電容式電壓互感器超標(biāo)原因分析
(介質(zhì)損耗測試儀解決)
針對微水電廠電容式電壓互感器(CVT)介損超標(biāo)現(xiàn)象,采用幾種接線方式進(jìn)行了試驗(yàn)研究,找出了CVT介損超標(biāo)的原因,提出了減小測量誤差的方法。
在微水電廠6臺(tái)35 kV電容式電壓互感器(CVT)的交接試驗(yàn)中,有2臺(tái)分壓電容(C2)的介質(zhì)損耗角正切(tgδ)超標(biāo)??紤]到其高壓電容(C1)tgδ都在合格范圍內(nèi),且絕緣試驗(yàn)和電容量也都合格,初步分析CVTtgδ不合格可能不是由CVT本身引起。為了避免誤判斷,對其中3臺(tái)CVT進(jìn)行了進(jìn)一步的試驗(yàn)研究,分析了CVTtgδ超標(biāo)的真正原因,提出了減小測量誤差的方法。
1 試驗(yàn)接線及測量結(jié)果
1.1 常規(guī)反接線及測量結(jié)果
采用常規(guī)反接線測量CVT的整體tgδ和電容量,即C1、C2串聯(lián)等值tgδ和電容量,試驗(yàn)接線如圖1所示。
試驗(yàn)分中間變壓器一次側(cè)末端接地二次繞組開路、中間變壓器一次側(cè)末端懸空二次繞組開路、中間變壓器一次側(cè)末端二次繞組短路3種情況進(jìn)行,試驗(yàn)結(jié)果見表1、表2。
1.2 常規(guī)正接線及測量結(jié)果
常規(guī)正接線測量原理見圖2。試驗(yàn)分中間變壓器一次側(cè)末端接地二次繞組開路、中間變壓器一次側(cè)末端接地二次繞組短路、中間變壓器一次側(cè)末端懸空二次繞組開路、中間變壓器一次側(cè)末端懸空二次繞組短路4種情況進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果見表3。
1.3 自激法介損測量接線及測量結(jié)果
試驗(yàn)采用HV9001智能電橋,試驗(yàn)時(shí)拆除C2尾端與大地的連接線,試驗(yàn)接線如圖3所示。由于本次所測35 kVCVT的高壓電容及低壓電容電容量均較大,受電橋容量限制,試驗(yàn)時(shí)將2個(gè)二次繞組串聯(lián)激磁。測量結(jié)果見表4、表5。
2 影響測量結(jié)果的因素分析
2.1 中間變壓器的影響
采用常規(guī)反接線時(shí),隨著接線方式的不同,測量結(jié)果差別很大。由表1、表2測量結(jié)果可知,二次開路X端懸空或接地時(shí),都產(chǎn)生較大的正誤差,tgδ值為0.38%~0.55%?二次短路X端接地時(shí),產(chǎn)生非常大的誤差,tgδ值達(dá)231.9%?二次短路X端懸空時(shí),產(chǎn)生較小的正誤差,tgδ值為0.19%~0.33%。
以上測量誤差主要是由于存在中間變壓器造成的。圖1表明,流過測量橋臂R3的電流為I1,測量結(jié)果反映的是I1與In夾角的大小。中間變壓器的存在,使I1不再等于I2,而是I2與I3的向量和,隨著大小和相角的不同,I1與In夾角也不同,即tgδ不同。中間變壓器的等效電路如圖4所示。
圖4中L
b為中間變壓器激磁電感或漏感,C
b為中間變壓器一次對鐵芯、外殼、二次繞組的等值電容,R
b為中間變壓器總損耗的等效電阻。A、B兩點(diǎn) 之間的等效阻抗為:
(2)可知C
0為負(fù)值,等效為一電感,所以當(dāng)X端接地時(shí),不論二次開路還是短路,Z
AB呈感性。這樣,圖1(b)中I
3的相位落后于電壓U,使I
n與I
3夾角加大,即當(dāng)X端接地時(shí),不論二次開路還是短路都產(chǎn)生正誤差。當(dāng)二次開路時(shí),Z
AB的電抗主要由中間變壓器一次激磁電感決定?而當(dāng)二次短路時(shí),Z
AB的電抗主要由變壓器的漏感決定。由于中間變壓器漏抗比激磁阻抗小得多,即二次短路時(shí)的I
3幅值要大得多,因此X端接地時(shí),不論二次開路還是短路都將產(chǎn)生難以接受的正誤差,二次短路比二次開路引起的正誤差要大得多,tgδ實(shí)測值達(dá)到231.9%。
b.X端懸空時(shí),不論二次開路還是短路,在工頻情況下總能滿足式(2)中C
0為正值,即Z
AB呈容性,因?yàn)橹虚g變壓器的tgδ一般大于電容器部分的tgδ,同時(shí)考慮到激磁感抗或漏抗與容抗的抵消作用,I
3支路的等效tgδ更大,此時(shí)圖1(b)所示I
3比I
2更落后,由此產(chǎn)生較大的正誤差。由于激磁感抗比漏抗抵消容抗的效果大得多,所以X端懸空時(shí),二次開路比二次短路產(chǎn)生更大的測量正誤差,不能滿足工程要求?二次短路產(chǎn)生的誤差較小,C
2?C
1的值越大,誤差越小,35 kV比110 kV及以上電容式電壓互感器誤差要大。采用常規(guī)正接線和自激法測量時(shí),中間變壓器對測量結(jié)果的影響參考文獻(xiàn)?1]已有分析,本文不再重復(fù)。
2.2 測量引線接觸狀況的影響
在進(jìn)行35 kV電容式電壓互感器tgδ測量時(shí),測量結(jié)果重復(fù)性較差,特別是測量引線接到生銹部位時(shí)tgδ明顯偏大,測量結(jié)果見表2、表5。為了分析誤差原因,引入圖5所示的串聯(lián)等值電路,圖中R
x為試品的等效串聯(lián)電阻,C
x為試品的等效串聯(lián)電容,R
0表示引線與試品之間的接觸電阻。
引線接觸良好時(shí),相當(dāng)于接觸電阻R
0非常小,可以忽略不計(jì),由圖5可知,此時(shí)試品的tgδ為:
tgδ=ωR
x C
x(3)
當(dāng)引線接觸不良時(shí),接觸電阻R0不能忽略不計(jì),此時(shí)試品介損測量值tgδ
0為:
由式(3)、式(4)得出,測量引線接觸不良引起的介損測量誤差Δtgδ為:
由式(5)可知,引線接觸不良引起的tgδ測量誤差與試品的電容量及接觸狀況有關(guān),試品的電容量越大,接觸電阻越大,測量誤差Δtgδ越大?反之越小。由表5測量結(jié)果可知Δtgδ≈0.2%,C
x≈40nF,經(jīng)計(jì)算得接觸電阻R
0≈160Ω。
2.3 測量電壓的影響
用康申HV9001智能電橋,采用自激法測量35kV電容式電壓互感器tgδ時(shí),由于激磁電流的限制(15?20 A),有時(shí)試驗(yàn)電壓只能升到1 500 V,難以保證電橋的測量精度,致使測量結(jié)果出現(xiàn)較大誤差,有時(shí)出現(xiàn)負(fù)值。遇到這種情況,可以采用如圖3所示的試驗(yàn)接線,將基本二次繞組和輔助二次繞組串聯(lián)起來激磁,以降低激磁電流,提高測量電壓,提高儀器的測量精度。在對微水電廠35 kV電容式電壓互感器進(jìn)行tgδ測量時(shí),由于測量電壓低,曾出現(xiàn)過tgδ測量值不穩(wěn)或?yàn)樨?fù)值的情況,后來采用基本二次繞組與輔助二次繞組串聯(lián)激磁,使測量電壓提高到2.5 kV,獲得了滿意的結(jié)果,詳見表4。
3 結(jié)論
a.參考文獻(xiàn)?1]中介紹的自激法是測量CVTtgδ較理想的方法,其測量結(jié)果zui真實(shí)準(zhǔn)確。
b.采用常規(guī)反接線測量時(shí),只有X端懸空、二次繞組短路接線方法的測量誤差較小,特別是C
2的電容量較C
1大得多時(shí),測量誤差更小。
c.對于電容量較大的試品,測量引線接觸狀況對測量結(jié)果的影響較大,進(jìn)行CVTtgδ測量時(shí)應(yīng)引起注意。
d.采用自激法測量CVTtgδ時(shí),測量電壓低,容易引起測量結(jié)果不穩(wěn)定,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)值,采用基本二次繞組與輔助二次繞組串聯(lián)起來激磁的方法,可以解決激磁電流超標(biāo)的問題。