馮躍

(云南電網(wǎng)公司文山供電局，云南 文山 663000)

異頻技術(shù)電容式電壓互感器測(cè)試

馮躍

(云南電網(wǎng)公司文山供電局，云南 文山 663000)

分析了傳統(tǒng)CVT檢定原理存在的問題，并對(duì)影響CVT誤差的因素進(jìn)行了介紹，研究應(yīng)用異頻小信號(hào)測(cè)試原理實(shí)現(xiàn)CVT的誤差檢定的方法，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。

電容式電壓互感器；傳統(tǒng)CVT校驗(yàn)方法；諧振升壓；異頻小信號(hào)測(cè)試法

0 前言

電容式電壓互感器 (Capacitor Voltage Transformer，簡(jiǎn)稱CVT)具有絕緣強(qiáng)度高、不會(huì)與系統(tǒng)產(chǎn)生鐵磁諧振、價(jià)格低廉、可兼做載波耦合電容器等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外，電容式電壓互感器已普遍應(yīng)用到72.5 kV～800 kV電力系統(tǒng)中。在我國(guó)，電壓范圍已經(jīng)覆蓋了35 kV～1 000 kV電壓等級(jí)。在110 kV～220 kV電壓等級(jí)變電站內(nèi)，CVT用量已占90%以上。而330 kV～1 000 kV電壓等級(jí)變電站，全部選用安裝了CVT。即使在CVT價(jià)格無優(yōu)勢(shì)的35 kV～66 kV電壓范圍內(nèi)，為確保消除電壓互感器與系統(tǒng)產(chǎn)生的鐵磁諧振，部分變電站也選用安裝了CVT。二次計(jì)量?jī)x表的數(shù)字化以及繼電保護(hù)的微機(jī)化大幅度降低了CVT的二次實(shí)際使用負(fù)荷，而對(duì)計(jì)量設(shè)備的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度以及計(jì)量的公平、公平要求越來越高，這就要求需要按規(guī)程要求 (JJG1021-2007)定期對(duì)CVT進(jìn)行誤差和二次回路負(fù)荷的檢定，以確保其運(yùn)行誤差滿足國(guó)家計(jì)量相關(guān)規(guī)定的要求。以下就傳統(tǒng)檢定方法進(jìn)行分析，并找出影響檢定工作的根源，并介紹應(yīng)用小信號(hào)測(cè)試法實(shí)現(xiàn)CVT誤差檢定的原理和優(yōu)勢(shì)，通過現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證得出測(cè)試方法的可行性。

1 傳統(tǒng)CVT校驗(yàn)方法

1.1 基本原理

傳統(tǒng)CVT檢驗(yàn)方法采用測(cè)差法原理，即將標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器，與被檢的電容式電壓互感器接成并聯(lián)回路，在一次側(cè)施加相同的電壓，并取得標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器和被檢CVT的二次差壓信號(hào)，在一定的二次電壓作為工作電壓的情況下，用互感器校驗(yàn)儀對(duì)差壓信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，取得與工作電壓之間的幅值與相位關(guān)系，即為被檢CVT的比差和角差，又稱同相分量和正交分量，測(cè)試接線原理圖如圖1。

測(cè)試需要使用測(cè)試設(shè)備有升壓裝置 (由調(diào)壓器、勵(lì)磁變壓器、電抗器組成)、標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器、負(fù)載箱、誤差測(cè)試儀等。

1.2 發(fā)展?fàn)顩r

由于CVT容性負(fù)載大 (最大可達(dá)幾萬pF)，所需的勵(lì)磁變壓器和電源的容量大、電壓等級(jí)高，故現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)非常困難，升壓裝置成為最難解決的

圖1 傳統(tǒng)CVT檢定方法電路圖

圖中：LZ1～LZn—諧振電抗器；PT0—標(biāo)準(zhǔn)電壓第感器；CVT—被檢測(cè)電容式電壓互感器；Y1，Y2—電壓負(fù)載箱。

問題。早期，采用搭積木式的升壓方法，即用幾個(gè)升壓變壓器簡(jiǎn)單串聯(lián)，然后升到規(guī)程電壓后測(cè)量誤差。2000年左右，開始逐漸采用諧振升壓裝置，諧振升壓方式有兩種，并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振。

并聯(lián)諧振升壓測(cè)量原理如圖2所示。圖2中的補(bǔ)償電抗器L為多個(gè)高壓電抗器的組合，誤差測(cè)試升壓電路通過改變電感 (即補(bǔ)償電抗器)來達(dá)到諧振。試驗(yàn)時(shí)，并聯(lián)接入的補(bǔ)償電抗器為測(cè)試回路提供電感性 (即滯后)的無功電流，與被測(cè)

CVT的電容性無功電流相互補(bǔ)償，使整個(gè)電路近似達(dá)到諧振。

圖2 并聯(lián)諧振升壓測(cè)量CVT原理圖

串聯(lián)諧振也稱為電壓諧振，諧振時(shí)電容上的電壓和電感上的電壓大小相等，方向相反，而數(shù)值卻是電源的Q倍。串聯(lián)諧振測(cè)量誤差原理如圖3所示。諧振升壓充分利用了CVT本身的電容單元，使用多臺(tái)電抗器疊裝與被試CVT構(gòu)成諧振回路產(chǎn)生高壓試驗(yàn)電源，達(dá)到了部分減少試驗(yàn)設(shè)備的目的。

圖3 串聯(lián)諧振升壓測(cè)量CVT原理圖

對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)變比CVT(如550 kV)的測(cè)量，由于沒有相同電壓等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器，只能借助感應(yīng)分壓器來實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)，如圖4非標(biāo)準(zhǔn)變比電壓互感器校驗(yàn)方法原理圖。但是該方法存在缺陷：低電壓等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)高壓等級(jí)的CVT，不能在規(guī)程規(guī)定的電壓 (80%、100%和120%)下進(jìn)行校驗(yàn)，導(dǎo)致結(jié)果不符合實(shí)際情況。

圖4 非標(biāo)準(zhǔn)變比PT校驗(yàn)CVT的原理圖

為了降低現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備的體積和重量，也可以采用電容式電壓比例標(biāo)準(zhǔn)器實(shí)現(xiàn)CVT的誤差檢定，即使用標(biāo)準(zhǔn)電容器和電容分壓箱以及110 kV電壓等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器組成電容式電壓互感器標(biāo)準(zhǔn)，來實(shí)現(xiàn)220 kV以上CVT的誤差試驗(yàn)，這樣就免去制造體積重量大、成本高的220 kV及以上電壓等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)PT，測(cè)試過程分為校準(zhǔn)和測(cè)量?jī)刹糠帧?/p>

1)使用110 kV標(biāo)準(zhǔn)PT校驗(yàn)高壓分壓電容和低壓分壓電容的分壓電容比的準(zhǔn)確度達(dá)到0.05級(jí)以上，滿足校驗(yàn)0.2級(jí)CVT要求。

2)利用校準(zhǔn)后的高低壓分壓電容器作為標(biāo)準(zhǔn)PT測(cè)試被試CVT誤差。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)電容測(cè)量CVT誤差原理圖

不論采用何種升壓方式來進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)CVT的校驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)還是非常困難，為此近年來開展了CVT在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，通過對(duì)CVT的泄露容性電流、介損、二次電壓及二次負(fù)荷等參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)來判斷CVT誤差是否發(fā)生變化，但此方法并不能直接反應(yīng)CVT誤差的真實(shí)狀況。

1.3 存在問題

1)升壓測(cè)試，電壓高，對(duì)設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)電源容量要求大，安全性差，現(xiàn)場(chǎng)電源匹配難。

2)設(shè)備重量重、體積大，運(yùn)輸安全困難。3)測(cè)試成本高。

4)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試條件要求高，部分現(xiàn)場(chǎng)受條件限制難以開展現(xiàn)場(chǎng)檢定工作。

2 CVT誤差原理

2.1 工作原理

CVT由電容分壓?jiǎn)卧⒀a(bǔ)償單元、中間變壓器和阻尼單元組成。電容分壓?jiǎn)卧譃楦邏弘娙莺椭袎弘娙荩謮狐c(diǎn)引出電壓輸出端，通過補(bǔ)償電抗器和電磁式互感器 (中間變壓器)相連，負(fù)載直接和電磁式互感器的二次繞組相接，如圖6所示：

圖6 CVT原理圖

圖中：C-電容分壓器C1-高壓電容C2-中壓電容T-中間變壓器δ-載波通訊端子L-補(bǔ)償電抗器Z -阻尼器 1a，1n；2a，2n-主二次繞組接線端子da，dn-剩余電壓繞組接線端子da1，dn1-阻尼器接線端子

2.2 誤差原理

CVT的誤差公式源于等效電路的換算，在忽略阻尼電阻的情況下，將電磁式電壓互感器的二次參數(shù)折算到一次側(cè)，得如下等效電路：

圖7 CVT等效電路圖

中間變壓器 (簡(jiǎn)稱TV)采用T型等效網(wǎng)絡(luò)表示，CVT的等效電路如圖7所示。圖中：ZL為補(bǔ)償電抗器的阻抗，Z1為一次側(cè)內(nèi)阻抗；Z′2為二次內(nèi)阻抗；Z0為勵(lì)磁阻抗；Z′B為二次負(fù)載阻抗。其中， Z′2和Z′B為折算至一次側(cè)的阻抗值。

根據(jù)互感器的誤差分析理論，CVT誤差由兩部分組成，即空載誤差和負(fù)載誤差：

由等效電路可知，空載誤差由電容分壓比引起的誤差和中間變壓器空載誤差組成。

ε0=εc+ε2(2)

其中，εc為電容分壓比引起的誤差，ε2為中間變壓器空載誤差。

令Z1'為圖7中一次回路總阻抗，則CVT等效電路可變?yōu)閳D8所示。

圖8 CVT等效電路圖

由上圖等效電路可知，

由 (1)～(7)式可得，電容式電壓互感器誤差公式為：

結(jié)合式 (3)和 (8)可以看出，只要測(cè)試出CVT的實(shí)際電容值和一次回路的阻抗、勵(lì)磁導(dǎo)納、二次回路阻抗等參數(shù)即可計(jì)算出 CVT的誤差。

3 異頻小信號(hào)測(cè)試原理

3.1 測(cè)試原理

以電容式電壓互感器的等效模型為基礎(chǔ)，通過在CVT的一次側(cè)和二次側(cè)施加異頻小信號(hào)測(cè)量出影響CVT誤差的各個(gè)參數(shù)，并根據(jù)測(cè)量參數(shù)計(jì)算出電容式電壓互感器的比差及角差，測(cè)試接線如圖9。

圖9 異頻小信號(hào)測(cè)試CVT接線圖

1)CVT變比測(cè)量：通過在CVT一次側(cè)施加3 kV測(cè)試信號(hào)，采集CVT各個(gè)二次繞組的電壓信號(hào)，通過計(jì)算得出CVT在3 kV電壓下的變比。

2)中間變壓器變比測(cè)量：將CVT的高壓端與低壓端短接，在其與載波端子之間施加3 kV的測(cè)試信號(hào)，并采集二次各繞組的電壓信號(hào)，通過測(cè)量計(jì)算得到CVT中間變壓器各個(gè)繞組的變比。

3)一次回路阻抗測(cè)試：將CVT的二次繞組短接，將CVT的高壓端與低壓端短接，并在其與載波端子之間施加測(cè)試信號(hào)，并采集回路的返回信號(hào)，通過測(cè)量計(jì)算得到CVT的一次回路阻抗。

4)短路阻抗測(cè)試：將一個(gè)CVT二次繞組短路，并在另外一個(gè)繞組施加電壓信號(hào)，通過測(cè)試多個(gè)參數(shù)計(jì)算出各個(gè)繞組的短路阻抗。

5)輸入阻抗測(cè)試：將CVT的一次側(cè)短接，然后在二次側(cè)通入電流信號(hào)，通過短路阻抗測(cè)試過程所得的二次阻抗值和電路運(yùn)算結(jié)果得到輸入阻抗。

6)電容比測(cè)試：在CVT的一次側(cè)施加電壓信號(hào)，采集低壓端與載波端的電壓信號(hào)，通過輸入阻抗值和一次回路阻抗值運(yùn)算得到電容比值。

7)鐵芯導(dǎo)納測(cè)試：由于鐵芯導(dǎo)納是非線性的，而且考慮到CVT低壓端與載波端的最大電壓不超過3 kV，因此采用降低測(cè)試信號(hào)頻率的方法來達(dá)到實(shí)際電壓點(diǎn)測(cè)試的效果，同時(shí)為了補(bǔ)償由于降低頻率而帶來的測(cè)試結(jié)果變動(dòng)，還采用工頻下小電壓信號(hào)下重復(fù)測(cè)量并對(duì)應(yīng)補(bǔ)償?shù)姆绞健?/p>

3.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

應(yīng)用異頻小信號(hào)測(cè)試原理的CVT現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備整體重量可控制在20kg以內(nèi)，可同時(shí)完成三個(gè)二繞組的誤差測(cè)試，并具有良好的抗現(xiàn)場(chǎng)工頻干擾性能，因此該設(shè)備與傳統(tǒng)測(cè)試設(shè)備相比具有較高的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

1)測(cè)試設(shè)備運(yùn)輸安裝非常方便，節(jié)省了運(yùn)輸和安裝時(shí)機(jī)械設(shè)備的測(cè)試費(fèi)用支出。

2)異頻小信號(hào)在整個(gè)測(cè)試過程中最大施加電壓為3 kV，對(duì)安全距離要求大大減少，且可增加可靠的安全保護(hù)機(jī)制。

3)設(shè)備采用了WINDOWS的操作系統(tǒng)，測(cè)試時(shí)只需輸入相應(yīng)的額定參數(shù)并按接線圖接線即可自動(dòng)開始測(cè)試，整個(gè)測(cè)試過程全自動(dòng)化，可一次完成三個(gè)二次繞組的誤差。

4)功耗方面，設(shè)備整機(jī)功耗在200VA以內(nèi)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電源要求低。

5)由于設(shè)備小型化和便攜化，使得設(shè)備的運(yùn)輸和安裝非常方便，能及時(shí)、快速地對(duì)CVT進(jìn)行檢定。

4 結(jié)束語

本文詳細(xì)分析了電容式電壓互感器傳統(tǒng)檢定方法存在的各種問題，通過對(duì)電容式電壓互感器誤差原理的研究，得出了應(yīng)用異頻小信號(hào)測(cè)試方法，以測(cè)量影響電容式電壓互感器誤差參數(shù)來得到電容式電壓互感器誤差的方法。應(yīng)用此測(cè)試方法的設(shè)備與傳統(tǒng)設(shè)備相比具有較大優(yōu)勢(shì)，通過現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證認(rèn)為，其可作為現(xiàn)場(chǎng)檢定CVT誤差的一種新型測(cè)試手段。

[1]王德忠，王繼梅.電容式電壓互感器誤差特性的研究 [J].高壓電器，2001(1).

[2]郭志華.用電容式電壓互感器標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試CVT誤差的方法[J].計(jì)量技術(shù)，2005(4).

[3]劉振波.220 kV電容式電壓互感器計(jì)量誤差的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)[J].東北電力技術(shù)，2007(3).

[4]天興，王玉橋，劉海，等.國(guó)內(nèi)外電流互感器的發(fā)展現(xiàn)狀[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2008(1).

[5]龍俊飛.異頻技術(shù)在電容式電壓互感器現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)方法中的研究與應(yīng)用 [J].華東科技：學(xué)術(shù)版，2012(11).

Research of the Method on Capacitor Voltage Transformer on-site Calibration

FENG Yue
(Yunnan Wenshan Power Supply Bureau，Wenshan，Yunnan 663000)

This paper analyzes the problems existing in the traditional CVT calibration technology，and introduces the influence factors of the CVT error，and research the calibration CVT method with applying pilot frequency small signal testing principle，and the test the CVT in field to prove its feasibility.

capacitor voltage transformer；traditional CVT calibration method；resonant booster；different frequency small signal testing method

TM45

B

1006-7345(2014)06-0071-04

2014-10-31

馮躍 (1982)，男，助理工程師，云南電網(wǎng)公司文山供電局，長(zhǎng)期從事變電站修試工作 (e-mail)33393011＠qq.com。