CVT自激法試驗(yàn)中自激線輸出電壓小于理論值的原因分析

王飛龍

(包頭供電局,內(nèi)蒙古 包頭 014030)

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CVT自激法試驗(yàn)中自激線輸出電壓小于理論值的原因分析

王飛龍

(包頭供電局,內(nèi)蒙古 包頭 014030)

運(yùn)用自激法測(cè)量CVT的電容量和介質(zhì)損耗因數(shù),發(fā)現(xiàn)當(dāng)試驗(yàn)電壓升高到設(shè)定值時(shí),自激線兩端輸出的電壓值小于其理論計(jì)算值。為了找出導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因,建立了CVT電磁單元的等值電路模型,通過(guò)定性分析簡(jiǎn)化后等值模型電路中被試品兩端的電壓與自激線兩端輸出電壓之間的關(guān)系,得出了導(dǎo)致自激線兩端輸出電壓小于其理論計(jì)算值的根本原因是CVT本身的“容升效應(yīng)”。

CVT;自激法;建模;自激線兩端電壓;容升效應(yīng)

電容式電壓互感器(Capacitor Voltage Transformer,簡(jiǎn)稱CVT)因具有重量輕、壽命長(zhǎng)、測(cè)量精度高、預(yù)防鐵磁諧振能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),所以在電力系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛[1-5]。在蒙西地區(qū),CVT逐漸成為110 kV及以上電壓互感器的主流,而且多數(shù)CVT的結(jié)構(gòu)為無(wú)中間抽壓端子的疊裝式結(jié)構(gòu)[6-7]。電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)試驗(yàn)是CVT預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目中重要的一項(xiàng),對(duì)于沒有中間抽壓端子的疊裝式CVT通常采用自激法測(cè)量其電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)[8-9]。

自激法測(cè)量CVT電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)的基本思想是給CVT二次繞組加低電壓,利用電磁單元電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)對(duì)CVT本體電容加較高電壓的目的。目前蒙西地區(qū)所用的濟(jì)南泛華儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的AI-6000E型介損測(cè)量?jī)x具有自動(dòng)變換橋臂的功能,對(duì)末節(jié)電容C1、C2的電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)實(shí)現(xiàn)了一鍵式測(cè)量。采用自激法測(cè)量CVT電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)試驗(yàn)電壓升高到設(shè)定值時(shí),自激線兩端輸出的電壓小于其理論計(jì)算值,這種現(xiàn)象在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常遇到,給工作人員造成了一定的疑惑。為了找出產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因,本文建立了CVT電磁單元等值電路模型,并對(duì)模型進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化處理,定性地分析了被試品兩端的電壓與自激線兩端輸出電壓之間的關(guān)系,通過(guò)“容升效應(yīng)”原理解釋了上述現(xiàn)象,為現(xiàn)場(chǎng)解決實(shí)際問(wèn)題提供了有力依據(jù)。

1　自激法試驗(yàn)原理簡(jiǎn)介

圖1　CVT最下節(jié)結(jié)構(gòu)圖

用CVT自激法測(cè)量C1、C2電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)的試驗(yàn)原理圖分別如圖2和圖3所示。

圖2　測(cè)量C1電容量和介損值試驗(yàn)原理圖

從圖2可以看到,測(cè)量C1的電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)時(shí),電容C2與電橋內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)電容CN串聯(lián)后作為電橋的一個(gè)橋臂,C1單獨(dú)作為另一個(gè)橋臂,所以可實(shí)現(xiàn)對(duì)C1的電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)量。測(cè)量C2的電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)時(shí),其原理同C1,就是將圖2中C1與C2在電橋上的位置進(jìn)行了互換(見圖3),所以也能實(shí)現(xiàn)對(duì)C2的電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)量[10-12]。

圖3　測(cè)量C2電容量和介損值試驗(yàn)原理圖

2　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析

在蒙西地區(qū),CVT自激法試驗(yàn)時(shí)通常采用的接線方式是選擇二次繞組dadn為加壓繞組,接自激線,其他二次繞組均空載,高壓引線接CVT的N端,信號(hào)線接C1的上端。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)接線如圖4所示。

圖4　自激法試驗(yàn)接線圖

根據(jù)串聯(lián)電容分壓原理可知,CVT正常工作時(shí)分壓電容C2兩端的電壓U的計(jì)算表達(dá)式為

(1)

式中,Un表示CVT正常工作時(shí)C1和C2電容串承受的額定相電壓有效值。

(2)

該算例k的計(jì)算結(jié)果為189.4。

據(jù)此運(yùn)用自激法對(duì)該型號(hào)CVT的電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)進(jìn)行測(cè)量,當(dāng)試驗(yàn)電壓選擇為2 kV時(shí),求得自激線兩端所加電壓的理論值為10.56 V。

對(duì)該型號(hào)CVT進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn),試驗(yàn)電壓為2 kV時(shí),自激線兩端的電壓比理論計(jì)算值小。后期對(duì)不同環(huán)境下同一型號(hào)的CVT進(jìn)行了試驗(yàn),換用了多臺(tái)測(cè)量?jī)x器,采用高精度數(shù)字式萬(wàn)用表對(duì)自激線兩端的電壓進(jìn)行了測(cè)量,還排查了其他存在的干擾因素,最終結(jié)果還是自激線兩端的電壓比理論值要小。多次測(cè)量結(jié)果如表1所示。

表1　自激線兩端電壓測(cè)量結(jié)果表Table 1　Measuring results of self excited wire both ends voltage

從表1中可以看到,5次測(cè)量結(jié)果的自激線輸出電壓平均值要比理論計(jì)算值小28.64%。儀器、設(shè)備廠家在試驗(yàn)的過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了相同的問(wèn)題。由此可以推斷,自激線兩端的實(shí)際電壓值低于理論計(jì)算值應(yīng)該為CVT的結(jié)構(gòu)參數(shù)所致。

3　相關(guān)現(xiàn)象理論研究

本文建立了CVT電磁單元等值電路模型,電磁單元等值電路如圖5所示。

圖5　CVT電磁單元等值電路圖

假設(shè)被試品C兩端的電壓折算到二次的值為UC,則流過(guò)被試品的電流值為

IC=UC·2πfC

(3)

R2′與L2′上的電壓降的矢量表達(dá)式為

(4)

式中：P和Q分別為被試品消耗的有功值和無(wú)功值。

對(duì)于CVT而言,試驗(yàn)過(guò)程中消耗的無(wú)功功率遠(yuǎn)大于有功功率,而且電磁單元的漏電抗要大于繞組的等值電阻,因此ΔU2′可近似表示為

(5)

由此可以求得節(jié)點(diǎn)2的電壓值Uz為

Uz=UC+ΔU2′

(6)

(7)

對(duì)于實(shí)際的CVT而言,勵(lì)磁電抗值遠(yuǎn)大于勵(lì)磁損耗的等值電阻值,因此式(7)可以簡(jiǎn)化為

(8)

勵(lì)磁回路消耗的復(fù)功率Pz為

(9)

流過(guò)二次繞組的電流為

(10)

依據(jù)式(5)同理可以求得R2和L2上的電壓降近似值的表達(dá)式為

(11)

自激線兩端輸出電壓值為

U1=Uz+ΔU2

(12)

在工程實(shí)際中,為了簡(jiǎn)化電磁單元等值電路模型，方便問(wèn)題研究,可以忽略等值電路圖中勵(lì)磁電流、繞組等值電阻的影響,簡(jiǎn)化后的等值電路如圖6所示。

圖6　CVT電磁單元簡(jiǎn)化等值電路圖

在圖6中,L2和L2′上的電壓降的計(jì)算表達(dá)式為

ΔU2=I2·ωL2

(13)

ΔU2′=I2·ωL2′

(14)

圖7　電壓向量圖

根據(jù)圖7中各電壓向量關(guān)系可知,自激線兩端的輸出電壓U1與被試品電壓UC、兩側(cè)漏抗電壓降ΔU2、ΔU2′之間的關(guān)系為

U1=UC-ΔU2-ΔU2′

(15)

由此可見,采用自激法測(cè)量電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)時(shí),由于被試品容抗很大,導(dǎo)致被試品所加電壓因其本身“容升效應(yīng)”而增大,因此導(dǎo)致自激線兩端輸出的電壓還未上升到理論計(jì)算值就被試品兩端所加的電壓升高到設(shè)定值,最終出現(xiàn)了自激法試驗(yàn)過(guò)程中自激線兩端輸出電壓值低于理論計(jì)算值的現(xiàn)象。

4　結(jié)　語(yǔ)

CVT自激法試驗(yàn)過(guò)程中自激線兩端輸出的電壓值比理論計(jì)算值小,這是現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中存在的實(shí)際現(xiàn)象。本文通過(guò)建立CVT電磁單元等值電路模型及對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化,定性分析了被試品所加的試驗(yàn)電壓與自激線兩端輸出的電壓之間的關(guān)系,結(jié)果表明,導(dǎo)致上述現(xiàn)象的根本原因是CVT本身的“容升效應(yīng)”。這為工作人員解釋現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)現(xiàn)象提供了一定的指導(dǎo)思路,也有助于提高工作人員對(duì)CVT結(jié)構(gòu)和自激法原理的認(rèn)識(shí)。

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(責(zé)任編輯郭金光)

Analysis of reason why output voltage is lower thancalculated value in CVT self-excitation test

WANG Feilong

(Baotou Power Supply Bureau, Baotou 014030, China)

When self-excitation test was used to measure the capacity and the dielectric loss factor of CVT, it was found that the measured value of output voltage of self excitation wire was lower than the theoretical value when the test voltage rose to the set value. In order to find out the reason for the proposed phenomenon, this paper established the equivalent circuit model of CVT electromagnetic unit. Through the qualitative analysis of the relationship between the voltage vectors in the simplified equivalent circuit diagram, it is concluded that the root cause of the different between the output voltage and the theoretical value is the "lifting effect" of CVT itself.

CVT; self-excitation method; Modeling; voltage of self excited wire; lifting effect

2016-02-02。

王飛龍(1987—),男,碩士,主要從事高壓試驗(yàn)相關(guān)工作。

TM451+.2

A

2095-6843(2016)04-0335-04