電容式電壓互感器超標(biāo)原因分析
(介質(zhì)損耗測(cè)試儀解決)
針對(duì)微水電廠電容式電壓互感器(CVT)介損超標(biāo)現(xiàn)象,,采用幾種接線方式進(jìn)行了試驗(yàn)研究,,找出了CVT介損超標(biāo)的原因,提出了減小測(cè)量誤差的方法,。
在微水電廠6臺(tái)35 kV電容式電壓互感器(CVT)的交接試驗(yàn)中,,有2臺(tái)分壓電容(C2)的介質(zhì)損耗角正切(tgδ)超標(biāo)??紤]到其高壓電容(C1)tgδ都在合格范圍內(nèi),,且絕緣試驗(yàn)和電容量也都合格,初步分析CVTtgδ不合格可能不是由CVT本身引起,。為了避免誤判斷,對(duì)其中3臺(tái)CVT進(jìn)行了進(jìn)一步的試驗(yàn)研究,,分析了CVTtgδ超標(biāo)的真正原因,,提出了減小測(cè)量誤差的方法。
1 試驗(yàn)接線及測(cè)量結(jié)果
1.1 常規(guī)反接線及測(cè)量結(jié)果
采用常規(guī)反接線測(cè)量CVT的整體tgδ和電容量,,即C1,、C2串聯(lián)等值tgδ和電容量,試驗(yàn)接線如圖1所示,。
試驗(yàn)分中間變壓器一次側(cè)末端接地二次繞組開路,、中間變壓器一次側(cè)末端懸空二次繞組開路、中間變壓器一次側(cè)末端二次繞組短路3種情況進(jìn)行,,試驗(yàn)結(jié)果見表1,、表2。
1.2 常規(guī)正接線及測(cè)量結(jié)果
常規(guī)正接線測(cè)量原理見圖2,。試驗(yàn)分中間變壓器一次側(cè)末端接地二次繞組開路,、中間變壓器一次側(cè)末端接地二次繞組短路、中間變壓器一次側(cè)末端懸空二次繞組開路,、中間變壓器一次側(cè)末端懸空二次繞組短路4種情況進(jìn)行,。試驗(yàn)結(jié)果見表3。
1.3 自激法介損測(cè)量接線及測(cè)量結(jié)果
試驗(yàn)采用HV9001智能電橋,,試驗(yàn)時(shí)拆除C2尾端與大地的連接線,,試驗(yàn)接線如圖3所示。由于本次所測(cè)35 kVCVT的高壓電容及低壓電容電容量均較大,,受電橋容量限制,,試驗(yàn)時(shí)將2個(gè)二次繞組串聯(lián)激磁。測(cè)量結(jié)果見表4,、表5,。
2 影響測(cè)量結(jié)果的因素分析
2.1 中間變壓器的影響
采用常規(guī)反接線時(shí),隨著接線方式的不同,測(cè)量結(jié)果差別很大,。由表1,、表2測(cè)量結(jié)果可知,二次開路X端懸空或接地時(shí),,都產(chǎn)生較大的正誤差,,tgδ值為0.38%~0.55%?二次短路X端接地時(shí),產(chǎn)生非常大的誤差,,tgδ值達(dá)231.9%?二次短路X端懸空時(shí),,產(chǎn)生較小的正誤差,tgδ值為0.19%~0.33%,。
以上測(cè)量誤差主要是由于存在中間變壓器造成的,。圖1表明,流過測(cè)量橋臂R3的電流為I1,,測(cè)量結(jié)果反映的是I1與In夾角的大小,。中間變壓器的存在,使I1不再等于I2,,而是I2與I3的向量和,,隨著大小和相角的不同,I1與In夾角也不同,,即tgδ不同,。中間變壓器的等效電路如圖4所示。

圖4中L
b為中間變壓器激磁電感或漏感,,C
b為中間變壓器一次對(duì)鐵芯,、外殼、二次繞組的等值電容,,R
b為中間變壓器總損耗的等效電阻,。A、B兩點(diǎn) 之間的等效阻抗為:

(2)可知C
0為負(fù)值,,等效為一電感,,所以當(dāng)X端接地時(shí),不論二次開路還是短路,,Z
AB呈感性,。這樣,圖1(b)中I
3的相位落后于電壓U,,使I
n與I
3夾角加大,,即當(dāng)X端接地時(shí),不論二次開路還是短路都產(chǎn)生正誤差,。當(dāng)二次開路時(shí),,Z
AB的電抗主要由中間變壓器一次激磁電感決定?而當(dāng)二次短路時(shí),,Z
AB的電抗主要由變壓器的漏感決定。由于中間變壓器漏抗比激磁阻抗小得多,,即二次短路時(shí)的I
3幅值要大得多,,因此X端接地時(shí),不論二次開路還是短路都將產(chǎn)生難以接受的正誤差,,二次短路比二次開路引起的正誤差要大得多,,tgδ實(shí)測(cè)值達(dá)到231.9%。
b.X端懸空時(shí),,不論二次開路還是短路,,在工頻情況下總能滿足式(2)中C
0為正值,即Z
AB呈容性,,因?yàn)橹虚g變壓器的tgδ一般大于電容器部分的tgδ,,同時(shí)考慮到激磁感抗或漏抗與容抗的抵消作用,I
3支路的等效tgδ更大,,此時(shí)圖1(b)所示I
3比I
2更落后,,由此產(chǎn)生較大的正誤差。由于激磁感抗比漏抗抵消容抗的效果大得多,,所以X端懸空時(shí),二次開路比二次短路產(chǎn)生更大的測(cè)量正誤差,,不能滿足工程要求?二次短路產(chǎn)生的誤差較小,,C
2?C
1的值越大,誤差越小,,35 kV比110 kV及以上電容式電壓互感器誤差要大,。采用常規(guī)正接線和自激法測(cè)量時(shí),中間變壓器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響參考文獻(xiàn)?1]已有分析,,本文不再重復(fù),。
2.2 測(cè)量引線接觸狀況的影響
在進(jìn)行35 kV電容式電壓互感器tgδ測(cè)量時(shí),測(cè)量結(jié)果重復(fù)性較差,,特別是測(cè)量引線接到生銹部位時(shí)tgδ明顯偏大,,測(cè)量結(jié)果見表2、表5,。為了分析誤差原因,,引入圖5所示的串聯(lián)等值電路,圖中R
x為試品的等效串聯(lián)電阻,,C
x為試品的等效串聯(lián)電容,,R
0表示引線與試品之間的接觸電阻。

引線接觸良好時(shí),,相當(dāng)于接觸電阻R
0非常小,,可以忽略不計(jì),,由圖5可知,此時(shí)試品的tgδ為:
tgδ=ωR
x C
x(3)
當(dāng)引線接觸不良時(shí),,接觸電阻R0不能忽略不計(jì),,此時(shí)試品介損測(cè)量值tgδ
0為:

由式(3)、式(4)得出,,測(cè)量引線接觸不良引起的介損測(cè)量誤差Δtgδ為:

由式(5)可知,,引線接觸不良引起的tgδ測(cè)量誤差與試品的電容量及接觸狀況有關(guān),試品的電容量越大,,接觸電阻越大,,測(cè)量誤差Δtgδ越大?反之越小。由表5測(cè)量結(jié)果可知Δtgδ≈0.2%,,C
x≈40nF,,經(jīng)計(jì)算得接觸電阻R
0≈160Ω。
2.3 測(cè)量電壓的影響
用康申HV9001智能電橋,,采用自激法測(cè)量35kV電容式電壓互感器tgδ時(shí),,由于激磁電流的限制(15?20 A),有時(shí)試驗(yàn)電壓只能升到1 500 V,,難以保證電橋的測(cè)量精度,,致使測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)較大誤差,有時(shí)出現(xiàn)負(fù)值,。遇到這種情況,,可以采用如圖3所示的試驗(yàn)接線,將基本二次繞組和輔助二次繞組串聯(lián)起來激磁,,以降低激磁電流,,提高測(cè)量電壓,提高儀器的測(cè)量精度,。在對(duì)微水電廠35 kV電容式電壓互感器進(jìn)行tgδ測(cè)量時(shí),,由于測(cè)量電壓低,曾出現(xiàn)過tgδ測(cè)量值不穩(wěn)或?yàn)樨?fù)值的情況,,后來采用基本二次繞組與輔助二次繞組串聯(lián)激磁,,使測(cè)量電壓提高到2.5 kV,獲得了滿意的結(jié)果,,詳見表4,。
3 結(jié)論
a.參考文獻(xiàn)?1]中介紹的自激法是測(cè)量CVTtgδ較理想的方法,其測(cè)量結(jié)果zui真實(shí)準(zhǔn)確,。
b.采用常規(guī)反接線測(cè)量時(shí),,只有X端懸空、二次繞組短路接線方法的測(cè)量誤差較小,,特別是C
2的電容量較C
1大得多時(shí),,測(cè)量誤差更小,。
c.對(duì)于電容量較大的試品,測(cè)量引線接觸狀況對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響較大,,進(jìn)行CVTtgδ測(cè)量時(shí)應(yīng)引起注意,。
d.采用自激法測(cè)量CVTtgδ時(shí),測(cè)量電壓低,,容易引起測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定,,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)值,采用基本二次繞組與輔助二次繞組串聯(lián)起來激磁的方法,,可以解決激磁電流超標(biāo)的問題,。