110kV電容式電壓互感器不拆一次接線自激法試驗的研究

李顯榮 陳子輝 朱文超

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

0 引言

目前，變電站使用的110kV 電壓互感器大多數(shù)是110kV電容式電壓互感器（CVT），均為單節(jié)結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的電磁式電壓互感器相比，隨著電壓等級的升高，電容式電壓互感器的體積更小，結(jié)構(gòu)更簡單，造價更低，絕緣強度更高。另外，由于運行中的電磁式電壓互感器的非線性電感和其他電容之間易發(fā)生鐵磁諧振現(xiàn)象，因此會產(chǎn)生過電壓，造成設(shè)備損壞甚至爆炸，但電容式電壓互感器可避免該類問題的發(fā)生。

對CVT 進行高壓試驗時需要分別測量主電容C1、分壓電容C2的電容量和介損，常規(guī)采用自激法進行試驗，前提是CVT 頂部保持不接地的狀態(tài)，因此需要人員登高拆除頂部一次接線。試驗完成后，人員又需要登高恢復(fù)接線。為降低登高拆線帶來的安全風(fēng)險，同時避免拆線造成的熱鍍鋅螺絲熱鍍鋅層磨穿被腐蝕，需要探索不拆一次接線的新試驗方法，以提高工作效率和工作安全性。

1 110kV 電容式電壓互感器基本工作原理

電容式電壓互感器采用電容分壓原理，如圖1 所示，由電容分壓器和電磁單元組成。電容分壓器由主電容C1和分壓電容C2串聯(lián)組成。電磁單元由中間變壓器T 組成。

圖1 110kV 電容式電壓互感器基本工作原理圖

相電壓為U1，分壓電容C2上的電壓為UC2，則分壓例如公式（1）所示。

CVT 運行時，由二次繞組直接測得電壓，根據(jù)變比原理得出分壓電容C2上的電壓UC2及相電壓U1，這就是電容式電壓互感器的基本工作原理。

2 常規(guī)自激法試驗原理及缺點

在交流電壓的作用下，通過絕緣介質(zhì)的電流包括功分量和無功分量。有功分量產(chǎn)生一定的能量損耗，即產(chǎn)生介質(zhì)損耗。而在頻率一定的情況下，介質(zhì)損耗與介質(zhì)損耗角正切值tanδ成正比。因此需要通過試驗測量tanδ來獲知設(shè)備介質(zhì)損耗的情況，進而判斷絕緣介質(zhì)的狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備受潮、劣化、漏油等缺陷。

通常采用介質(zhì)損耗測量儀（簡稱介損儀）測量tanδ。該類儀器基于傳統(tǒng)西林電橋的原理，通過標(biāo)準(zhǔn)側(cè)電阻和被試側(cè)電阻，分別將流過標(biāo)準(zhǔn)電容器和被試品的電流信號進行高速同步采樣，經(jīng)模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換裝置測量得到兩組信號波形數(shù)據(jù)，再經(jīng)計算處理中心分析，分別得出標(biāo)準(zhǔn)側(cè)和被試側(cè)正弦信號的幅值、相位關(guān)系，進而計算出被試品的電容量及介損值。

測量tanδ的試驗方法通常有正接法、反接法、反接屏蔽法、自激法、末端加壓法等。各種方法適用范圍不同，如使用正接法時要求被試品兩極對地絕緣，使用反接法時要求被試品一極接地。

當(dāng)被試品存在多個并聯(lián)支路時，一般測得的tanδ 值會介于各并聯(lián)分支中的最大值和最小值之間，全部被測絕緣體可以看成是各部分絕緣體的并聯(lián)。大的絕緣體中存在局部缺陷時，測總體的tanδ不易反映出局部缺陷，而對較小的絕緣體，測tanδ就很容易發(fā)現(xiàn)絕緣的局部缺陷。為此，如果試品能分部測試最好分部測試。根據(jù)《電力設(shè)備檢修試驗規(guī)程：Q/CSG 1206007—2017》，相關(guān)試驗標(biāo)準(zhǔn)要求見表1[1]。

表1 110kV 電容式電壓互感器tanδ 及電容量試驗標(biāo)準(zhǔn)要求

由于110kV 電容式電壓互感器的總體電容量大，單純測量總體介損及電容量難以發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的分布性缺陷，因此需要分別測量C1、C2的介損和電容量，上述標(biāo)準(zhǔn)中也已列明?，F(xiàn)實中大多數(shù)110kV 電容式電壓互感器沒有中間抽頭引出，因此在不解剖設(shè)備的前提下C1、C2沒有明顯的分界點，正接法、反接法等均無法分別測量C1、C2的介損和電容量，只有自激法才能做到。

常規(guī)采用自激法測量110kV 電容式電壓互感器介損及電容量的情況如圖2 所示。

圖2 dn 自激法測量CVT 主電容介損tanδ1 及電容量C1（左）、分壓電容介損tanδ2 及電容量C2（右）

此時需要CVT 頂部保持不接地，以便接信號線Cx 測量流經(jīng)主電容C1的電流。介損儀測量主電容的介損tanδ1及電容量C1時，由CVT 的中間變壓器二次繞組勵磁加壓。由于剩余繞組da、dn 繞組額定電壓比其他繞組高，因此低壓勵磁輸出回路接互感器二次接線盤中的da、dn（如果阻尼電阻R 不在da、dn 之間，而在其他二次繞組之間，則低壓輸出回路接阻尼電阻R 所在的繞組，防止加壓時形成諧振回路，出現(xiàn)過電壓的危險情況）[2]。中間變壓器一次側(cè)低壓端XL保持接地，分壓電容的低壓端N 接介損儀高壓端，以便測量感應(yīng)電壓。介損儀加壓方法選擇自激法。由于分壓電容低壓端N 的絕緣水平較低，出廠時的交流耐壓值僅為4kV，交接時交流耐壓值按出廠值0.8 倍試驗（約為3kV），因此介損儀的試驗電壓選擇不要超過3kV，一般為2kV～3kV[3]。此時C2與電橋標(biāo)準(zhǔn)電容CN（CN=50pF）串聯(lián)構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)支路，由于C2的電容量遠遠大于CN，因此電壓主要分布在CN上，可以忽略C2。同時流經(jīng)C1的電流等于流經(jīng)C2與CN的電流之和。因此，當(dāng)電橋達到平衡時，如公式（2）所示。

同步加壓過程中，介損儀內(nèi)部自動轉(zhuǎn)換形式，將已經(jīng)測量出的主電容介損tanδ1、電容量C1與CN串聯(lián)，作為標(biāo)準(zhǔn)支路來測量分壓電容的介損tanδ2及電容量C2，如公式（3）所示。

該自激法試驗的前提是需要CVT 頂部保持不接地的狀態(tài)，由此帶來一定的問題。

對線路CVT，由于線路對側(cè)同時接地，因此無法通過拉開地刀或者拆除地線的方式令CVT 頂部不接地，只能采用人員登高拆除一次接線的方法；對母線CVT，由于只經(jīng)單把刀閘，一旦拉開僅有的單側(cè)地刀或拆除接地線，就會使CVT頂部產(chǎn)生感應(yīng)電，人員距離來電側(cè)風(fēng)險高，因此同樣只能采用人員登高拆除一次接線的方法。CVT 本體較大，作業(yè)人員登高作業(yè)時栓綁安全帶有一定難度，很難達到安全帶“高掛低用”的使用要求，容易發(fā)生高空墜落事故，且需要耗費一定的作業(yè)時間。據(jù)現(xiàn)場考究，不少220kV 變電站的110kV母線電壓互感器刀閘采用GW6 型刀閘，該類刀閘的帶電部位（靜觸頭、母線）離正下方110kV 母線電壓互感器距離過近，由于拆除PT 頂部引線時人員還需要伸出半截身體高于PT 頂部（伸出的半截身體按0.5m 計算），則帶電部位（靜觸頭、母線）離拆線人的頭部距離僅為1.5m～2m，甚至更少。根據(jù)《中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力安全工作規(guī)程：Q/CSG 510001—2015》規(guī)定，110kV 電壓等級作業(yè)安全距離為1.5m，而這種拆線情況下人體離帶電部位的安全距離難以把控，同時隨著感應(yīng)電等危害，安全風(fēng)險極大。當(dāng)采用轉(zhuǎn)停上一級設(shè)備（母線）的方法時，雖然安全問題迎刃而解，但需要擴大停電范圍，嚴(yán)重影響電網(wǎng)運行方式和居民用電，性價比低，一般不采用。

另外，拆開的熱鍍鋅螺絲和墊片腐蝕嚴(yán)重，一旦熱鍍鋅螺絲拆多了，容易把熱鍍鋅層磨破磨穿，難以恢復(fù)及并保證接觸良好。加上沿海地方潮濕，熱鍍鋅螺絲容易發(fā)生鐵鋅原電池反應(yīng)，時間長了，螺絲容易被腐蝕。

3 不拆一次接線自激法試驗的設(shè)計思路

對普遍沒有中間抽頭引出的110kV 電容式電壓互感器，在常用的介損試驗方法中，正接法、反接法、反接屏蔽法等方法均不能成功測量出主電容C1、分壓電容C2各自的介損和電容量，只有自激法才能做到，但自激法存在上文所述的缺點，因此考慮在自激法試驗的基礎(chǔ)上進行改進，使其不拆一次接線就能使用自激法測量出主電容C1、分壓電容C2各自的介損和電容量。

為了使電橋平衡以便電路計算，介損儀必須采集到流經(jīng)C1和C2的電流（即N 端電流）。由于CVT 轉(zhuǎn)檢修狀態(tài)，一次側(cè)高壓引線接地，使用自激法時測量線Cx是沒有電流通過的，電橋無法從CVT 的A 端直接采集到C1的電流，達不到平衡狀態(tài)。直接采集行不通，因此需要通過間接方法采集。

該方法的總體思路如下：考慮A 端位于CVT 頂部，在此位置直接加裝相關(guān)的電流采集單元同樣需要登高作業(yè)，會有一定的不便之處，因此該文嘗試在CVT 與地面的介損儀之間加插一個輔助裝置，如圖3 所示。

圖3 CVT 不拆一次接線加裝輔助裝置自激法試驗原理圖

該輔助裝置主要由PCB 板、電源模塊、電流檢測器、CPU控制器、電壓控制器、AD 轉(zhuǎn)換器、信號放大器等組成，考慮要避免外界電磁場的影響，電源模塊需要帶濾波裝置。輔助裝置主要利用電流采集單元采集XL端電流IXL及N 端電流IC1，適用于自激法采用電流幅值計算電容量、電流相位計算介損值的CVT 介損儀。與常規(guī)自激法接線不同的是，中間變壓器一次側(cè)低壓端XL通過輔助裝置后再接地形成回路，最后才接到介損儀的信號線Cx插口處。C2低壓端N 通過輔助裝置采集到N 端電流IC1，再接入介損儀的高壓輸出插口處。根據(jù)基爾霍夫電流定律可得介損儀低壓輸出CVT 二次繞組勵磁加壓時，IXL=IC1+IC2，因此IC1=IXL-IC2，進而得出IC1，輔助裝置通過信號線Cx輸出IC1至介損儀讀取計算。此時的介損儀會在自激法達到電橋平衡時分別自動計算出主電容C1和分壓電容C2的介損及電容量，其計算過程與CVT 頂部不接地采用自激法的過程一樣。

與傳統(tǒng)的拆除CVT 一次接線自激法試驗相比，使用該輔助裝置試驗時，只需要通過CVT 中間變壓器一次側(cè)低壓端XL 采集一次電流幅值和相位，結(jié)合同時采集到的C2電流幅值和相位，再通過交流電流電橋計算出C1電流幅值和相位，進而得出IC1，輸送至介損儀進行自激法試驗。整個過程接線方便，人員無須登到CVT 頂部進行一次拆線、接線。

4 試驗結(jié)果對比

對多臺110kV 電容式電壓互感器進行現(xiàn)場試驗結(jié)果對比，結(jié)果見表2。

表2 現(xiàn)場試驗結(jié)果對比

可見不拆一次接線加裝輔助裝置后，采用自激法的試驗結(jié)果與常規(guī)拆除一次接線自激法的區(qū)別不大，試驗精度得到了有效保證。另外，由于不需要重復(fù)拆除、恢復(fù)CVT 頂部一次接線，工作時長縮短了將近一倍，工作效率和安全性都得到了提高。

5 結(jié)語

高壓試驗技術(shù)發(fā)展日新月異，隨著時代的進步，在更講究科學(xué)、安全、精確、效率的大環(huán)境下，很多傳統(tǒng)的試驗方法已慢慢不再適用。該文對110kV 電容式電壓互感器不拆一次接線自激法試驗的研究，有效解決了試驗時人員登高拆線帶來的風(fēng)險問題，提高了工作效率，對新試驗技術(shù)的探索具有積極意義。