CVT介质损耗试验.doc

CVT介损现场测试方法浅谈

摘要：介绍了CVT的基本原理，分析计算了自激法测量CVT介损和电容量时应注意的问题和δ点电位情况，并和实测结果进行比较，为现场试验提供参考。
关键词：CVT；中间变；补偿电抗器；自激法
1．CVT基本工作原理
电容式电压互感器主要是由电容分压器、中压变压器、补偿电抗器、阻尼器等部分组成，后三部分总称为电磁单元，对其工作原理简介如下。

图1 CVT结构原理图

1.1基本结构
结构及部件原理见图1。由电容分压器和电磁单元部分组成。C1与C2串联构成分压器，C2上的电压在(10～20)kV，通常称为中间电压。电磁单元部分由补偿电抗器L、中间变压器T、补偿电抗保护器F和阻尼器R构成。T将中间电压降为100/V和100 V，且它的短路阻抗起电感作用，同补偿电抗一起构成对电容电流完全补偿的电感支路。F是L上电压的保护器，通常将电压限制在3～5kV，从结构上分带间隙的电阻器和氧化锌避雷器两种。R用于阻尼CVT铁磁谐振，从结构上分为谐振型和速饱和型。
1.2铁磁谐振与阻尼装置

图2 CVT等值电路

由图2的等值回路可见，电容式电压互感器的等值电路中含有电容和非线性电感，当二次侧空载时，中间变压器的励磁阻抗与等值电容C=C1+C2相串联，其自然振荡频率，（为中间变压器激磁电感），一般为额定频率的十几分之一或更低。当互感器一次侧突然合闸或二次侧受到冲击时，暂态过程产生的过电压会使中间变压器铁芯出现磁饱和，励磁电感急剧下降，从而使此时回路的自然谐振频率上升，可达到额定频率的1/2, 1/3, I/5等，最常见的是I/3次谐波谐振。由于回路中本身电阻很小，不外加阻尼或阻尼参数不当，分数次铁磁谐振就会持续下去。这种谐振过电压的幅值可达到额定电压的2～3倍，长期过流可造成中间变压器和电抗器绕组过热和绝缘损坏。因此电容式电压互感器制造时必须设置阻尼器，在短时间内大量消耗谐振能量，以抑制其自身铁磁谐振。最常见的是谐振型阻尼装置，如图3所示。

图3谐振型阻尼器结构示意图
在额定运行条件下，和调谐到工频时产生并联谐，电抗极大，对阻尼绕组等效为开路。当发生I/n次谐波谐振时，并联谐振条件被破坏，并联电抗下降，有效接入阻尼电阻，消耗回路能量，抑制谐振。
1.3补偿电抗器及其限压器
如图2所示，当分压电容器不带电磁单元时，此时得到开路中间电压

当分压器带上电磁单元而不接补偿电抗器时，当接入二次感性负荷后，等值电容形成较大的内阻抗，出现所谓的容升现象，使C2的电压大于实际电压，因此必须进行补偿。
为了抵偿 XC的影响，必须在分压器回路中串联一只补偿电抗器XK，并在额定频率下，满足。这样等值电容的压降就被电抗器XK及变压器漏抗压降所补偿，等值电容压降将只受数值很小的电阻和上压降的影响，互感器的二次电压与一次电压之间将获得正确的相位关系。在一般设计时，常使整个等值回路的感抗值略大于容抗值，称为过补偿，以减少电阻对相位差(角差)的影响。
补偿电抗器两端的电压在正常运行时只有几百伏，当CVT二次侧发生短路和开断过程中，补偿电抗器两端电压将出现过电压，必须加以限制才能保证安全，限压元件除了降低电抗器两端电压(一般产品按补偿电抗器额定工况下电压4倍考虑)外，还能对阻尼铁磁谐振起良好的作用。常见的限压元件有间隙加电阻、氧化锌阀片加电阻或不加电阻、补偿电抗器设二次绕组并接人间隙和电阻等几种，大部分产品均将限压器安装在电磁单元油箱内，保护间隙常用绝缘管作外壳，内装电极和云母片。也有部分产品将限压器安装在油箱外的二次出线板上。
2、试验实例
2.1 试品参数
TYD220/-0.005H防污型电容式电压互感器下节为例进行说明：
铭牌及计算参数：
C总为10.05nF C2为62.6nF
C1为11.97nF 高压绕组额定电压10.2kV
高压绕组额定电流30mA a1-d1绕组额定容量150VA，
额定电压100/V 额定电流2.60A
an-dn绕组额定容量150VA 额定电压100V
额定电流1.5A
备注：
厂家技术资料中说明低压绕组电流不宜超过5A
中间变额定电压：
中间变高压侧对于a1-d1绕组的变比：K＝10.2/0.1＝177
2.2 C1实测及估算
测量C1的电路如图4所示,点的工频耐受电压一般为4kV1min。
,其中：
，,
由于Z2<<ZN，R<<ZN， 图4测量C1等值电路
即，就是说在测量C1时，中间电压和δ点电压基本一样，因此要控制δ点电压不超过4KV（泛华6000D、E型介损仪自激法测量高压输出上限），现场试验电压一般取2～3kV。
单独利用a1-d1绕组进行测量。
表1 C1实测及估算

频率（HZ）
N电压(kV)
HV电流(mA)
LV电压(V)
LV电流(A)
视在功率（VA）
实测
45
2
6
10
1
20
55
2
8
9
2
18
计算
45
2
6.76
11.3
1.18
13.3
55
2
8.26
11.3
1.46
16.4
可见，测试C1时电路也发生了谐振，中间变低压侧电压比计算值低，中间变高压侧实测和计算电流基本一样。
2.3 C2实测及估算
测量C2的电路如图5所示，
，由于Z2>>ZDQ，因此在测量C2的时候，δ点接近零电位，不会有绝缘击穿的危险。测量C2的风险在于限流电抗器过压和中间变过流。 图5测量C2等值电路
表2 C2实测及估算

频率（HZ）
N电压(kV)
HV电流(mA)
LV电压(V)
LV电流(A)
视在功率（VA）
实测
45
2
36
4
7
28
55
2
44
7
9
63
计算
45
2
43.2
11.3
7.6
86.4
55
2
52.8
11.3
9.34
105.6

可见，测量回路发生了谐振，利用45Hz测量时，计算中间变低压侧需加电压为11.3V，实际为4V，中间变高压侧电压为708V，另外的1292V电压加在了串联电抗器上，正常运行时串抗上的电压一般为几百伏，保护器绝缘水平一般为3kV，因此，对串抗绝缘没有危害。
2.4 计算实例
以50HZ为例，利用a1-d1绕组，限定低压电流5A。
低压电流5A，根据中间变变比关系，利用,可以计算高压侧电流为28mA，小于额定电流30mA，则：δ点限制电压为

从图5可见，C1和CN串联，由于为50pF，C2为62600 pF，容抗相差1259倍, CN引起的电流增量可以忽略，计算时C1可以不考虑（有的数字电桥是利用C1作为标准电容测量C2，）。
3．结论
1．利用自激法测量CVT C1电容量及介损时，C2首端、尾端电位基本一样，需要考虑的是δ点绝缘问题。
2．利用自激法测量CVT C2电容量及介损时，δ点接近零电位，需要考虑的是中间变过流和串联电抗器过压的问题。
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