不拆除高壓引線測(cè)量1000 kV電容式電壓互感器介損的方法

黃志明，韓子圣，閆海云

（國(guó)網(wǎng)天津市電力公司檢修公司，天津 300000）

0 引言

電容式電壓互感器CVT（capacitive voltage transformer） 是一種由分壓電容和中間變壓器組成的電壓互感器，它是發(fā)電廠、變電所等輸電和供電系統(tǒng)中不可或缺的一種電氣設(shè)備[1]。相比于電磁式電壓互感器而言，電容式電壓互感器具有絕緣強(qiáng)度高，體積小、質(zhì)量輕、成本低，不與系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振[2-3]以及分壓電容可兼做高頻載波通信的耦合電容等優(yōu)點(diǎn)[1,4-7]而在110 kV及以上的電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，CVT在我國(guó)市場(chǎng)所占份額如表1所示[8]。

表1 目前CVT在我國(guó)市場(chǎng)所占的份額

在電力系統(tǒng)中，若電容式電壓互感器設(shè)備的分壓電容發(fā)生了變化，或者介質(zhì)損耗角的正切tan增大均有可能引起電容式電壓互感器發(fā)生爆炸[9-14]，國(guó)內(nèi)曾發(fā)生多起CVT爆炸的惡性事故[8]。試驗(yàn)規(guī)程對(duì)電容式電壓互感器的分壓電容以及介質(zhì)損耗角的正切tan均做了相應(yīng)的規(guī)定[15-16]。目前，現(xiàn)場(chǎng)以停電測(cè)量電容式電壓互感器每節(jié)電容器的電容量以及介損值作為設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目之一，也是判斷設(shè)備運(yùn)行狀況的主要手段。因此，電容式電壓互感器介質(zhì)損耗的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)電網(wǎng)的可靠運(yùn)行具有十分重要的意義。近幾年來(lái)，隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的升高，設(shè)備的絕緣要求也進(jìn)一步提高，電容式電壓互感器由220 kV兩節(jié)逐漸增加到1000 kV五節(jié)的結(jié)構(gòu)。這無(wú)疑對(duì)于試驗(yàn)人員來(lái)說(shuō)增加了試驗(yàn)的難度。傳統(tǒng)的電容式電壓互感器上節(jié)電容量的測(cè)量都是采用西林電橋的正接法，但是這種做法需要拆除電容式電壓互感器上節(jié)的引線[17]。由于電壓等級(jí)越高，設(shè)備的高度相應(yīng)增加，這就給試驗(yàn)人員拆除上節(jié)的高壓引線帶來(lái)巨大的困難。隨著高度的增加，試驗(yàn)人員要采用升降車(chē)去拆除高壓引線具有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，而且拆下的引線再裝上可能接觸不牢靠而在運(yùn)行中發(fā)熱導(dǎo)致設(shè)備故障，因此對(duì)一次設(shè)備的安全也構(gòu)成一定的威脅。

1 電容式電壓互感器結(jié)構(gòu)及其原理

電容式電壓互感器的原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。本文以1000 kV外形結(jié)構(gòu)為五節(jié)組合的電容式電壓互感器為例，其中第一、二、三、四節(jié)為主電容，分別用C11、C12、 C13和C14表示，第五節(jié)包含主電容C15和分壓電容C2。最下面包含中間PT和兩個(gè)主二次繞組，分別為1a-1n和2a-2n，以及一個(gè)輔助繞組da-dn。

圖1 1000 kV CVT原理結(jié)構(gòu)圖

由圖1可知，分壓電容C2上的電壓為

通過(guò)改變C1和C2的比值就可以得到不同的分壓比。這樣將一次側(cè)的高壓變換為二次側(cè)的低壓，既降低了二次設(shè)備的絕緣要求，又將二次側(cè)設(shè)備以及二次系統(tǒng)與一次系統(tǒng)的高壓設(shè)備在電氣方面很好地隔離，從而保證了二次設(shè)備和人身的安全。

為了使二次側(cè)的輸出電壓穩(wěn)定，在分壓回路中串入電感XL以補(bǔ)償電容分壓器的內(nèi)阻抗；同時(shí)，為了抑制鐵磁諧振過(guò)電壓在輔助繞組中接入了阻尼電阻D。基于以上特點(diǎn)，電容式電壓互感器在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

2 互感器介損測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)介紹

互感器介損測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)包括供電電源、接地和測(cè)量系統(tǒng)3部分組成，如圖2所示。供電電源采用220 V交流電源，接地系統(tǒng)有儀器接地、高壓測(cè)量線外皮接地，應(yīng)保證一點(diǎn)接地。測(cè)量系統(tǒng)主要采用的是濟(jì)南泛華的AI6000E系列的自動(dòng)抗干擾介質(zhì)損耗測(cè)量?jī)x。該測(cè)量?jī)x運(yùn)用變頻測(cè)量的原理很大程度上減小了干擾，保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性。

圖2 互感器介損測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)量示意圖

3 互感器介損測(cè)量試驗(yàn)結(jié)果與分析

測(cè)試示意圖如圖2所示。選用天津市電力公司1000 kV海河站運(yùn)行的6只電容式電壓互感器T033（U、V、W）、T041（U、V、W） 為例，該設(shè)備外形結(jié)構(gòu)為五節(jié)組合的電容式電壓互感器，設(shè)備型號(hào)均為T(mén)YD4-1000/-0.005H，廠家是桂林電力電容器有限公司。為了驗(yàn)證不拆除高壓引線的可行性，采用兩種試驗(yàn)方法對(duì)1000 kV電容式電壓互感器的上節(jié)電容進(jìn)行對(duì)比測(cè)量，兩種試驗(yàn)方法分別如下。

試驗(yàn)方法1：拆除電容式電壓互感器上節(jié)的高壓引線，用正接線法測(cè)量上節(jié)電容的介損。

試驗(yàn)方法2：不拆除電容式電壓互感器上節(jié)的高壓引線，用反接線法并且第二節(jié)的法蘭處接屏蔽線來(lái)測(cè)量上節(jié)電容的介損。

以上兩種試驗(yàn)方法測(cè)量結(jié)果如表2所示。

表2 互感器介損測(cè)量試驗(yàn)兩種方法結(jié)果比較性

拆除電容式電壓互感器第一節(jié)上的高壓引線，采用正接線方法，紅色的高壓線接在上節(jié)的接線端子上，黑色的信號(hào)線接在電容式電壓互感器第一節(jié)和第二節(jié)的法蘭連接處。從表2中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，采用試驗(yàn)方法1和試驗(yàn)方法2得出的第一節(jié)的電容量（C11）是很接近的，兩者之前的誤差很小，幾乎可以忽略不計(jì)。

圖3 等效電路圖

傳統(tǒng)正接線法測(cè)量上節(jié)電容量的等效原理圖如圖3 a所示，在上節(jié)C11上方施加高壓，C11下方的法蘭處取信號(hào)，即可測(cè)量C11的介損和電容量。下面對(duì)第二種試驗(yàn)方法進(jìn)行分析。不拆除電容式電壓互感器上節(jié)的高壓引線，用反接線法并且第二節(jié)的法蘭處接屏蔽線來(lái)測(cè)量上節(jié)電容的介損和電容量，其等效電路圖如圖3 b所示。

從等效電路圖3 b和測(cè)量線路圖2可知，當(dāng)采用帶屏蔽線的反接線法測(cè)量C11的電容量和介損值時(shí)，由于屏蔽線和高壓輸出線基本為同電位[18]，所以 C12上沒(méi)有電流流過(guò)，而 C12、C13、C14、C15和C2上流過(guò)的電流均由屏蔽線提供，并沒(méi)有直接進(jìn)入儀器的測(cè)量回路中，因此此種方法可以直接測(cè)量C11的電容量和介損值。通過(guò)正反接線的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了此種方法的可行性。

4 結(jié)論

不拆高壓引線的試驗(yàn)方法可以測(cè)量1000 kV電容式電壓互感器C11電容量和介損值。采用反接線不拆除高壓引線測(cè)量電容式電壓互感器C11電容量和介損值，用屏蔽線接到C11和C12之間的法蘭處，可以屏蔽掉C12及下節(jié)電容對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；同時(shí)，避免了拆除一次高壓引線所帶來(lái)的工作難度和安全風(fēng)險(xiǎn)，大大提高了工作效率，縮短了停電時(shí)間，對(duì)電網(wǎng)的可靠運(yùn)行具有重要的意義。