電容式電壓互感器

電力系統(tǒng)中除電弧爐、變頻器等傳統(tǒng)諧波源外，新能源接入、充電樁等非線性負(fù)荷都可能產(chǎn)生大量的諧波。為防止諧波對(duì)電網(wǎng)造成進(jìn)一步的影響，對(duì)電網(wǎng)中諧波水平進(jìn)行準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)和及時(shí)的治理是必要的環(huán)節(jié)，而正確地測(cè)量電網(wǎng)中諧波含量是監(jiān)測(cè)和治理的基礎(chǔ) 。

電容式電壓互感器主要由電容分壓器和中壓變壓器組成。電容分壓器由瓷套和裝在其中的若干串聯(lián)電容器組成，瓷套內(nèi)充滿保持0.1MPa正壓的絕緣油，并用鋼制波紋管平衡不同環(huán)境以保持油壓，電容分壓器可用作耦合電容器連接載波裝置。中壓變壓器由裝在密封油箱內(nèi)的變壓器、補(bǔ)償電抗器、避雷器和阻尼裝置組成，油箱頂部的空間充氮。一次繞組分為主繞組和微調(diào)繞組，一次側(cè)和一次繞組間串聯(lián)一個(gè)低損耗電抗器。由于電容式電壓互感器的非線性阻抗和固有的電容有時(shí)會(huì)在電容式電壓互感器內(nèi)引起鐵磁諧振，因而用阻尼裝置抑制諧振，阻尼裝置由電阻和電抗器組成，跨接在二次繞組上，正常情況下阻尼裝置有很高的阻抗，當(dāng)鐵磁諧振引起過電壓，在中壓變壓器受到影響前，電抗器已經(jīng)飽和了只剩電阻負(fù)載，使振蕩能量很快被降低。

（1）二次電壓波動(dòng)。二次連接松動(dòng)，分壓器低壓端子未接地或未接載波線圈；如果阻尼器是速飽和電抗器，則有可能是參數(shù)配合不當(dāng)。

（2）二次電壓低。二次連接不良，電磁單元故障或電容單元C2損壞。

（3）二次電壓高。電容單元C1損壞，分壓電容接地端未接地。

（4）電磁單元油位過高。下節(jié)電容單元漏油或電磁單元進(jìn)水。

（5）投運(yùn)時(shí)有異音。電磁單元中電抗器或中壓變阻器螺栓松動(dòng) 。

通過CVT進(jìn)行諧波測(cè)量，測(cè)量結(jié)果的幅值和相位均存在很大的誤差，在某些頻率下，幅值最大可能達(dá)到實(shí)際值的2倍以上，最小可能僅為實(shí)際值的10%左右;相位也存在將近1200突變的問題。

各廠家CVT實(shí)測(cè)頻率特性曲線均在一定的頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)峰谷現(xiàn)象，且相位在其峰值和谷值頻率處出現(xiàn)突變。不同廠家之問CVT諧波測(cè)量出現(xiàn)峰值和谷值的頻率有所差別，在峰值和谷值處對(duì)真實(shí)幅值和相位的測(cè)量誤差大小也不相同。而相同廠家同一型號(hào)的CVT諧波測(cè)量誤差結(jié)果基本一致。

因此電力系統(tǒng)中通過CVT測(cè)量得到的諧波數(shù)據(jù)已經(jīng)是如上述頻率特性曲線畸變后的結(jié)果，不能真實(shí)地反映一次側(cè)系統(tǒng)諧波情況。在110 kV及以上電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)大量使用CVT的情況下，諧波電壓的測(cè)量準(zhǔn)確性問題函待解決，針對(duì)此問題 以下兒點(diǎn)改進(jìn)方法建議以供參考。

1)現(xiàn)場(chǎng)條件允許時(shí)，應(yīng)采用電容式分壓器測(cè)量諧波電壓。對(duì)已裝設(shè)電容分壓器的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)使用電容分壓器測(cè)量，如沒有裝設(shè)且需對(duì)諧波電壓情況詳細(xì)了解的測(cè)試點(diǎn)應(yīng)臨時(shí)裝設(shè)電容分壓器再進(jìn)行測(cè)量。

2)在CVT的高低壓電容接地回路接入兩個(gè)電流傳感器，可測(cè)得CVT高低壓側(cè)電容回路的電流，分別計(jì)算兩個(gè)電容器的壓降，向量迭加后可得CVT對(duì)應(yīng)頻率下一次側(cè)電壓值。現(xiàn)有基于該原理的裝置有ABB公司的PQ Sensor等，使用該裝置在150 kV某CVT上模擬試驗(yàn)，與并聯(lián)的電磁式電壓互感器比較，結(jié)果具有較好的一致性，此設(shè)備可安裝在已投運(yùn)的CVT上，不影響CVT原有性能。

3)新建或改造變電站，如對(duì)諧波測(cè)量功能更為重視，可使用具有諧波測(cè)量功能的特種CVT。帶諧波測(cè)量功能的特種CVT具有常規(guī)CVT的電壓計(jì)量、繼電保護(hù)等功能，也可應(yīng)用于中高壓電網(wǎng)諧波的測(cè)量。但由于110 kV及以上電壓等級(jí)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)諧波測(cè)量的需求仍處于較低階段，且部分學(xué)者認(rèn)為該類型CVT可能存在一定的安全隱患，因此該類型CVT在現(xiàn)場(chǎng)兒乎沒有應(yīng)用。

4)針對(duì)已建設(shè)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)的地區(qū)，大量的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置源源不斷地傳回現(xiàn)場(chǎng)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，其中諧波數(shù)據(jù)為CVT測(cè)量畸變后的結(jié)果，采用以上方法均不易實(shí)現(xiàn)。但如果廠家在CVT出廠時(shí)提供CVT頻率特性曲線，則可以根據(jù)曲線進(jìn)行諧波測(cè)量結(jié)果的修正，修正后的結(jié)果將具有更大的實(shí)際參考價(jià)值 。

在穩(wěn)態(tài)條件下，整個(gè)CVT等效電路可看成線性系統(tǒng)，補(bǔ)償電抗器雜散電容C。和中間變壓器一次側(cè)雜散電容C:在高頻下的影響不可忽視。

CVT中間變壓器鐵芯可視為工作在磁化曲線的線性段，忽略鐵芯的激磁感抗，中間變壓器的一二次側(cè)漏抗歸算至補(bǔ)償電抗器。

1）論證了諧波條件下CVT可等效為一線性電路，并 級(jí)聯(lián)分級(jí)分析方法用以分析CVT各組成部分及整體的諧波傳變特性，得到了CVT電路參數(shù)變化對(duì)其諧波傳變特性的定量影響規(guī)律，明確了利用CVT測(cè)量諧波電壓的影響因素。

2)幅頻特性在50-1000 Hz的頻段內(nèi)呈“帶通”特性，符合對(duì)CVT諧波傳變特性的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，阻尼器參數(shù)將影響此“帶通”特性的變化率并起到“平抑”幅頻峰值的作用，因此在CVT產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，需要考慮等效雜散電容與阻尼器參數(shù)的配合問題。

3)由于各電壓等級(jí)CVT參數(shù)的不同，不影響CVT諧波傳變特性的中間變壓器勵(lì)磁參數(shù)變化范圍等參量可能會(huì)有所不同，因此有必要掌握各電壓等級(jí)CVT的典型參數(shù)以明確上述參量的具體范圍，用以指導(dǎo)CVT產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及通過CVT實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)諧波電壓的測(cè)量 。2100433B

2018年7月13日，《1000kV交流系統(tǒng)用電容式電壓互感器技術(shù)規(guī)范》發(fā)布。

2019年2月1日，《1000kV交流系統(tǒng)用電容式電壓互感器技術(shù)規(guī)范》實(shí)施。