諧波對電容式電壓互感器運行特性影響

謝艷彬

摘要：電力電子裝置生產(chǎn)中往往選取各類非線性設備，進而導致電網(wǎng)內(nèi)諧波問題顯著，這將嚴重威脅電力系統(tǒng)與電力設備運行安全，尤其是對35kV以上電壓等級電網(wǎng)電容式電壓互感器工作特性將造成極大的影響。為此，本文基于電容式電壓互感器結(jié)構(gòu)分析，對諧波對電容式電壓互感器運行特性影響進行了分析與探究，以期全面提升設備運行安全。

關(guān)鍵詞：諧波；電容式電壓互感器；運行特性

中圖分類號TM4 文獻標識碼A 文章編號2095-6363（2016）06-0175-01

1.電容式電壓互感器的概況

電容式電壓互感器是通過串聯(lián)電容器進行電壓抽取，再利用變壓器變壓作為表計、繼電保護等的電壓源的電壓互感器，載波頻率通過電容式電壓互感器可向輸電線耦合，且實現(xiàn)其長途通信、遠方測量及選擇性線路高頻保護等功能。相比一般電磁式電壓互感器，電容式電壓互感其可避免因電壓互感器鐵芯飽和產(chǎn)生的鐵磁諧振，還具有良好經(jīng)濟性能及安全性。

電容分壓器與中壓變壓器為電容式電壓互感器的主要構(gòu)成成分。其中瓷套與在其內(nèi)裝載的多數(shù)串聯(lián)電容器可構(gòu)成電容分壓器，且有0.1MPa正壓絕緣油裝在瓷套內(nèi)。

在密封油箱內(nèi)安裝的變壓器、補償電抗器及阻尼裝置為中壓變壓器的主要構(gòu)成成分，油箱頂部空間充氮。一次繞組分為主繞組和微調(diào)繞組，一次側(cè)和一次繞組間串聯(lián)一個低損耗電抗器。特殊情況下，在電容式電壓互感器內(nèi)其非線性阻抗及固有電容將產(chǎn)生鐵磁諧振，為消除該諧振可選取阻尼裝置，電阻與電抗器為構(gòu)成阻尼裝置的主要成分，需在二次繞組上跨接作業(yè)，一般情況下阻尼裝置阻抗能力較強，如鐵磁諧振產(chǎn)生電壓，在影響中壓變壓器前期，電抗器則處于飽和狀態(tài)，此時僅有電阻負載，將快速減少振蕩能量。

2.諧波對電容式電壓互感器運行特性影響

現(xiàn)階段，35kV及以上等級電網(wǎng)電壓往往選取電容式電壓互感器測量，在電網(wǎng)內(nèi)應用的電容式電壓互感器一般用于測量基波電壓，在工程實際中，該互感器工頻下工作特性、測量誤差等都與其要求相符，如存有諧波電壓，勢必影響此類特性、參數(shù)，為此，本文以諧波對電容式電壓互感器運行特性影響為例進行分析。

2.1二次側(cè)畸變原因

感性元件L與容性元件c在電容式電壓互感器內(nèi)同時存在。假設諧波電壓信號干擾問題嚴重，互感器內(nèi)元件參數(shù)則會產(chǎn)生一定改變，導致基波工作情況下的原有調(diào)諧運行等效參數(shù)也會隨之改變，公式如下：

因互感器內(nèi)元件參數(shù)改變，進而改變了輸入、輸出的電壓比，也就是電壓信號由電容式電壓互感器一次側(cè)向二次側(cè)傳遞時波形將不見或增大，致使畸變現(xiàn)象出現(xiàn)在波形內(nèi)，此時將對互感器測量精確度造成極大影響。

2.2諧波工作特性分析

1）電容式電壓互感器高頻等效電路。在工頻電壓作用下，電網(wǎng)運行可忽略電容式電壓互感器等效電路內(nèi)元件雜散電容與耦合電容，工頻下電容式電壓互感器等效電路。如電網(wǎng)內(nèi)諧波較多，一定程度上，諧波對電容及電感元件影響將對互感器頻率響應特性產(chǎn)生改變。由此可見，原有電容式電壓互感器等效電路與諧波測量分析不符，需進行滿足諧波特性分析電容式電壓互感器高頻等效電路構(gòu)建，在原有等效電路前提下，需對電容式電壓互感器內(nèi)所有元件影響地雜散電容、元件間耦合電容等問題進行充分考慮。

2）雜散電容及耦合電容的影響。為分析雜散電容及耦合電容影響電容式電壓互感器等效電路模型的具體情況，本文以傳遞函數(shù)原理分析，對諧波干擾下雜散電容有無情況及耦合電容影響電容式電壓互感器等效電路模型頻率響應特性進行了探究。

3）仿真分析。在高頻電容式電壓互感器等效電路模型仿真中本文選取的仿真軟件為MATLAB，以此對理論取得的諧波干擾下電容式電壓互感器幅頻特性曲線進行準確驗證。且達到仿真模型簡化的目的。同時在對仿真結(jié)果準確性不影響的前提下，可對Cps與Cp2影響忽略不計。

電容式電壓互感器仿真模型內(nèi)，部分元件可直接應用模塊庫內(nèi)，如基本電容、電阻等，特別注意電容式電壓互感器內(nèi)變壓器的工作特征，采取飽和變壓器模塊對中間變壓器進行模擬。選取疊加1%基波電壓幅值的2到50次諧波電壓作為輸入信號，除此之外，在傅立葉分析模塊內(nèi)傳送負載側(cè)電壓信號實施傅立葉變換，獲取電容式電壓互感器幅頻特性曲線。

2.3誤差分析

諧波影響下，電容式電壓互感器誤差參數(shù)也將產(chǎn)生極大的改變，其修正系數(shù)公式如下：

其中，ce＼cc＼cps兩端電壓分別由Uce、Ucc、Ups表示。

從上式得知，諧波工況下比電容式電壓互感器在基頻工況下將有cc、Cps、Cp1、Cp2增多，進而導致電容式電壓互感器測量誤差產(chǎn)生改變。為降低誤差需對Xce、Xcc、Xcps有所減少，并對Xcp2、zD、zb、ze適當增大，促使KcRF與1相近，但此類參數(shù)的決定因素主要為電容式電壓互感器本身特性與現(xiàn)場具體情況，取得的定值無法確保其準確不變。為此，在諧波影響下，頻率變化將改變KcRF，進而對電容式電壓互感器測量誤差造成嚴重影響，但新的測量誤差對工程具體規(guī)定并不一定符合。

2.4諧波電壓測量方式分析

諧波電壓測量可選取高壓分壓器進行準確測量，電阻分壓器、電容分壓器等都為其主要部分，如現(xiàn)場沒有進行以上分壓系統(tǒng)安裝，則需選取特制分壓器。

如選取電容分壓器，其低壓臂電容上并接的測量儀表輸入阻抗則為純阻性，只有這樣才能避免誤差出現(xiàn)。當選取電磁式小PT作為測量儀表輸入段，則為導致電容式分壓器進行電容式電壓互感器轉(zhuǎn)變，進而增加誤差。

高壓系統(tǒng)無法有效隔離儀器測量系統(tǒng)為電阻、電容式分壓器的同有缺陷，測量系統(tǒng)內(nèi)如出現(xiàn)暫態(tài)狀態(tài)則產(chǎn)生的共模電壓極高，進而對設備、人員安全造成嚴重威脅，為此必須將暫態(tài)電壓抑制器、壓敏電阻等設置到測量系統(tǒng)輸入端，以此達到保護效果。也可將光電隔離、加裝絕緣放大器設置到分壓器低壓臂、測量系統(tǒng)中間，避免兩系統(tǒng)接觸。

2.5總結(jié)

第一，諧波工況下電容式電壓互感器運行，因其本身特性將致使諧波電壓由一次側(cè)向二次側(cè)回路時產(chǎn)生一定畸變，且程度各異，由此可見，無法直接進行諧波電壓測量；第二，電網(wǎng)內(nèi)諧波電壓將改變電容式電壓互感器測量誤差，但新的測量誤差卻與工程具體規(guī)定可能不符；第三，因電容式電壓無法對系統(tǒng)諧波等級進行直接測量，因此應在現(xiàn)有條件下加大電容式電壓互感器諧波測試研究力度，利用電容式電壓互感器修正系數(shù)測定對電網(wǎng)諧波電壓水平進行測量。

3.結(jié)論

綜上所述，伴隨社會經(jīng)濟的快速發(fā)展及科學技術(shù)水平的不斷提升。我國電力系統(tǒng)也愈加完善。電容式電壓互感器作為互感器的重要類型，在其運行過程中往往會存在諸多問題，尤其是諧波干擾下，如何降低其對電容式電壓互感器運行特性的影響程度，如何確?；ジ衅鬟\行正常，已經(jīng)成為研究分析的關(guān)鍵，為此，本文在全面分析了解電容式電壓互感器結(jié)構(gòu)的基礎上，對諧波干擾下，電容式電壓互感器運行特性的影響程度進行了研究，且通過仿真分析、誤差分析等，全面提升互感器運行良好程度。