淺析電磁式半絕緣電壓互感器幾種測(cè)試方法的適用性

劉瀟

【摘 要】本文對(duì)電磁式半絕緣電壓互感器幾種測(cè)試方法并進(jìn)行分析對(duì)比，闡述了半絕緣電壓互感器中串級(jí)式與非串級(jí)式電壓互感器的區(qū)別與半絕緣非串級(jí)式電壓互感器適用的介質(zhì)損耗及電容量測(cè)量接線方式。

【關(guān)鍵詞】半絕緣；串級(jí)式；電壓互感器；常規(guī)法

0 引言

半絕緣的電壓互感器為測(cè)取電網(wǎng)電壓的重要設(shè)備。目前電網(wǎng)中仍存在較多此類(lèi)設(shè)備，而介損及電容量試驗(yàn)?zāi)茌^為靈敏地檢測(cè)其絕緣受潮、劣化及套管損害等缺陷。本文中，針對(duì)目前較多種類(lèi)的介損及電容量試驗(yàn)接線方式，相互間進(jìn)行比較。并且對(duì)應(yīng)于半絕緣電壓互感器的不同結(jié)構(gòu)，分析各種接線方式的適用性及相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 半絕緣電壓互感器簡(jiǎn)介及分類(lèi)

1.1 半絕緣定義

半絕緣是指變壓器靠近中性點(diǎn)部分繞組的主絕緣，其絕緣水平比端部繞組的絕緣水平低、也叫降級(jí)絕緣。半絕緣電壓互感器是電磁式電壓互感器的一種，利用電磁感應(yīng)原理制成的一種電壓互感器，類(lèi)似于變壓器。主要為電網(wǎng)的電壓抽取作二次保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量用。

1.2 半絕緣電壓互感器主要分為三種形式

（1）具有閉合鐵芯的半絕緣電壓互感器；

（2）串級(jí)式電壓互感器；

（3）具有開(kāi)放鐵芯的半絕緣電壓互感器[3]。

針對(duì)具體試驗(yàn)接線的特點(diǎn)，主要?dú)w分為兩種，即串級(jí)式和非串級(jí)式的半絕緣電壓互感器。

2 各種介損及電容量試驗(yàn)接線方式的介紹

各種接線方式的不同，目的是為了測(cè)試不同的位置。根據(jù)不同的原理及測(cè)試部位主要分為四大類(lèi)。

2.1 常規(guī)法

又稱(chēng)短路法，主要有正接線和反接線兩種形式。共有7種接線方式，以下列出2種具體接線方式及對(duì)應(yīng)試驗(yàn)部位。

2.1.1 常規(guī)法1

如圖1所示，接線方法為一次首尾端短接加壓10kV，二次ax、aDxD短接接地，底座接地。此法主要測(cè)試部位為：一次對(duì)二三次繞組絕緣，底座絕緣，二三次繞組端部絕緣。

2.1.2 常規(guī)法2

如圖2所示，接線方法為一次首尾端短接加壓10kV，二次ax、aDxD短接接介損儀Cx端，底座接地。此法主要測(cè)試部位為：一次對(duì)二次三次繞組的絕緣、二三次繞組端部[1]。

常規(guī)法1 常規(guī)法2

圖1 圖2

2.2 末端屏蔽法

2.2.1末端屏蔽法3

如圖3所示，接線方法為一次首端加壓10kV，一次尾端靜電屏接地，二次x、xD短接接Cx，底座對(duì)地絕緣。此法主要測(cè)試部位為：下鐵芯一次對(duì)二三次繞組端部絕緣，底座絕緣。

2.2.2 末端屏蔽法4

如圖4所示，接線方法為一次首端加壓10kV，一次尾端靜電屏接地，二次a、xD短接，x接Cx，底座對(duì)地絕緣。此法主要測(cè)試部位與末端屏蔽法3相同。此法主要針對(duì)減極性的半絕緣電壓互感器，目的為了減少電感引起的誤差。原理為讓二、三次繞組通過(guò)與一次繞組相反電流，使一次與二、三次繞組電感相抵消。若為加極性，用末端屏蔽法5，如圖5所示，原理相同[2]。

2.2.3 末端屏蔽法6

如圖6所示，接線方法為一次首端加壓10kV，一次尾端靜電屏接地，二次a、xD短接接地，底座對(duì)地絕緣接Cx。此法主要測(cè)試部位為底座絕緣[3]。

末端屏蔽法 末端屏蔽法改進(jìn)型（減極性）

圖3 圖4

末端屏蔽法改進(jìn)型（加極性） 末端屏蔽法測(cè)支架

圖5 圖6

2.3 末端加壓法

2.3.1 末端加壓法7

如圖7所示，接線方法為一次首端接地，一次尾端靜電屏加壓10kV，二次x、xD短接接Cx，底座接地。此法主要測(cè)試部位為：下鐵芯一次對(duì)二三次繞組端部絕緣，底座絕緣。

2.3.2 末端加壓法8

如圖8所示，接線方法為一次首端接地，一次尾端靜電屏加壓10kV，二次x接地，xD接Cx，底座接地。此法主要測(cè)試部位為：下鐵芯一次對(duì)三次繞組端部絕緣，底座絕緣。

此兩種方法主要區(qū)別為二次x端是接入Cx還是接地。因?yàn)閷?duì)于串級(jí)式電壓互感器來(lái)說(shuō)三次繞組（又稱(chēng)輔助二次或開(kāi)口三角）在最外層，且三次繞組電容量占總二三次繞組電容量的比例較小。故相對(duì)來(lái)說(shuō)，圖7末端加壓法7對(duì)于串級(jí)式電壓互感器在端部受潮初期反應(yīng)靈敏。

圖7 末端加壓法7 圖8 末端加壓法8

2.4 自激法

如圖9所示，接線方法為二次a端加壓2～3kV，一次尾端靜電屏接地，一次首端接介損儀Cx，二次aD、xD懸空，底座與二次x端一起下地。此法主要測(cè)試部位為：一次對(duì)二三次繞組端部絕緣，底座絕緣[1]。

圖9 自激法

3 分級(jí)絕緣電壓互感器中串級(jí)式電壓互感器及非串級(jí)式電壓互感器的結(jié)構(gòu)區(qū)別

3.1 非串級(jí)式的半絕緣電壓互感器

鐵芯柱上套有繞組，分三個(gè)線圈（一次、二次及剩余電壓），剩余電壓線圈繞在絕緣紙筒上，外包紙板后，繞二次線圈，再外包絕緣紙板，最外面為一次線圈。一次繞組A端出線為全絕緣，X端接地。器身固定在下油箱上。

3.2 串級(jí)式電壓互感器

結(jié)構(gòu)如圖10所示。與非串級(jí)式半絕緣電壓互感器相反，串級(jí)式電壓互感器下鐵芯上最里層為一次繞組，接著是二次，而開(kāi)口三角繞組為最外層[4]。

圖10 串級(jí)式電壓互感器下繞組排列示意圖

不同的測(cè)量方法是為了測(cè)量設(shè)備的不同位置。將常規(guī)法與末端加壓法、末端屏蔽法相比較，關(guān)鍵的區(qū)別在于是否測(cè)量“端部”，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的靈敏度有一定的影響。這是常規(guī)法與其余兩法的主要區(qū)別。常規(guī)法主要將一次繞組首尾短接，而末端加壓法及末端屏蔽法都是正接法，且必須將一次繞組首端或尾端接地。眾所周知，在正接法中，接地相當(dāng)于屏蔽。將一次繞組任一端接地相當(dāng)于將一次繞組對(duì)其余繞組之間的絕緣屏蔽。而常規(guī)法中，將一次繞組首尾短接卻正是為了測(cè)出一次繞組對(duì)其余繞組的絕緣。這些本質(zhì)的區(qū)別，都是建立在繞組結(jié)構(gòu)完全不同的前提下的。已經(jīng)有實(shí)例證明對(duì)于表面已經(jīng)出現(xiàn)放電的此類(lèi)型互感器但是用末端加壓法與末端屏蔽法測(cè)量，結(jié)果仍能在合格范圍內(nèi)。

對(duì)于分級(jí)絕緣電壓互感器中的非串級(jí)式種類(lèi)，只能用第一種常規(guī)法（圖1、圖2）的2種接線。因?yàn)槠渌欣@組都是繞在同一個(gè)鐵芯上的，其中一次繞組為最外層。最先受潮的也必然是一次繞組，所以測(cè)出一次繞組對(duì)二、三次繞組的絕緣介損為關(guān)鍵。若非要使用末端屏蔽法、末端加壓法、自激法等，也可以測(cè)量出介損，但是一次繞組對(duì)二、三次繞組的端部絕緣，結(jié)構(gòu)上在一次繞組以內(nèi)的層次（電壓互感器一次繞組匝數(shù)遠(yuǎn)多于二次繞組），即使已經(jīng)嚴(yán)重受潮，也很難反映，于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量意義不大。

對(duì)于末端屏蔽法、末端加壓法、自激法，均為針對(duì)半絕緣中的串級(jí)式電壓互感器，因?yàn)槠涠?、三次繞組在最外側(cè)的結(jié)構(gòu)，此部位為最外層，必最先受潮，若將其改進(jìn)只測(cè)一次對(duì)三次繞組端部絕緣，更是受潮的最先發(fā)生位置，測(cè)量此位置的絕緣狀況有重要意義。而且對(duì)于三次繞組來(lái)說(shuō)，其所占總二次繞組的比例占很小部分，單獨(dú)測(cè)量也將提高反映受潮情況的靈敏度（圖8）。若用常規(guī)法測(cè)量，也可以得出結(jié)果，但是因?yàn)闇y(cè)量部位并非最外層，即使三次繞組已經(jīng)嚴(yán)重受潮，但是還是很有可能測(cè)量介損結(jié)果在合格范圍內(nèi)。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

下面來(lái)看看一組現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，被試設(shè)備為：

型號(hào)：JDX6-35型（J—電壓互感器、D—單相、X—帶剩余電壓繞組、6—設(shè)計(jì)序號(hào)、35—指電壓等級(jí)，kV）

廠家：沈陽(yáng)變壓器責(zé)任有限公司

出廠日期：1994年10月

編號(hào)：94J05123-2

根據(jù)廠家說(shuō)明書(shū)：該型電壓互感器為單相三繞組、戶外用油浸式全密封型電壓互感器，適用于中性點(diǎn)不接地的35kV，額定頻率為50Hz的交流電力系統(tǒng)中做電壓、電能測(cè)量及繼電保護(hù)之用。鐵芯由條形硅鋼片疊層，為三柱芯式，在中柱上套有繞組，分三個(gè)線圈（一次、二次及剩余電壓），剩余電壓線圈繞在絕緣紙筒上，外包紙板后，繞二次線圈，再外包絕緣紙板，最外面為一次線圈。一次繞組A端出線為全絕緣，X端接地。器身固定在下油箱上。在上油箱上裝有一次瓷套、接線盒、銘牌及供吊起互感器的四個(gè)吊拌。在瓷套頂端裝有儲(chǔ)油柜。下油箱下部裝有油樣活門(mén)，支座上有接地螺栓，為全密封結(jié)構(gòu)，能有效地防止油老化。

因?yàn)獒槍?duì)末端屏蔽法不適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，自激法誤差太大易受干擾。故試驗(yàn)中只將常規(guī)法及末端加壓法進(jìn)行對(duì)比。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試證實(shí)該P(yáng)T絕緣存在嚴(yán)重缺陷，將其拆下后進(jìn)行較詳細(xì)試驗(yàn)，數(shù)據(jù)如下表1所示：

表1

后將該P(yáng)T進(jìn)行放油后解體再進(jìn)行試驗(yàn)，數(shù)據(jù)如下表2所示：

表2

同時(shí)對(duì)絕緣油進(jìn)行各種試驗(yàn)分析，得出數(shù)據(jù)如下表3所示：

測(cè)得微水：48.7mg/L，絕緣強(qiáng)度：21kV。

最后對(duì)該P(yáng)T進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)在一次端子拆掉上蓋后，發(fā)現(xiàn)在儲(chǔ)油柜內(nèi)有大量油泥及水分；在一次繞組上包扎的白布帶上亦發(fā)現(xiàn)一些油泥；在最外層的絕緣紙板上發(fā)現(xiàn)大量樹(shù)枝狀放電痕。

綜上所述，對(duì)于電磁式半絕緣電壓互感器的非串級(jí)式種類(lèi)，使用末端加壓法對(duì)其受潮情況反映并不靈敏。而常規(guī)法可較正確反映其受潮情況。于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，常規(guī)法更適用于此類(lèi)PT的介質(zhì)損及電容量測(cè)試。

對(duì)于電磁式半絕緣電壓互感器中的串級(jí)式種類(lèi)，顯然末端加壓法因?yàn)椴恍鑼⒌鬃鶎?duì)地絕緣而更適合現(xiàn)場(chǎng)操作。其中末端加壓法12更是應(yīng)該于現(xiàn)場(chǎng)提倡。

5 總結(jié)

在此通過(guò)上述分析及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比，可以看出：

對(duì)于電磁式半絕緣電壓互感器的非串級(jí)式種類(lèi)選用常規(guī)法進(jìn)行測(cè)試較為適宜，其對(duì)互感器受潮狀況反映較為靈敏，因?yàn)檫@是建立在結(jié)構(gòu)上一次繞組在最外層的前提下的。

所謂常規(guī)法必須是一次繞組首尾短接。

在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中應(yīng)細(xì)心觀察，區(qū)分被試設(shè)備的種類(lèi)，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的適用性及準(zhǔn)確性，是基礎(chǔ)且必要的。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]