黃倫，盧鵬博，張欣宜

（1.國網(wǎng)陜西省電力公司西安供電公司；2.數(shù)邦電力科技有限公司，陜西 西安 710000）

本文依靠薄膜電容器技術方案改進及性能優(yōu)化和改進抑制鐵磁諧振方案，在解決現(xiàn)有核心傳感技術絕緣不可靠、精度不穩(wěn)定等一系列問題的前提下，提出了一種小型化、高可靠性的電容式電壓傳感器的制造方案并介紹了相關應用實例。

1 10kV新型CVT的設計思路

傳統(tǒng)CVT技術成熟，但由于其構造的復雜性，導致體積大、重量大，倘若直接應用在配網(wǎng)一二次融合中，其無法與開關進行深度融合。為了實現(xiàn)CVT與開關深度融合，減小CVT的體積和重量是不可逾越的一個技術難題。因此，在傳統(tǒng)CVT的基礎上，CVT的主要構造：電容、中間變壓器，均需要重新設計。以下將詳細進行說明。

1.1 電容器的優(yōu)化

CVT的高電壓主要由電容分壓器承受，因而電容器的介質(zhì)材料選用是十分重要的。20世紀80年代后期，國內(nèi)外幾乎同時用聚丙烯薄膜與電容器紙復合浸漬有機合成絕緣油介質(zhì)取代電容器紙浸礦物油介質(zhì)。由于薄膜耐電強度是油浸紙的4倍，介質(zhì)損耗則降為后者的1/10，加之合成油的吸氣性能良好，采用膜紙復合介質(zhì)后可使CVT電容量增大，介損降低，局部放電性能改善，絕緣裕度提高。同時，由于薄膜與油浸紙的電容溫度特性是互補的，合理的膜紙搭配可使電容器的電容溫度系數(shù)大幅降低。這些都為CVT準確度提高和額定輸出增大以及運行可靠性的提高創(chuàng)造了條件。

通過對市場上現(xiàn)有的薄膜電容器研究及試驗，我們選用金屬化薄膜電容作為CVT的分壓電容。

在傳統(tǒng)金屬化膜電容的基礎上，我們采用了獨特的絕緣結(jié)構設計，使得電容器電場分布均勻，電容比特性好；介質(zhì)采用了最好的pp膜；設計場強小于傳統(tǒng)設計的1/5；并通過獨特的設計實現(xiàn)了電容器的高可靠性的絕緣（工頻耐壓：48kV,1min；雷電沖擊耐受電壓（峰值）：75kV；截斷雷電沖擊耐受電壓（峰值）：85kV）、大容量的主電容（可達2nF）、較小的局部放電水平（≤10pC）以及穩(wěn)定的電容參數(shù)（電容溫度系數(shù)為1.5×10-4）。

總的來說，本次設計采用新型金屬化膜電容器，在克服傳統(tǒng)金屬化膜電容容衰的基礎上，優(yōu)化了電容的溫度特性，在同樣的體積下，提高了電容器的耐壓水平。體積小，穩(wěn)定性好，精度高，適用于一二次融合互感器的分壓電容。

1.2 抑制鐵磁諧振

傳統(tǒng)CVT中阻尼電阻的作用是抑制鐵磁諧振。10kV的CVT一樣存在鐵磁諧振的問題，鐵磁諧振原理圖如圖1。

圖1 鐵磁諧振原理圖

在電源電壓E一定的條件下，電路出現(xiàn)a、b、c三個平衡點，其中b點是不穩(wěn)定的。在b點時，回路中電流有任何微小擾動，都會使其傾向a或c兩個穩(wěn)定點中的一個，故b點不成為回路的實際工作點?；芈饭ぷ髟赼點時，＜，整個回路為感性，電感和電容上電壓都不高，電流也不大，處于非諧振狀態(tài)。當工作在c點時，＞，回路呈容性，電流增大，電容和電感都出現(xiàn)較高的過電壓，此時回路處于諧振狀態(tài)。

由圖1（c）鐵芯線圈伏安特性曲線圖可以看出，C工作點對應CVT中間變壓器鐵心飽和時的工作狀態(tài)。如果可以提高變壓器鐵心飽和點，使變壓器在2乃至4也達不到飽和點，那么中間變壓器將始終工作在非飽和狀態(tài)下，微小的電壓擾動也不會造成CVT鐵磁諧振。而我們目前通過選用特定的材料來提高鐵芯飽和點，已達到上述目標。并且利用此方案，可以省去二次側(cè)的阻尼電阻，對于優(yōu)化CVT體積也起到了很大的作用。

1.3 10kV電容式電壓傳感器的原理及構造

基于上述改進方案，研制的CVT原理圖如圖2。

本次設計采用三臺接地的電容式電壓互感器輸出三相電壓信號，零序電壓信號由三相零序電壓繞組的電壓輸出疊加產(chǎn)生。在很小的體積下，實現(xiàn)了三相電壓和三相零序保護信號的輸出，在完成一二次深度融合的工作上是一個很大的突破。

在實際的產(chǎn)品中，CVT主要包括兩部分：一是電容分壓器，二是隔離變壓器。其中電容分壓器采用特殊材料澆筑成型，以此保證其高絕緣性；隔離變壓器采用特殊繞制手法及相關工藝處理，以保證其性能的穩(wěn)定性。

圖2 10kV電容式電壓傳感器原理圖

1.4 CVT 相關試驗

為了進一步在實際中驗證所研制的新型CVT性能，特進行以下試驗。所有試驗均依據(jù)團體標準T/CES018-2018《配電網(wǎng)10kV及20kV交流傳感器技術條件》中的要求進行。

（1）電容器溫度試驗。在-40～70℃，高壓電容器溫度系數(shù)為-0.8×10-4、低壓電容器溫度系數(shù)為-0.8×10-4，高低壓電容器溫度系數(shù)相等且絕對值小于標準規(guī)定的1.5×10-4。由此可見，電容溫度性能良好。

（2）CVT（準確度）溫度特性試驗。

①CVT（比值差）溫度特性試驗（如表1、圖3）?？梢娫诓煌瑴囟取⒉煌妷喊俜直认?，互感器比值差均在團標規(guī)定范圍內(nèi)，比值差溫度準確度符合標準要求。

表1 CVT溫度準確度試驗數(shù)據(jù)表

圖3 CVT不同電壓下不同溫度時的比值差變化

②CVT（相位差）溫度特性試驗（如表2、圖4）?？梢娫诓煌瑴囟取⒉煌妷喊俜直认?，互感器相位差均在團標規(guī)定范圍內(nèi)，相位差準確度符合標準要求。

表2 CVT溫度準確度試驗數(shù)據(jù)表

圖4 CVT不同電壓下不同溫度時的相位差變化

③CVT絕緣水平試驗（如表3～5）。由此可見，CVT絕緣水平滿足標準要求。

表3 CVT絕緣水平試驗結(jié)果

表4 CVT局放試驗參數(shù)要求

表5 CVT局放試驗結(jié)果

2 結(jié)語

從前述理論分析及試驗結(jié)果來看，這種新型CVT具有體積小、重量輕、溫度準確度良好、絕緣水平性能指標良好等特點，并且其可以實現(xiàn)與10kV斷路器的深度融合，其融合后開關在配網(wǎng)一二次融合中必將會有廣大的發(fā)展空間。