套下端、下瓷套上端和低電位端δ點(diǎn)用軟銅線屏蔽，并接到介損測(cè)試儀的屏蔽端。使干擾電流不經(jīng)過(guò)測(cè)量回路，而返回到電源側(cè)。檢查試驗(yàn)接線正確，無(wú)關(guān)人員離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)后，采用介損儀的反接線抗干擾內(nèi)接方式試驗(yàn)。

圖4 主電容C11介質(zhì)損耗測(cè)試原理圖

電容式電壓互感器及耦合電容器低電位端δ點(diǎn)絕緣水平為4 kV。試驗(yàn)中為了不使低電位端擊穿損壞，試驗(yàn)電壓不宜過(guò)高，一般為3 kV。這里統(tǒng)計(jì)了兩年對(duì)十多臺(tái)電容式電壓互感器及耦合電容器拆除一次線和不拆線的對(duì)比、綜合分析。所測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，誤差在允許范圍之內(nèi)，符合《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的要求。實(shí)用于現(xiàn)場(chǎng)預(yù)防性檢修電氣試驗(yàn)，目前已取得滿(mǎn)意的效果。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 兩年試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

4 結(jié)論

由理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得:在測(cè)量220 kV電容式電壓互感器主電容C11介質(zhì)損耗因數(shù)時(shí)，對(duì)上瓷套下端、下瓷套上端和低電位端δ點(diǎn)用軟銅線進(jìn)行低壓屏蔽，就可以采用反接線低壓屏蔽法進(jìn)行介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量，且與正接線測(cè)得數(shù)據(jù)的誤差在規(guī)程允許范圍之內(nèi)。為了提高工作效率，減少停電時(shí)間，在現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)可以采用前面所介紹的方法。

［1］陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)方法及診斷技術(shù)［M］.北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2004.

［2］馬文磊.電壓互感器介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量的結(jié)果分析［C］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)第九屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議，2006:739-742.

［3］邢惜波.淺談串級(jí)式電壓互感器介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試［J］.廣東水利水電，2004(5):77-78.