[科普中国]-电容式电压互感器-

简介

电力系统中除电弧炉、变频器等传统谐波源外，新能源接入、充电桩等非线性负荷都可能产生大量的谐波。为防止谐波对电网造成进一步的影响，对电网中谐波水平进行准确地监测和及时的治理是必要的环节，而正确地测量电网中谐波含量是监测和治理的基础1。

电容式电压互感器的组成电容式电压互感器主要由电容分压器和中压变压器组成。电容分压器由瓷套和装在其中的若干串联电容器组成，瓷套内充满保持0.1MPa正压的绝缘油，并用钢制波纹管平衡不同环境以保持油压，电容分压器可用作耦合电容器连接载波装置。中压变压器由装在密封油箱内的变压器、补偿电抗器、避雷器和阻尼装置组成，油箱顶部的空间充氮。一次绕组分为主绕组和微调绕组，一次侧和一次绕组间串联一个低损耗电抗器。由于电容式电压互感器的非线性阻抗和固有的电容有时会在电容式电压互感器内引起铁磁谐振，因而用阻尼装置抑制谐振，阻尼装置由电阻和电抗器组成，跨接在二次绕组上，正常情况下阻尼装置有很高的阻抗，当铁磁谐振引起过电压，在中压变压器受到影响前，电抗器已经饱和了只剩电阻负载，使振荡能量很快被降低。

常见异常的判断（1）二次电压波动。二次连接松动，分压器低压端子未接地或未接载波线圈；如果阻尼器是速饱和电抗器，则有可能是参数配合不当。

（2）二次电压低。二次连接不良，电磁单元故障或电容单元C2损坏。

（3）二次电压高。电容单元C1损坏，分压电容接地端未接地。

（4）电磁单元油位过高。下节电容单元漏油或电磁单元进水。

（5）投运时有异音。电磁单元中电抗器或中压变阻器螺栓松动2。

CVT等效电路模型在稳态条件下，整个CVT等效电路可看成线性系统，补偿电抗器杂散电容C。和中间变压器一次侧杂散电容C:在高频下的影响不可忽视。

CVT中间变压器铁芯可视为工作在磁化曲线的线性段，忽略铁芯的激磁感抗，中间变压器的一二次侧漏抗归算至补偿电抗器。

应用CVT进行谐波测量方法讨论通过CVT进行谐波测量，测量结果的幅值和相位均存在很大的误差，在某些频率下，幅值最大可能达到实际值的2倍以上，最小可能仅为实际值的10%左右;相位也存在将近1200突变的问题。

各厂家CVT实测频率特性曲线均在一定的频率范围内出现峰谷现象，且相位在其峰值和谷值频率处出现突变。不同厂家之问CVT谐波测量出现峰值和谷值的频率有所差别，在峰值和谷值处对真实幅值和相位的测量误差大小也不相同。而相同厂家同一型号的CVT谐波测量误差结果基本一致。

因此电力系统中通过CVT测量得到的谐波数据已经是如上述频率特性曲线畸变后的结果，不能真实地反映一次侧系统谐波情况。在110 kV及以上电网现场大量使用CVT的情况下，谐波电压的测量准确性问题函待解决，针对此问题以下儿点改进方法建议以供参考。

1)现场条件允许时，应采用电容式分压器测量谐波电压。对已装设电容分压器的现场应使用电容分压器测量，如没有装设且需对谐波电压情况详细了解的测试点应临时装设电容分压器再进行测量。

2)在CVT的高低压电容接地回路接入两个电流传感器，可测得CVT高低压侧电容回路的电流，分别计算两个电容器的压降，向量迭加后可得CVT对应频率下一次侧电压值。现有基于该原理的装置有ABB公司的PQ Sensor等，使用该装置在150 kV某CVT上模拟试验，与并联的电磁式电压互感器比较，结果具有较好的一致性，此设备可安装在已投运的CVT上，不影响CVT原有性能。

3)新建或改造变电站，如对谐波测量功能更为重视，可使用具有谐波测量功能的特种CVT。带谐波测量功能的特种CVT具有常规CVT的电压计量、继电保护等功能，也可应用于中高压电网谐波的测量。但由于110 kV及以上电压等级现场对谐波测量的需求仍处于较低阶段，且部分学者认为该类型CVT可能存在一定的安全隐患，因此该类型CVT在现场儿乎没有应用。

4)针对已建设电能质量监测网的地区，大量的电能质量在线监测装置源源不断地传回现场电能质量数据，其中谐波数据为CVT测量畸变后的结果，采用以上方法均不易实现。但如果厂家在CVT出厂时提供CVT频率特性曲线，则可以根据曲线进行谐波测量结果的修正，修正后的结果将具有更大的实际参考价值3。

总结1）论证了谐波条件下CVT可等效为一线性电路，并级联分级分析方法用以分析CVT各组成部分及整体的谐波传变特性，得到了CVT电路参数变化对其谐波传变特性的定量影响规律，明确了利用CVT测量谐波电压的影响因素。

2)幅频特性在50-1000 Hz的频段内呈“带通”特性，符合对CVT谐波传变特性的传统认识，阻尼器参数将影响此“带通”特性的变化率并起到“平抑”幅频峰值的作用，因此在CVT产品设计中，需要考虑等效杂散电容与阻尼器参数的配合问题。

3)由于各电压等级CVT参数的不同，不影响CVT谐波传变特性的中间变压器励磁参数变化范围等参量可能会有所不同，因此有必要掌握各电压等级CVT的典型参数以明确上述参量的具体范围，用以指导CVT产品设计以及通过CVT实现电网谐波电压的测量2。