范衛(wèi)國(guó)

中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)遼寧電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司

電容式電壓互感器諧波測(cè)量誤差分析

范衛(wèi)國(guó)

中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)遼寧電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司

本文對(duì)測(cè)量CVT諧波變比的試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行了研究。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于CVT的阻抗呈現(xiàn)容性，而升壓變阻抗呈現(xiàn)感性，利用小容量試驗(yàn)用升壓變提供高壓諧波電壓的試驗(yàn)方案會(huì)出現(xiàn)諧波放大和衰減的現(xiàn)象，影響了試驗(yàn)系統(tǒng)的安全性和試驗(yàn)結(jié)果的精確度，這種試驗(yàn)方案存在較大的問(wèn)題。本文提出了更換大容量升壓變壓器的新方案，該方案能夠確保高壓側(cè)諧波電壓的穩(wěn)定，達(dá)到了對(duì)CVT諧波變比進(jìn)行測(cè)量的目的，為進(jìn)行諧波條件下CVT測(cè)量誤差的試驗(yàn)研究提供了依據(jù)。

CVT；諧波測(cè)量；誤差分析

電容式電壓互感器(CVT)被廣泛應(yīng)用于高壓系統(tǒng)中的電壓測(cè)量、繼電保護(hù)及載波通信等場(chǎng)合。文中研究諧波條件下CVT測(cè)量誤差的試驗(yàn)分析方法。設(shè)計(jì)了采用試驗(yàn)用小容量升壓變壓器提供高壓諧波源的試驗(yàn)平臺(tái)，分析了高壓側(cè)諧波電壓放大和衰減的原因，通過(guò)仿真驗(yàn)證了所得結(jié)論的正確性。在此基礎(chǔ)上提出了將試驗(yàn)升壓變壓器更換為大容量普通升壓變壓器的方案，完成了CVT諧波測(cè)量誤差的試驗(yàn)。

1 CVT誤差理論分析

CVT一次本體由電容分壓器和電磁單元兩部分組成。電容分壓器的采用，改善了電壓互感器的絕緣性能，使其在特高壓工程中得到了大量使用。但作為一種開放式結(jié)構(gòu)，電容分壓器的分壓比受臨近效應(yīng)影響明顯，按照現(xiàn)行交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的離線校驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)際運(yùn)行情況有一定的偏差，特高壓用CVT分壓器電容量較小，外形尺寸較大，因此這種情況在特高壓用CVT中表現(xiàn)得十分明顯。

2 基于電容電流法測(cè)量CVT諧波方法

目前，對(duì)于電網(wǎng)電能質(zhì)量分析，大部分信號(hào)直接取CVT二次側(cè)出線端的失真信號(hào)，這就導(dǎo)致諧波分析儀器不能準(zhǔn)確獲取電網(wǎng)一次側(cè)諧波信號(hào)，其結(jié)果不能正確反映實(shí)際電網(wǎng)諧波情況。為了有效檢測(cè)CVT的傳輸特性，使其可以對(duì)諧波分量進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)試，有文獻(xiàn)提出了一種首先通過(guò)測(cè)量CVT傳輸函數(shù)，然后采用軟件離線修正諧波測(cè)量結(jié)果。還有一部分測(cè)試方法是網(wǎng)絡(luò)分析儀法和高壓諧波注入法等。此類方法雖然理論上可以得出傳輸特性，但由于每一臺(tái)CVT的傳輸特性均不同，需要對(duì)每臺(tái)CVT進(jìn)行測(cè)量，獲得其傳輸函數(shù)，工作量巨大，實(shí)際工程中不適宜推廣使用。為了解決CVT不能用于諧波測(cè)量的技術(shù)難題，經(jīng)過(guò)分析了CVT電容容抗隨頻率變化的特性參數(shù)，文中提出了一種通過(guò)測(cè)量流過(guò)CVT高、中壓電容電流計(jì)算電網(wǎng)電壓的方法，并驗(yàn)證了該方法的可行性及有限性，最后設(shè)計(jì)了基于電容電流法的CVT諧波測(cè)試系統(tǒng)。

3 電容式電壓互感器諧波測(cè)量誤差分析

3.1 頻率影響

頻率是影響CVT誤差的第二大因素。其實(shí)，不僅是CVT，所有一次開關(guān)設(shè)備在溫度變化時(shí)，不可避免地都會(huì)對(duì)設(shè)備性能產(chǎn)生影響。我國(guó)所有的開關(guān)設(shè)備都是基于50Hz進(jìn)行設(shè)計(jì)的，但針對(duì)不同種類的產(chǎn)品，頻率的影響輕重又不完全相同。對(duì)于CVT來(lái)說(shuō)，頻率改變對(duì)電容器絕緣性能影響不大，但對(duì)誤差影響較大。CVT變壓器的原邊電壓靠低壓電容器分壓提供，而電容器電容量隨電網(wǎng)頻率的改變而改變。當(dāng)電容量改變后，即使分壓比變化很小或不變化，一次回路的等值容抗也勢(shì)必變化，此時(shí)已不等于中間變壓器和補(bǔ)償電抗器構(gòu)成的等值感抗，原有設(shè)計(jì)的串聯(lián)諧振回路被破壞，必將引起誤差變化。

3.2 在線誤差數(shù)據(jù)分析

進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)CVT誤差交接測(cè)試時(shí)，如果出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)互感器的高度較低，則會(huì)造成高壓引線的角度小于90°，高壓引線的角度不同會(huì)改變柱式CVT的電容分壓器有效分壓比。當(dāng)高壓引線與電容分壓器疊柱夾角由大變小時(shí)，引線對(duì)電容疊柱的雜散電容將增大，引線對(duì)疊柱的雜散電流也將增大，C2流過(guò)的電流也增大，C2上的分壓也提高，造成比值差正向漂移，相位差向負(fù)漂移。交接試驗(yàn)完畢后，CVT位置不再發(fā)生改變。

3.3 頻率影響

電網(wǎng)頻率額定為50Hz，但實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，受用電負(fù)荷與發(fā)電量的平衡影響，會(huì)有小幅度波動(dòng)，CVT測(cè)量繞組應(yīng)在電網(wǎng)頻率49.5Hz-50.5Hz之間滿足測(cè)量精度要求。因此，為檢驗(yàn)研制系統(tǒng)在不同頻率下的性能，按照2.1試驗(yàn)時(shí)的接線方式，改變功率源的頻率做系統(tǒng)頻率影響的試驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出：頻率變化時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和比差基本沒(méi)有影響，對(duì)角差影響較大，頻率為49.9Hz和50Hz時(shí)，兩通道的角差為正值，當(dāng)頻率為50.5Hz，兩通道的角差變?yōu)?0.006分，但絕對(duì)值都很小，遠(yuǎn)小于同級(jí)別CVT的角差誤差限值±2分。因此，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在不同頻率下的穩(wěn)定性以及準(zhǔn)確度符合設(shè)計(jì)要求。

3.4 自激法試驗(yàn)誤差分析

電容式電壓互感器為了消除容抗壓降因二次負(fù)荷變化引起的電壓變化，采用了補(bǔ)償電抗器，有ZL＝1/[ω(C1＋C2)]，ZL為補(bǔ)償電抗器電磁單元中間變壓器漏抗之和。測(cè)試分壓電容時(shí)，分壓電容與ZL串聯(lián)，且分壓電容C2較大，即分壓電容容抗值接近于ZL感抗值，容易引起諧振，因此二次自激端子da、dn所加電壓應(yīng)較小，否則會(huì)引起分壓電容與ZL所在回路過(guò)壓，但通過(guò)監(jiān)測(cè)試品電流可以控制過(guò)壓。此外，N端子電壓有一定耐壓范圍，且N端子所加電壓過(guò)高會(huì)導(dǎo)致容量問(wèn)題，因此必須對(duì)N端子電壓進(jìn)行限制，出廠時(shí)的N端子耐壓一般為4kV，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)多取為2kV。

結(jié)束語(yǔ)

對(duì)諧波條件下電容式電壓互感器(CVT)的測(cè)量誤差進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)研究。依據(jù)CVT的結(jié)構(gòu)和工作原理，推導(dǎo)得出了其變比的頻率響應(yīng)特性，得出了諧波幅值測(cè)量誤差的理論表達(dá)式。以此為基礎(chǔ)，分析了不同因素對(duì)測(cè)量誤差的影響規(guī)律，結(jié)合典型CVT的結(jié)構(gòu)和參數(shù)對(duì)所得結(jié)論進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。設(shè)計(jì)了CVT測(cè)量誤差的試驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了此分析結(jié)論的正確性。

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