电容式电压互感器的误差分析

1、电容式电压互感器的误差分析电容式电压互感器的误差分析电容分压器的电容及介损测量宋守龙（桂林电力电容器总厂，桂林541004）摘要：对整体状态下CVT的电容分压器电容及介损的测量方法进行了探索和验证，对产生误差的原因进行了分析，并对试验电压的选择和监测作了较详细的说明。关键词：CVT电容分压器；直接法；自激法1概述目前的电容式电压互感器（CVT绝大多数为叠装式结构。由于现场试验时叠装式CVT勺电容分压器和电磁单元不能分开，给电容分压器的电容及介损测量造成了一定的困难，现场测量时的问题较多。为了现场测试方便，有些型号的CVT已将中压端子引出供试验用，但并不能完全解决现场测量问题。我们通过大量的试验

2、对整体状态下CVT的电容分压器电容及介损的测量方法和存在的问题进行了探索和分析。2分体测量法分体测量法仅适用于制造厂在CVT叠装前对电容分压器的电容及介损进行测量。根据JB/T81691999耦合电容器及电容分压器的要求，电容分压器的电容及介质损耗测量应在0.91.1U电压下进行。由于分体测量法不受电磁单元的影响且测试电压较高，因此具有较高的测试精度，能正确地反映电容分压器的绝缘状态，其结果是判别电容分压器的电容及介损是否合格的依据。3整体状态下的直接法测量对于中压端子已引出的CVT可采用直接法测量。即在引出的中压端子A施加试验电压测量G或G,在高电压端子A施加试验电压测量C（电容C与G串联后

3、总电容，下同）。3.1直接法测G直接法测C的接线如图1所示。T1 T2百林电的m i直接法溯3的发内国CVT3.1.1电磁单元对直接法测G的影响Ci与电磁单元仅在A端相连，其它部位均远离电磁单元，而试验电源施加于A端子，电桥的CX端与C的A端相连，流经电磁单元的电流不能进入西林电桥的桥臂，无论电磁单元的出线端子如何接线，对测量结果均无大的影响.TYD110/万-0.02H母线型CVT的实测数据见表1。表1整体直接法的实测数据分阵制可法 47Q.03001整体直!8方*, 0300!0.0.0520.：.1.X|星卡皆,他Siilf地0.无I%筠整至，首的摧盘0.050Xi点蜃曲的,德莱接地3.

4、1.2试验电压的选择电容分压器的低电压端子N的耐压水平为4kV,电磁单元的Xl端子的耐压水平为3kV。若N端子和Xl端子均不与接地端子连接，则试验电压不宜大于2.5kV;若N端子悬空而Xl端子与接地端子连接，则试验电压不宜大于3kV;若N端子和Xl端子均与接地端子连接，则试验电压可加至额定中间电压，但由于Q的电容较大，要求试验电源有较大的容量。为安全起见，我们建议将N端子悬空而Xl端子与接地端子连接，试验电压选2kV。3.2直接法测C2直接法测G的接线如图2所示。田2点总法测的接战国3.2.1电磁单元对直接法测Q的影响G与电磁单元也仅在A点直接相连，似乎也应与测G时一样，无论电磁单元的出线端子

5、如何接线，也不会影响测量结果，但实际情况并非如此，TYD110八三402H型CVT的实测结果如表2所示。实测的数据表明，电磁单元的出线端子的接线方式，对测量结果有较大的影响。原因是C2的低压端子是通过一根引线与电磁单元出线端子板上的N端子相连，这根低压引线与电磁单元中补偿电抗器的绕组及其引线、油箱之间距离较近，存在着分布电容，正是这些分布电容影响了测量结果。图3为Xl端子悬空、油箱接地时测G的示意图。图中Ct和G分别为变压器一次绕组对G的低压引线、对铁芯及油箱的分布电容；CL和CL分别为补偿电抗器绕组对C2的低压引线、对铁芯及油箱的分布电容。由于变压器一次绕组的激磁电抗很大，且与上述分布电容串

6、联，在A端施加试验电压时，变压器一次绕组的压降较大，从而在绕组和铁芯中产生有功损耗，同时变压器一次绕组和补偿电抗器绕组对地也有较高的电压，在其对地泄漏电阻中产生有功损耗；由于有功损耗的存在，补偿电抗器绕组对地电压5与测量电压U有较大的相位差，且5滞后于U。因此通过分布电容CL注入到电桥的桥臂R的电流也滞后于被测电容C2的电流Ic较大的相位，从而使流入桥臂的电流Ix较Ic的损耗角增大，导致测量的介质损耗偏大。出X网C上的示意用测C2时测量回路的等效电路如图4所示，相量图如图5(a)所示。图中CU(因C2的低压引线距变压器一次绕组较远，G，口口，-CJ+CJ,1-tc+小X.区为变压器一次绕组的激

7、磁电抗和铁损的等效电阻；C、R为变压器一次绕组及补偿电抗器绕组的对地电容及其介损的等效电阻。从相量图可以看出，由于存在】损耗角由6增大为6x。而，此电容测量值所受的影响较小。用1RC时测量回玷的导敕电珞is-蹲C时测量回跖的相黄国3.2.2减小电磁单元对测量结果影响的方法若将A与Xl短接，则中压变压器的一次绕组两端没有电压，补偿电抗器绕组对地电压3与测量电压U的相位基本相同，虽然一次绕组和补偿电抗器上的电位较高，但经注入桥臂R的电流F的相位与被测电容G的电流Ic的相位接近，对桥臂电流lx的损耗角影响不大。此时的相量图如图5(b)所示。故在测量时将A与Xl短接，可使介损tan6的测量值接近于真实

8、值。若将二次绕组短路，由于中压变压器的漏抗和补偿电抗器的电抗值远小于分布电容的容抗，A与Xl之间的压降极小，此时的情况与短路A与Xl时的情况类似。若将XL端、二次绕组的一端及油箱均接地，则补偿电抗器及K端的电位接近于地电位，分布电容C上的压降很低，经CJ注入桥臂R的电流可忽略不计；由A流入电磁单元的电流均经XL及油箱流入地，对测量影响不大。因此，将Xl端、二次绕组的一端及油箱接地，也可使测量结果接近于真实值。3.2.3试验电压的选择按图2所示的接线，试验电压可加至额定中间电压，但由于C2的电容较大,要求试验电源有较大的容量。若Xl端子不与接地端子连接，由于X端子的耐压水平为3kV,故试验电压不

9、宜大于2.5kV。为安全起见，我们建议将XL端子与接地端子连接，试验电压选2kV。TYD110/G-0.02H母线型CVM整体状态下采用直接法测G的实测数据见表2。3. 3直接法测C直接法测C的接线如图6所示。S6疝持去*1C的拣用森2宣接法测C：的实森数据测出方法02-252602-1603-接域方式电睿3F)介横L%)电容QiF)介摄(%)分体测量法Q*06369.536062950.0320*06376Q.07id063020,064X,端悬空,油箱不接地0,063690.Q420.0G295Q.OMX端悬空，油箱接地粮体直接法0,063690.0310.06295。34Xl.端悬空.二

10、次更路，油箱接媳0.063690.037U.062955032X、端与人刖接,油箱接地0.0()1690,D3Za062956。即X,潴与A过摧.二次短路.他籍联0.QE3690,03-t06295Q.032K*蜩接油箱油箱接地3.3.1电磁单元对直接法测C的影响由于中压变压器的一次绕组的高压端直接连接在电容C的中间，因此电磁单元对测量结果的影响较测C2时更为严重。分布电容CJ对测量结果的影响与测G时类似，但由于对地分布电容和远大于CJ,打的影响也远大于图7为直接法测C时的等效电路图。与测G时一样，由于分布电容存在，当A端施加试验电压时，将在中压变压器一次绕组与其对地分布电容所形成的支路中产生

11、电流，并在一次绕组两端产生较高的电压，在绕组、铁芯及绝缘介质中产生损耗；这一支路电流的形成改变了进入桥臂R的电流的幅值和相位，从而影响测量结果。图7直接法州C时的多殁也却图测C时相量图如图8(a)所示。图中C=G+CJ,%Rm为变压器一次绕组的激磁电抗和铁损的等效电阻；C、R为变压器一次绕组及补偿电抗器绕组的对地电容及其介损的等效电阻。Ix为流入桥臂R的电流，Ic为试品电流，It为变压器支路的电流，由图7可知。It和使得桥臂R的电流由Ic变为Ix,损耗角由6变为6x。从图8(a)可以看出，随着It的大小不同，tan也可能出现三种情况：tan6x0,0tan6xtan6。3.3.2减小电磁单元对

12、测量结果影响的方法减小电磁单元对测量结果影响的方法与测G时基本相同，即将A与X短接或将二次绕组短路，使中压变压器的一次绕组两端的电压为零或很低，补偿5电抗器绕组及X端对地的电压L与电压U基本同相，变压器中的有功损耗大大降低，这时电流It为电压在分布电容C、C中形成的电流，为容性电流，损耗角与试品电流Ic的损耗角接近，故桥臂电流Ix的损耗角八与Ic的损耗角6相差不大，从而减小了电磁单元对介损tan6测量值的影响，使介损测量值接近于实际值；但电容测量值将比实际值有所减小。短路A与Xl端以及短路二次绕组测C时的相量图如图8(b)所示。与测C2时不同的是不能采用将X接地的方法来降低影响；因为若将X接地

13、,变压器一次绕组上电压很高并产生有功损耗，这时It幅值较大且呈感性，使tan6变负而无法平衡电桥。若条件允许，可将CV球体与地绝缘起来，使It幅值降低，也可减小电磁单元对测量结果的影响。TYD110/J3-0.02H母线型CVY在整体状态下采用直接法测C的实测数据见表3。3. 3.3试验电压的选择因X端悬空，在A端施加的试验电压应保证A端的电压不超过2.5kV为宜。衰3直接法漏匚的实测敷据蒲it方法G2-1926021603接统方就电容5F)心容卬介分体测法0*02016U.0520.0加。60,0360.QZ0150,0120.020060.0!0Xi擒魅空油箱对压给螺d3HU.020oTo

14、iy%0,027Xt端息空.二次甄路，油箱整地朕体宜接法0.02011/地U38a019990,030X.程雪A发接袖相接地0/0X制接油箱,油箱时地结舞/0/0X战悬空.油箱接地/0/0Xt境接油箱，浦新被埴国F：住法曲的比量出4整体状态下的自激法测量自激法是以CVT的中间变压器作为试验变压器并由其二次侧施加电压进行激磁，在一次侧感应出高压作为电源来测量C和C2的电容及介损。如果CVT的中压端子未引出，测量Ci和G的电容及介损只能采用自激法，但总电容C的测量与中压端子引出的CVT相同，只是无法采用将一次绕组短路的方法来减小测4. 1自激法测Q自激法测G的接线如图9所示。由图9可以看出，试验电

15、压通过电磁单元的中压变压器加在A端，由于G与标准电容CN串联，G将影响G支路的电容和介损，从而影响测量准确度。与直接法测G一样，电磁单元也将影响测量准确度TYD110/3-0.02H母线型CVT的自激法测Q的实测数据如表4所示。憎9自聚柒副G时的接修图4.1.1G对测量结果的影响以TYD110/7*402H为例，设G的电容为29300pF,介损tan6为0.1%;。的电容为100pF,介损为0。则串联后的电容H=CXCn/(G+CN)=99.67pF,介损tan6=tan6xCn/G=3.4X106o可见C对介损测量的影响较小，可以忽略不计；电容值可用下式进行校正：电容测量值X寸/G。4.1.

16、2电磁单元对测量结果的影响G的低电压端子通过一根引线连接到电磁单元出线板上的N端子，这根引线距补抗的调节绕组的引线及端子较近，存在一定的分布电容，测量时补抗调节绕组的引线及端子上的电位较高，相当于一个干扰源通过分布电容对测量产生影响。其结果将使测量值比实际值大。*:分体直接法与自激流的测敷携对比寰试翡城号02-)11002-IlII02-113H备注试的方法被网电容i/Fii.i出/)C(pF)i*%)C分体*50291150550,029330.0170.029030.053直接逅_C；SQ63200.0600,063478a050EQ恪1Q,(MlC0.029310.1040*。29600

17、*Q98U.O2U230.101不施,电电压表fl*洋q0*0638750780.06376以071U.口6353不接静电也压我11Wta029326Hl0.029GO51030.029210.1%接冷电电压表0.06303Q.087Q.063810.07950G3563Q8X接静电电压表注：标准电齐、一】8汴下4.2自激法测G自激法测C接线图如图10所示。由图可以看出，试验电压加在A端，标准电容G在N端与G串联。G和电磁单元及其N端对地的泄漏电阻都将影响测量准确度。JrJCVT调】。白漱法制Qi时的粗堪闺4.2.1电磁单元对测量结果的影响电磁单元中各部件上的电压相当于干扰源通过N端及其引线的

18、分布电容影响N端的电压幅值和相位，从而影响测量准确度。其结果将使测量值比实际值大。4.2.2N端对地的泄漏电阻及G对测量结果的影响由于C2和N端对地的泄漏电阻R的存在，N端的电压相位将超前于试验电源相位，标准电容G的电流也将前移，从而使介损的测量结果增大，具增大量为1/RC。我彳门对TYD110户402H型CVT!行了模拟试验，在N端与地之间接一高阻箱，在不同的电阻值下测量C的电容和介损，实测数据如表5所示。表X对地的泄漏电阻及c对测结果的也喻昨错帮漏5ioo|(K)(50lot)SOlu电容卬O293U6U2旧。rLC：JJ9壮931MU介一%1Q*100U120d12617QU.四3忆I.

19、IZ81:1633MF标福电需电容值也可用下式进行校正：电容测量值xC，/CN。其中l*，=C2XCn/(G+Cn)o4.3回路谐振在CVT中，cdL=1/9(G+G),式中L为补偿电抗器的电抗与中压变压器的漏抗之和。在测量G时，由于G与补偿电抗器的电抗与中压变压器的漏抗串联，且容抗1/GJC2与感抗cdL接近，谐振问题较为严重。二次侧所需施加的电压远低于直接按中压变压器变比计算出的电压。现以中压为20kV的TYbHOA3型CVT(C:=29200pF6351X卜叶)为例进行计算toL1/311，;2V*2riri4635。0、1。=34.4kQ若施加在G上的试验电压UC=2kV,则流过电抗器

20、的电流为：I=庆心-314X63500X10-X2X10,=0.040A补偿电抗器的电抗及中压变压器漏抗k的总压降为：Ul=4l=34.4X10ro.040=L38kV中压变压器一次绕组实际需提供的电压为：U*=Ur-U=2-1.38=0.62kV=620V若在二次例的山上dn绕组(100V)激磁，血dn统组所需的电压为：U尸G2UV/2OO=3.IV可见，此值仅为直接按变比计算的电压值(10V)的三分之一。对于220kV、330kV、500kV电压等级的CVTC2的容抗1/coG与回路的感抗coL的差值更小，回路参数更接近于谐振点，所需的二次电压将更低。现以JF-中压为13kV的TYD500

21、A3-0.005H型CVT%例进行计算。其中G=5236pF,G=111030pF,中压变压器一次回路电阻与dadn绕组折算到一次侧的直流电阻之和R=2.4kQ。网路.杭：3*=1/314X(5236+111030)X10理=27.39knI可路容抗：1/认:=1/314X111030X1028.68k。网路总阻抗为：Z(】/“；-wL十R-+2.如79k门若施加在G上的试验电压U=2kV,则流过电容G的电流为:I=wC.*Uc=314XinO3OX）0UX2X1O5=0.070A中乐变压器一次绕组实际需提供的电压为：U=TZ=0.070Ax2.72kQ=l90V在二次侧的dadn绕组（100

22、V）激磁,dadn-盥所需的电压为:Um=】90V/130=1.16V可见，此值仅为直接按变比计算的电压值（15.4V）的十分之一。4.4试验电压的选择、监测与控制测C时，N端接G,即C2与G串联。因GG,N端的电压约等于试验电压，因此试验电压主要是受N端耐压水平（4kV）的限制。试验电压一般不宜超过2.5kV。测C2时，由于C2的容抗1/coG略大于补偿电抗器的感抗cdL,因此补偿电抗器两端的电压仅比电容C2上的试验电压略低。而补偿电抗器两端并联有保护装置，保护装置的击穿电压一般为24kV,且击穿时所能承受的功率是按短时设计的，击穿时间稍长就有可能损坏保护装置。因此测。时的试验电压主要是受与

23、补偿电抗器并联的保护装置的击穿电压的限制，试验电压不宜超过保护装置的击穿电压，一般选用2kV。如前所述，测Q时，试验回路接近于谐振，试验电压不能通过二次激励电压与变比计算得出；测G时，虽然试验回路的谐振问题没有测C2时严重，但试验电压仍比按变比计算出的数值高出许多。因此如何监测试验电压，保证试验电压不超过允许值，是自激法测量时要特别注意的问题。自激法测量时，试验电压的监测一般可压表直接测量试验电压。但因Ci和G均远大于CN,因此在电压测量时G（自激法测G时）或C2（自激法测C时）上的压降可忽略不计，可以近似地认为标准电容器G的高压端对地的电压等于试验电压。由于测量仪表只能接在标准电容器。的高压

24、端与地之间，而无法接在试验电源的两端（中压端A与地之间），测量仪表的输入阻抗将会影响测量结果，且输入阻抗越小影响越大。因此测量仪表应选用输入阻抗很高的静电电压表。电流监测是采用电流表监测CVT中间电压变压器的一次侧电流或二次侧的输入电流，如图9、图10所示。在试马回路中，G支路的电流很小，可忽略不计，流经被试电容的电流约等于中间电压变压器的一次侧电流；即一次侧电流Ii=coGU或Ii=coCU。式中U为试验电压。无论试验回路谐振与否，忽略中压变压器的空载电流时，中间电压变压器的一次侧电流Ii与二次侧电流I2总存在以下关系：l2=kli；即l2=kcoCU或I2=kcoGUo式中k为中压变压器的一次绕组与施加激励电压的二次绕组的变比。由以上分析可知，中压变压器的一次侧电流和二次侧电流与试验电压成正比，监测中压变压器的一次侧电流或二次侧输入电流即可监测试验电压，监测一次侧电流时电流表（毫安表）可用接在