[科普中国]-宽频电容式分压器

简介

随着现代工业的发展，电力系统中接入越来越多的非线性负荷，导致系统内电压电流谐波畸变越来越严重。而系统内电能质量分析和电能计量均需要从电压互感器二次取信号，传统的互感器由于传变特性的不足，在高频条件下存在较大的测量误差。有关研究表明，在20次谐波条件下的电磁式电压互感器的测量误差已经达到±2%，而CVT在偏离基本的测试频率下，最大误差可达77%。因此，为在高次谐波下准确获得电网侧谐波信号，需要研制一种具有较高频带的电压测量装置。波兰学者研制的一台高精度宽频400kV电阻分压器，分压器使用PCB板将各电阻串联，通过控制箱将二次信号通过光纤传送至后端电能质量分析仪进行电能质量分析。分压器在10Hz~10kHz信号条件下可满足±3%的比例误差要求。然而采用电阻分压的结构，在设计上需要对大量电阻进行筛选，并进行完善的屏蔽，减少分布电容对分压器相位差的影响。工艺复杂，工作量大。如果采用电容分压器，相位差将不受分布电容的影响。1

装置的研制基本思想通常情况，理想电容器的比例是与频率无关的，且具有较小的角度偏差。常规电容分压器由于其电容器介质损耗的存在以及不一致性，导致在高频条件下出现较大的比例误差。而压缩气体标准电容器从原理和结构上更接近理想电容器，压缩气体标准电容器是高压试验室中必不可少的一种精密标准设备，其电容量稳定性好，介质损耗较小。如将压缩气体标准电容器串联组成电容分压器将在较宽的频带内具有较高的测量准确度。基于本思想，文献设计了一种基于压缩气体标准电容器的电容分压器，将高低压电极设计在一个封闭的气体容器内，配合后级电压信号调理电路，分压器的整体测量误差在50~2500Hz范围内满足±0.1%。1

成果文献将2种常用的压缩气体标准电容器设计构成了1台用于谐波测量的宽频电容分压器，并设计了后级电压信号调理单元。使用电磁场仿真软件辅助完成分压器主绝缘和电容量的设计；采用双级缓冲电路实现对分压器整体误差的调整。经测试分压器满足10kV电力系统绝缘配合设计要求，在2500Hz条件下其测量时误差满足互感器0.1级要求。1

案例分析中国首条1000kV特高压交流示范工程晋东南（长治）—南阳—荆门线路段共有18台特高压CVT投入运行，该示范工程在2011年底进行扩建调试的过程中，由于隔离开关操作导致的快速瞬态过电压曾造成特高压CVT损毁的事故，且主要为最下节低压分压电容损毁。根据实验测量的数据发现，宽频下某些频段内电容分压器的高压电容和低压电容阻抗特性将会发生不同程度的变化，这很有可能会导致电容分压不准确，进而有可能导致电容分压器某节电容损毁，可见宽频下分压电容阻抗特性的变化是导致电容分压器损毁的一个潜在因素。2

相关研究文献为了提高特高压电容式电压互感器的瞬态性能，分析其在较宽领域内的分压特性，以某公司生产的1000kV特高压电容分压器为实验对象，进行了特高压电容分压器阻抗的测量，建立了特高压电容分压器的宽频等效电路模型。首先，测量特高压电容分压器的阻抗；其次，基于测量得到的数据结合矢量匹配法和电路综合理论，建立了特高压电容分压器的宽频等效电路模型，并利用模式搜索算法对等效电路进行无源修正；最后，利用所建立的模型，分析特高压电容分压器在不同频率下的分压特性，为合理设置均压装置以及改善特高压的制造工艺提供理论依据。2