110kV电容式电压互感器间接自激法不拆引线试验研究

周林波 符玉珊 文峰 石平灯 史纯清

摘 要：根据行业规程和南方电网公司企业标准要求，试验检修人员需要定期对电容式电压互感器（以下简称CVT）进行电容量和介损测试，通过比较其变化趋势和变化值，判断设备健康状况。目前进行110kV CVT测试时，基本都需要拆除高压引线，导致工作量大，风险高，效率低等问题。国内外技术人员和发表的文章，对不拆引线的试验方法和探讨均是针对220kV及以上的CVT，还从来没有任何一篇文章探讨过110kV电压等级的CVT在不拆高压引线的情况下，采用自激法进行电容量和tgδ测试。本文中，笔者将首次针对110kV电容式电压互感器不拆引线试验进行探讨，并与本人撰写的另一文《关于使用自激法进行110kV电容式电压互感器不拆引线试验的探讨》（发表于《工程技术》2020年09月刊，CN50-9203/TB）进行对比，并给出相关实验结果，以供参考。

关键词：110kV电容式电压互感器;电容量测试;自激法;不拆引线;间接法

根据安全工作规程要求，在进行110kV电容式电压互感器试验时，需要将高压引线接地。按照目前现有的测试仪器和方法，需要将高压引线接地端拆除才能进行电容量和介损测量。这就导致了工作量大，风险高，效率低等问题。因此笔者将在本文就不拆引线的方法，进行CVT电容量及介质损耗测试进行探讨，并给出相关实验结果，以供参考。

1 CVT原理及试验要求

1.1 CVT工作原理

CVT主要是利用电容分压原理，其原理图如图1所示。

分压电容C2远大于主电容C1，因此中间变压器TV一次侧电压为：U1=Uph·C1/（C1+C2），约为13kV左右。这样在经过中间变压器变比后，在二次侧得到所需的二次保护、测量、计量等所需的电压。

1.2 CVT运行维护及试验要求

根据CVT的工作原理，该设备的关键在于主电容C1和分压电容C2的数值，若其电容量与额定值稍有偏差，将会引起二次电压的较大幅值变化，长期运行可能会在此设备爆炸损坏。因此在设备运行过程中需要定期检测其主电容和分压电容量变化、介质损耗值的增加、绝缘电阻的变化情况等。根据国家标准和企业标准要求，至少每三年要检测C1和C2的电容量和介质损耗。

2 现有试验方法及缺点

根据目前市场上现有的试验仪器和方法，进行110kV CVT电容量及介损测试，主要采用自激法。

2.1 测量C1时，接线如图2

在测量时，通过仪器测量线，得到流过C1的电流值等于流过C2、CN（仪器内部标准电容器）的电流值，由于C2远大于CN，因此电压主要分布在CN上。因此仪器通过检测标准电容CN两端的电压，来控制仪器的输出到二次绕组上的电压。C2与CN串联回路上，C2上几乎不分布电压，因此可以忽略C2，因此可推导出：C1=R4R3·CN，tgδ1=ωC4R4。

2.2 测量C2時，接线如图3

在测量时，仪器内部自动更换电桥形式，利用已经测量出来的电容值C1和介损tgδ1作为标准电容来测量C2，当电桥达到平衡时：

C2=R4R3·C1×11-ω·tgδ1R4C4，tgδ2=tgδ1+ωC4R41-ωtgδ1C4R4

对于110kV电容式电压互感器，在停电试验时，其高压端必须接地才能满足工作人员的安全要求。如上面介绍的测量原理，在测试过程中，需要拆除高压引线，否则电桥将无法平衡。

因此现有的仪器和测量方法具有以下缺点：

（1）拆除和恢复引线工作强度大，一次引线的引接比较牢固，工作人员需要登高操作，工作强大较大。

（2）整个试验过程中，拆除引线和恢复引线需要40分钟左右，而测试过程仅需要3分钟左右。

（3）人身风险系数高，大量的高处作业比如带来较大的人员坠落风险。

（4）存在一定的设备隐患，由于室外设备运行过程中导致高压引线锈蚀，因此恢复引线时可能会造成引线紧固不牢，接触不良，引起设备风险。

3 关于不拆引线试验方法的探索

3.1 穿心CT相减测量原理

基于以上原理分析，进行测量时必须要使内部电桥达到平衡。而为了使电桥平衡，需要从被试品图2中的A端和N端分别采集电流值流入电桥中。现在我们需要解决的问题是在不拆高压引线A端的情况下，如何将流过电容C1的电流引入到测试电桥中。

在不拆高压引线的情况下，中间变压器感应出来的高压施加于C1于大地之间，电流流向如图4中蓝色虚线所示。而仪器测量线Cx中没有电流通过，因此测量电桥无法平衡。

基于此，笔者假想，如果在不拆接地引线的情况下，在C1的电流回路中增加一个穿心电流互感器，然后将感应出来的电流引入到仪器测量线Cx中，一样可以达到电桥平衡。如图5所示。

由于A端位于设备的顶端，加装穿心CT同样不便。因此我们需要将穿心CT改到低压XL端，如图6所示。

由于由于流过XL端的电流为I=I1+I2。其中I1为流过电容C1的电流，也是我们需要接入的电流;I2为流过电容C2的电流，其值通过低压N端进入电桥。

因此将穿心CT改到低压侧XL端时，需要扣除电流I2。根据电流互感器电磁转换原理，将XL端和N端均接入穿心CT，由于两者的电流流向相反，因此在穿心CT二次侧感应出来的电流实质为：

na为穿心CT的变比，可设置为等变比，即na=1。（若不设置为等变比，可通过放电电路，将感应出来的电流放大na倍即可。）

测量C2时，通过电桥变换，原理如图7：

因此，当电源达到平衡时，测试结果与本文1.2节分析结果相同：

3.2 现场试验验证

通过上面的理论分析，笔者对一台型号为WVB110—20H的CVT进行了测试对比，额定容量为20000PF，测试结果对比如下表。

在试验过程中，笔者使用了等变比测试方式。通过现场试验，可以验证笔者前面的分析，使用穿心电流互感器相减的方式，可以时测试电桥达到平衡，从而得到试验结果，而且试验精度也能满足工作需求。

4 总结与思考

本文分析了使用自激法进行110kV电容式电压互感器测试时，存在的问题，探讨了进行不拆高压引线试验的方法，并进行了试验检验。在试验检验过程中，与本人撰写的另一文《关于使用自激法进行110kV电容式电压互感器不拆引线试验的探讨》中提到的隔离法进行了对比，有以下几点思考，供各位读者共享。

第一，相比于隔离大地法，本文中的穿心CT相减法接线更为简单，实现成本更低，更容易进行工艺实现。

第二，由于本方案中使用了穿心CT，因此容易受到空间电磁场的干扰，从而带来测量误差。因此在穿心CT转换过程中，务必要做好抗干扰措施。

第三，若在实现过程中使用放大电路将电流互感器二次侧电流进行放大，务必要做到同相位放大。

第四，采用间接自激法时，电桥的电位有些许变化，但由于ZN和ZX远大于Z3和Z4，因此可以忽略电位变化带来的误差影响。

第五，若使用本测量原理和方法，发现某一设备数据异常，建议拆除引线进行对比分析。

参考文献：

[1]王抒祥，等.油务化验.中国电力出版社，2008：131-132.

[2]陈天翔，等.电气试验[M].北京：中国电力出版社，2016：431-442，452.

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[5]杨茂辉，刘滔.电容式电压互感器现场测电容时高压端接地对测量结果的影响计算.电力电容器与无功补偿，2003.

[6]倪学锋，林浩.试验引起CVT损坏的原因及预防措施.高电压技术，2006.

作者简介：周林波（1988— ），男，本科，工程师，电气试验高级技师，贵安供电局试验班班长，主要从事高压试验、油化验及热工仪表工作。