電磁式電壓互感器空載勵磁電流異常的原因分析

吳尊東，朱 旭，王曉明

（金華電業(yè)局，浙江 金華 321000）

為了提高電磁式電壓互感器(以下簡稱TV)測量的準確度和抗鐵磁諧振性能，TV在工作電壓范圍內(nèi)的勵磁曲線需保持良好的線性[1-3]。在現(xiàn)場交接試驗時需對TV的空載勵磁電流進行測量，測量點至少包括額定電壓的0.2，0.5，0.8，1.0，1.2倍及相應于額定電壓因數(shù)下的電壓值，測出各測量點對應的勵磁電流，并提供勵磁特性曲線，為繼電保護提供數(shù)據(jù)。勵磁電流的測量結(jié)果與型式試驗對應的結(jié)果差異不應大于30%，同一批生產(chǎn)的同型電壓互感器，其勵磁特性的差異不應大于30%。

1 TV勵磁特性的測量

圖1為TV勵磁特性測量接線圖。試驗時應將TV一次繞組的末端出線端子可靠接地，其它繞組開路，在TV二次繞組上測量損耗值和勵磁電流值，試驗電源的頻率應為50 Hz，電源波形應為正弦波。

圖1 TV勵磁特性測量接線圖

當用平均值電壓表和方均根值電壓表同時測量時，如果測取的電壓值相同或差異不大于2%，則測量的損耗值不需校正，應以平均值電壓表讀數(shù)為準。當平均值電壓表讀數(shù)顯示為規(guī)定的試驗電壓時，分別從電流表和功率表上讀取勵磁電流值和損耗值。如果從平均值電壓表和方均根值電壓表同時讀取的電壓數(shù)值差異超過2%時，則必須校正。校正電壓波形的方法有兩種：

一種是以平均值電壓表為準，施加電壓到規(guī)定值，讀取電流值和損耗值。然后以方均根值電壓表為準，施加電壓到規(guī)定值，讀取電流值。最后取兩次實測電流值的平均值作為校正后的電流值，以平均值電壓表為準，讀取的損耗值就是校正后的損耗值。

另一種校正方法是讀取平均值電壓表及方均根值電壓表上數(shù)值，通過計算來取校準后的損耗值。計算公式如下（對于使用冷軋硅鋼片的鐵芯）：

式中：Pm為平均值電壓表讀取的損耗值；U′為以平均值電壓表讀數(shù)為準，從方均根值電壓表上讀取的電壓值；Un為額定電壓方均根值。

以上兩種校正方法中，第一種校正比較方便，因此比較常用。

測量點一般選取額定電壓的0.2，0.5，0.8，1.0，1.2倍，根據(jù)各電壓下的電流繪制出TV的勵磁曲線，TV在各電壓下均應保持著良好的線性。

2 110 kV線路TV空載勵磁曲線的測量

110 kV國貿(mào)變大國1505線路A相TV是GIS中的一個元件，型號JSQX1-110，由蘇州東光技優(yōu)電氣有限公司生產(chǎn)。測量點選取了額定電壓的 0.2，0.5，0.8，1.0，1.2，1.5倍，測試數(shù)據(jù)見表1。圖2是TV空載勵磁特性曲線。

從現(xiàn)場測試的空載勵磁特性曲線可以看出，在一次電壓低于額定電壓時，勵磁電流隨施加電壓的升高而增大，屬正?，F(xiàn)象；但當一次電壓高于額定電壓時，勵磁電流隨電壓的升高反而減小，與通常的測試結(jié)果不相符，TV的空載勵磁電流出現(xiàn)了異常。

表1 TV勵磁特性測試數(shù)據(jù)

圖2 大國1505線路A相TV勵磁特性曲線

3 TV空載勵磁電流異常的原因分析

線路TV空載勵磁電流發(fā)現(xiàn)異常后，即與出廠試驗數(shù)據(jù)進行了比較，且對影響線路TV空載勵磁電流的各個因素進行了認真的排查和分析。發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場測試與出廠測試時TV的連接狀態(tài)不一樣，即出廠測試時是單個進行，而現(xiàn)場測試時，TV已經(jīng)安裝在GIS中，且已與隔離開關(guān)連接。雖然試驗時隔離開關(guān)已經(jīng)拉開，但在一次試驗電壓達到一定值后，不能忽視高壓端與GIS外殼及隔離開關(guān)斷口間的電容影響。結(jié)合TV的出廠數(shù)據(jù)對現(xiàn)場測量的空載勵磁電流數(shù)據(jù)進行計算分析如下。

TV在空載的情況下，勵磁電流主要包括阻性電流和激磁電流兩部分[4-5]。TV空載時，鐵芯存在渦流損耗和磁滯損耗，因而存在阻性電流Ir。激磁電流Im在鐵芯中產(chǎn)生磁通，因TV高壓端存在對地電容C0，因此勵磁電流中還將包含一個電容電流Ic[6]?，F(xiàn)場測試時的等值線路如圖3所示。

圖3 TV勵磁特性測量等值線路

大國1505線路A相TV空載勵磁電流的出廠數(shù)據(jù)見表2，以額定電壓測量點為例進行分析計算：

當TV一次電壓達到額定值時，二次電壓U=57.7 V，功率損耗P=28 W，勵磁電流I0=2.3 A，對地電容C0=125 pF。

因出廠時高壓側(cè)的對地電容為125 pF，因此可得：

同理可以算出0.2，0.5，0.8，1.2，1.5倍額定電壓下的阻性電流Ir，激磁電流Im和電容電流Ic，計算結(jié)果見表2，三者的勵磁曲線如圖4所示。

圖4 不同試驗電壓下的勵磁電流

從出廠的勵磁特性曲線可以看出，阻性電流Ir，激磁電流Im和電容電流Ic均隨著施加電壓的升高而增大，三者合成的勵磁電流I0在施加電壓低于額定電壓時，隨電壓的升高而增大。但施加電壓在Un～1.2Un范圍內(nèi)時，激磁電流Im增長較快，與電容電流Ic增長值基本相等，使勵磁電流I0保持基本不變。當電壓高于1.2Un后，激磁電流Im增長變緩，小于電容電流Ic增長值，結(jié)果勵磁電流又隨著電壓的升高而增大，整個過程中沒有出現(xiàn)隨施加電壓的增大，勵磁電流反而減小的情況。

大國1505線路A相TV空載勵磁電流現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)見表3，同樣以額定電壓測量點為例進行分析計算：

當TV一次電壓達到額定值時，二次電壓U=57.7 V，因為對地電容的增大主要影響的是無功功率，有功功率不變P=28 W，勵磁電流I0=2.7 A，對地電容C0發(fā)生了變化。

根據(jù)出廠數(shù)據(jù)，此時激磁電流Im=0.50 A，因此可得：

同理可以算出0.2，0.5，0.8，1.2，1.5倍額定電壓下的阻性電流Ir，激磁電流Im和電容電流Ic，計算結(jié)果見表3，三者的勵磁曲線如圖5所示。

圖5 線路TV現(xiàn)場測試的勵磁特性曲線

表2 出廠TV空載勵磁電流出廠測試數(shù)據(jù)

表3 線路TV現(xiàn)場空載勵磁電流測試數(shù)據(jù)

從上面的計算分析可以看出，現(xiàn)場測試時，阻性電流Ir，激磁電流Im和電容電流Ic也均隨著施加電壓的升高而增大，三者合成的勵磁電流I0在施加電壓低于額定電壓時，隨電壓的升高而增大，與出廠時相一致。但當施加電壓高于Un時，激磁電流Im急劇增大，超過了電容電流Ic的增長值，抵消了容性電流Ic，造成勵磁電流I0隨電壓的升高反而減小。出現(xiàn)這一情況的主要原因是由于線路TV已安裝到GIS中，且在TV的高壓側(cè)安裝有隔離開關(guān)，使高壓端的對地電容比出廠時大了19 pF造成的。

4 結(jié)語

（1）在進行GIS TV空載勵磁電流測量時，由于TV的一次電壓高，且高壓端與GIS外殼很近，對地電容C0變大，將對勵磁電流產(chǎn)生較大的影響。

（2）單相電壓TV的鐵芯是短柵鐵芯，與三相電壓TV相比飽和得快，當電壓上升時，單相電壓TV的激磁電流就容易變大。

（3）進行GIS電磁式TV空載勵磁電流測量時，勵磁電流中的容性電流原本就大，當電壓上升時，激磁電流增大，抵消了容性電流，因此出現(xiàn)了電壓升高，勵磁電流減小的情況。

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