电容式电压互感器误差偏移现象的研究.doc

电容式电压互感器误差偏移现象的研究摘 要：通过对电容式电压互感器原理的分析，并进行了大量的试验研究和数据计算，进一步分析了电容式电压互感器误差偏移的原因，及其改进方法；并就现场测试中误差偏移的原因，进行了分析，提出了一些看法。关键词：电容式电压互感器；误差偏移；杂散电容Research on the offset error of Capacitor Voltage TransformerAbstract: Through analysis on the principle of Capacitor Voltage Transformer (CVT) , and a lot of tests and numerical calculations on the generation method source.Further analysis of the CVT error of the reasons for migration, and improvement of methods, and on-site testing of error of the reasons for migration , An analysis made a number of views.Key words: CVT ；offset error；stray capacitance1.概述电容式电压互感器（Capacitor Voltage Transformer 简称CVT）是一种交流电压变换装置，它跨接于高压与零线之间，将高电压转换成各种仪表的工作电压，（国标规定为100/3和100V），其主要用途有：用做商业计量用。主要接于变电站的线路出口和入口上，常用于网与网、站与站之间的电量结算用，这种用途的互感器一般要求0.2级计量精度，互感器的输出容量一般不大；用做继电保护的电压信号源。这种互感器广泛应用于电力系统的母线和线路上，它要求的精度一般为0.5级及3P级，输出容量一般较大；用做合闸或重合闸检同期、检无压信号用，它要求的精度一般为1.0、3.0级，输出容量也不大。现代CVT一般可做到四线圈式，这样，一台产品就集上述三种用途于一身。 2.电容式电压互感器（CVT）的原理分析电容式电压互感器（CVT）主要由电容分压器、中压变压器、补偿电抗器、阻尼器等四部分组成，后三部分总称为电磁单元。2.1 CVT基本工作原理 CVT原理图如图1所示：图1 电容式电压互感器原理图当施加电压U1于C1和C2组成的电容分压器时，利用电容的容抗来分压，则：等值电压：分压比：2.2 CVT基本工作原理的分析 由CVT的工作原理，我们可以看出，它利用电容的容抗来分压，由于形成了较大的内阻抗，使输出电压发生了很大的变化，此时中间电压为： 式中：为中压回路电流 :电容器的容抗为了抵偿的影响，必须在分压回路中串联一只补偿电抗器，这样等值电容的压降就被补偿电抗器及变压器的漏抗压降所补偿，中间电压将只受数值很小的绕组之间的直流电阻的影响。互感器的二次电压与一次电压将获得正确的相位关系。由CVT的构成和原理我们可以得出，其误差包含：分压比误差、电磁单元的误差、电源频率变化和温度变化的附加误差、电容分压器对地的杂散电容。因此其误差具有一定的不确定性。3. CVT误差偏移原因的分析3.1分压比误差由于CVT的固有特性，在工艺处理过程中，电容量要发生一定的变化，因此高压电容和中压电容的实际值和额定值往往是不相等的，因此在CVT中，中间变压器和补偿电抗器分别设有一定的调节轴头，用以调节分压比误差。3.2 电磁单元的误差补偿电抗的轻微变化，不仅可以影响到误差的带宽，而且可以影响到误差带的整体偏移，因此补偿电抗器的设计由为重要，其次，由于空载电流与外施电压的关系呈非线性，从而导致了CVT的空载误差在（0.81.2）UN范围内具有一定误差带宽。国产500kV产品在（0.81.2）UN时空载电压比值误差达0.0412%，这对准确度0.5级的产品影响不达，但对0.2级的产品却不可忽略。(某500产品空载误差特性，图2)图2 CVT空载误差特性3.3 频率特性和温度特性实际电网中，电源的频率经常是偏离额定频率的，这样剩余电抗的值将发生变化相对于额定容抗之比（X0：剩余电抗）即剩余电抗的变化为频率变化量的2倍，这一剩余电抗是无法消除的，从而引起固有的附加误差。即频率特性。温度的变化将引起电容C1 和C2的电容量发生变化，可造成误差偏移。当C1 及C2在不同温度下运行，则电容分压器的分压比将偏移基准温度的值而产生误差。标准规定，电容温度系数绝对值应不大于510-4 K-1,若C1 与C2运行温度相差10K,则分压比误差可达510-410=0.5%。(某500产品频率特性，如表1所示)产品型号(C2:70100pF) 电压(UN)频率（HZ）0.81.01.2轻载满载轻载满载轻载满载49.5f(%)+0.061-0.106+0.071-0.100+0.073-0.095()+1.0+7.3+1.0+7.0+1.0+7.050.00f(%)+0.080-0.100+0.091-0. 090+0.088-0.095()+0.8+6.5+0.8+6.2+0.7+6.050.50f(%)+0.100-0.095+0.120-0.093+0.120-0.086()+0.7+5.3+0.7+5.0+0.6+5.0表1 CVT频率特性3.4 杂散电容影响通过改变高压引线与试品所形成的角度，来改变电容分压器对地的杂散电容，进行测量，数据如表2，3所示：产品型号(C2:69200pF)中间电压20kV 电压(UN)角度0.81.01.2轻载满载轻载满载轻载满载180(C1:5276pF)f(%)+0.081-0.122+0.082-0.120+0.090-0.116()+2.0+6.1+1.8+5.9+1.7+5.690(C1:5278pF)f(%)+0.091-0.112+0.094-0.108+0.102-0.100()+1.0+5.2+0.9+5.0+0.9+4.7f+0.010+0.010+0.012+0.012+0.0120.01645(C1:5280pF)f(%)+0.171-0.032+0.174-0.028+0.185-0.020()-1.0+4.1-1.2+3.9-1.3+3.7f+0.090+0.090+0.092+0.092+0.095+0.09630(C1:5281pF)f(%)+0.185-0.027+0.188-0.023+0.194-0.017()-1.1+4.0-1.3+3.8-1.4+3.6f+0.104+0.095+0.106+0.097+0.104+0.099表2 中间电压20kV产品型号(C2:108900pF)中间电压13kV 电压(UN)角度0.81.01.2轻载满载轻载满载轻载满载180(C1:5300pF)f(%)-0.011-0.1660-0.162+0.010-0.158()+1.4+7.3+1.1+7.0+0.8+6.790(C1:5301pF)f(%)+0.012-0.156+0.015-0.155+0.018-0.154()+1.3+7.0+1.1+6.8+0.9+6.6f+0.023+0.010+0.015+0.007+0.008+0.00445(C1:5302pF)f(%)+0.045-0.110+0.048-0.108+0.051-0.106()+0.7+6.6+0.4+6.3+0.1+6.0f+0.056+0.056+0.048+0.054+0.041+0.05230(C1:5306pF)f(%)+0.075-0.080+0.077-0.079+0.079-0.078()+0.3+5.8+0.1+5.6-0.1+5.4f+0.086+0.086+0.077+0.083+0.069+0.080表3 中间电压13kV从上面的试验结果我们可以看出，随着高压引线与试品的夹角减小，比差值向正偏移，以夹角180o为基准，设180o其高压引线与试品的杂散电容为0，中压为13kV时，当夹角为90o时，杂散电容的影响使比差值平均偏移约+0.02%；当夹角为45o，比差值平均偏移约+0.05%；当夹角为30o，比差值平均偏移约+0.08%。而中压为20kV时，当夹角为90o时，杂散电容的影响使比差值平均偏移约+0.01%；当夹角为45o，比差值平均偏移约+0.09%；当夹角为30o，比差值平均偏移约+0.10%。说明电容分压器的分压比不同，其产生的杂散电容对准确度测量影响也是各不相同的。低压电容C2越大，对误差测量影响越小；而低压电容C2越小，则对误差测量影响越大。4. 对CVT的几点改进意见1为了降低分压比误差，要选取电容温度系数较低的介质材料，更重要的是C1 与C2要具有同一结构，有相同的发热和散热条件。2合理的选择中间变压器的工作磁密，保证中间变压器铁心在工作电压范围内BH曲线的线性度。（磁密过高，将使CVT的空载电压比值误差带增大；磁密过低，将使中间变压器铁心截面积增大，设计成本增加，同时，直流电阻也会增加）3提高CVT的额定中间电压，改变测量绕组的布线方式（减小直流电阻），及补偿器设计时使其具有一定的非线性特性（必须是稳定的）可有效改善CVT的负载误差特性。4优化产品电场分布，降低杂散电容影响，提高产品性能。5. 总结 在现场测试中，往往出现误差超差现象，给用户和厂家造成了很多不必要的麻烦。以下是广东茂明500kV变电站的500kV CVT误差试验报告和出厂试验报告的比对，试验数据见表4。产品编号负载（VA）茂明变电站试验数据试验室出厂试验数据f(%)()f(%)()502020301a1n0.2级250+0.17-0.4+0.060100100-0.01+0.6-0.09+6502020311a1n0.2级250+0.23-0.1+0.100100100+0.05+1.1-0.07+5502020321a1n0.2级250+0.17+0.3+0.040100100-0.01+2.3-0.12+6表4 现场试验数据和出场试验报告比较我们可以明显的看出，现场的比差比出场报告要偏正许多，而角差明显减小。对于此种现象我认为主要是由于双方的测试系统及杂散电容和频率、温度影响的结果。由于现场条件的限制，高压引线的角度往往都很小，只有36左右。因此会对测量结果由一定的影响。如表2、3所示，其次在试验室往往使用的工频试验变压器，而现场则为串联谐振装置，频率会存在一定的差异，因此也会带来一定的误差。双方