电容式电压感器介损分析

电容式电压互感器介损测试分析摘要： 中图分类号： 文献编识码： 关键词：0 引言：1 电介质损耗测试原理 1.1 电介质损耗的等值电路电介质中如果没有损耗，则在交变电场作用下，则是纯电容电流i C ，且i C 超前电压90°。

实际上，所有的电介质都不可避免的具有一定的损耗，在电介质中流过的电流都含有一定的有功损耗分量，故它超前电压一个角度φ，φ小于90°。

δ为φ的余角，称为介质损耗角。

δ的大小决定于电介质中有功电流与无功电流之比。

UI RI CI/ωr电介质损耗的并联等值电路及向量分析图 电介质损耗的串联等值电路及向量分析图CUCU I CU RUUP f Sd d S f CRC U R U I I C R ωδωδωερπρεπωωδ≈========cos 1tan 21))((211/tan 2式中：S －极板面积，d －极板间距离，P －介质损耗的功率，I －介质中的总电流，ρ－绝缘介质的电阻率，ε－角频率由此可知，电介质的介质损耗除与施加电源的频率有关外，它与介质的介电常数及电阻率有关，而与电极的尺寸无关。

当电介质一定、外加电压及频率一定时，介质损耗的功率与tan δ成正比，即可用tan δ来表示介质损耗的大小。

同类试品绝缘优劣，可直接由δtg 的大小来表征。

从同一试品的tan δ的历次数据分析，可以掌握该设备绝缘性能的发展趋势，故测量介质损耗角正切值tan δ是一种衡量绝缘介质优劣的较好方法。

对于固定形状和结构的被试品来说，若其电容C 与介电常数ε成正比，则介质损耗P ∝εtan δ。

对于同类型电介质构造的被试品来说，其ε为一定值，故对同类被试品绝缘的判断，可直接用tan δ的大小来判断。

tan δ是反映绝缘介质损耗大小的特性参数，与绝缘的体积大小无关。

但如果绝缘内的缺陷不是分布性而是集中性的，则tan δ有时反映就不够灵敏。

被试绝缘的体积越大，或集中性缺陷所占的体积越小，集中性缺陷处的介质损耗占被试绝缘全部介质损耗的比重就越小，总体的tan δ就增加的也越少，如此一来δtg 测试就不够灵敏。

因此，测量各类电力设备tan δ时，能够分解试验的就尽量分解试验。

以便能够及时、灵敏的发现被试品的集中性缺陷。

绝大多数电力设备的绝缘为组合绝缘，是由不同的电介质组合而成，且具有不均匀结构，例如：油浸纸绝缘，含空气和水分的电介质等。

在对这类绝缘进行分析时，可把设备绝缘堪称多个电介质串、并联等值电路所组成的电路，而所测的tan δ值，实际上是由多个电介质串并联后组成电路的总tan δ值。

由此可见，多个电介质绝缘的总tan δ值总是小于等值电路中的tan δmax ，而大于tan δmin 。

这一结论表明，在测量复合绝缘、多层电介质组合绝缘时，当其中一种或一层介质的tan δ偏大时，并不能有效的在总tan δ值中反映出来，或者说tan δ值具有“趋中”性，对局部缺陷的反映不够灵敏。

因此对于通过tan δ值来判断设备绝缘状态时，必须着重与该设备历年测试值相比较，并和处于相同运行条件下的同类设备相比较，注意tan δ值的横向与纵向变化。

1.2 高压西林电桥工作原理高压西林电桥接线原理如图，电桥平衡时，流过检流计的电流为零。

X AC CE I I I &&&== N AD DE I I I &&&== DECE U U &&= XAC AD U U U &&&== 各桥臂复数阻抗应满足 Z 3Z N ＝Z 4Z X将各阻抗量代入公式可得N X X C j R C j R C j R ωωω3441111=⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛+ 整理后可得3444241R C j R C R C j C C RR Nx xx x ωωωω=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛- 441tan R C C R xx ωωδ==3434tan 11R R C R R C C N N x =+⨯=δ电容式电压互感器介损及电容测试分析 电容式电压互感器原理C C电容式电压互感器结构正接线测试分析某设备厂家向用户推荐的测试方法（X 端悬空） 某设备厂家向用户推荐的测试方法（X 端接地） 某资料推荐的正接线测量下节整体的测试方法（X端接地）以上三种试验方法，其本意是测量C1、C2的整体介损和电容量，但实际上由于电磁单元的存在，导致测量结果偏小，有时甚至会出现负值。

补充测试数字举例正确的正接线测量C1、C2整体介损及电容量的方法具有抽压端子的C1测量（X端接地）具有抽压端子的C2测量（X端接地）以上两种方法适用于具有抽压端子的互感器测量，同样，由于电磁单元的影响，会导致较大的测量误差，尤其是X端接地，测量C1时。

补充测试数据举例具有抽压端子的C1测量（X 端悬空） 具有抽压端子的C2测量（X 端悬空）自激法测试分析自激法测量C1 自激法测量C2测试接线中，C2与Cn 串联，C2电容量远大于Cn ，在自激加压时，电压几乎全部加在Cn 上，分压电容C2的低压端处于高电位。

在使用自激法测试中，无论测量C1还是C2，均会出现标准电容Cn 与C1或C2串联的情况，由于C1、C2的电容量较大，远大于Cn ，故可得在测量C2时，N NNN N N C C C C C C C C δδδδδδtan tan tan 11tan tan tan 2221222≈++=++=总在测量C1时，N NNN N N C C C C C C C C δδδδδδtan tan tan 11tan tan tan 1211211≈++=++=总由此可见，串联后，对Cn 标准臂引起的误差很小，可以忽略。

反接线测试分析•L B •U •I常见反接线测量下节（错误） 错误反接线等效图 错误反接线向量分析该方法相当于把中间变与电感的介损tan δ也包括进去了。

由于电感线圈存在电阻与电感，中间变还存在励磁铁损，于是在其支路中存在一感性电流。

补充测试数据举例正确的下节反接线试验方法电磁单元对介损测试的影响R 3C NR 4C 4C 2L BC BC 11•U 2•U •U•NI •1I •2I •3I正接线整体测量误差分析2•U 1•U •U•NI •2I •1I •-3I 'δδ•U •I •1I •2I •-3I 'δδ中间变介损较大 中间变介损较小当电磁单元的介损大于C1、C2整体介损时，即I3的相位落后I1时，其介损测量产生负误差，甚至出现负值，电容量有负误差，如上图所示。

实际上，电磁单元的介损往往大于Cl 、C 2的整体介损，此时将产生负误差，这样容易将不合格产品判为合格产品。

当电磁单元的介损小于C1、C 2整体介损时，即I3的相位超前I1时，其介损测量结果产生正误差，电容量有负误差，如上图所示。

由上述分析可知，介损测量的各种接线可知，中间电磁单元是产生误差的主要原因，图12是中间电磁单元对CVT介损测量误差的等值电路，图13是中间电磁单元引起测量误差的向量图。

图中It Ct Rt分别为电磁单元高压对地及对二次的电流、等效串联电容和等效串联电阻;Im, Lm, Rm, Cm分别为电磁单元的激磁电流、激磁电感、等效电阻及尾端对地电容;Ig为It和Im的几何向量和;K模拟电磁单元尾端是否接地。

由图电桥平衡测出的损耗角反映的是C2的电流I2与其电容分量IC的夹角d‘了。

而反映c1、C2 整体介损值大小的应是无电磁单元存在时.通过c1、C2的电流I1与其电容分量Ic的夹角d。

由图12可知，电磁单元的存在将有一电流Ig通过其对地回路，Ig的大小及相位取决于中间电磁单元的绝缘状况及激磁电流的大小和相位，图13(e)说明Ig的大小及相位不同对C1、C 2 整体介损测量的影响也不相同。

a. 当Ig 与I1同相位时，对介损测量结果无影响，但电容量有负误差，如图13(d)所示。

b. 当电磁单元的介损大于C 1、C2整体介损时，即Ig的相位落后I1时，其介损测量产生负误差，甚至出现负值，电容量有负误差，如图13(a)所示。

实际上，电磁单元的介损往往大于Cl,C 2的整体介损，此时将产生负误差，这样容易将不合格产品判为合格产品。

c. 当电磁单元的介损小于C1、C 2整体介损时，即Ig的相位超前I1时，其介损测量结果产生正误差，电容量有负误差，如图13 (b)所示。

d. 电磁单元的激磁电流产生介损测量负误差，电容量产生正误差，如图13(c)所示。

2.3 CVT现场介损测量接线的适应情况综上所述，图3,图4、图8、图9所示的测量接线都受中间电磁单元的影响，特别是中间电磁单元尾端接地时，影响更大，往往出现负值，所以现场不能采用。

图6、图7所示的测量接线，其测量结果真实可靠，但只适应于分装式或具有抽压端子的CVT介损测量。

图10 、图11所示的测量接线，其测量结果真实可靠，这种接线适应所有型式的CVT介损测量。

由试品1的试验可知，自激法的试验结果与常规法(方法1)的测量结果非常吻合。

由自激法计算得到的C_ C整体电容量和介损与常规法(方法2)的结果相一致;整体测量结果主要反映高压电容C,的绝缘状况，而不能真实地反映中压电容q的绝缘情况，例如分体测量q的介损为1.n%，整体的介损为0.471%，所以，对于CVT来讲分别测量q、q 的介损和电容量是必要的。

表1 的测量结果表明:对于分装式CVT和带有中压抽头的CVT，在现场既可以用常规法测量q、q的电容量和介损，也可以用自激法测量，其结果都是真实可信的;对于叠装式CV7，不论是否有中压抽头，除非采用接线5，否则在现场都不能准确测量q 、q 的整体介损;对于有中压抽头的CVT,既可以用常规法也可以用自激法分别测量C1,q 的电容量和介损;对于无中压抽头的叠装式CVT ，在现场只有采用自激法测C1,q 的电容量和介损.其结果才是真实的。

测量中间变的常规反接线测量中间变的常规反接线法如图，C2末端与C1首端相连，X 端悬空，中间变二次侧绕组短路接地，采用电桥的反接线方法。

此时，测量的是C1、C2并联后再与Cb 串联的介质损耗，设Cb 为中间变一次对铁芯、外壳及二次的电容 。

BB BC C C C C C C C C C ++++++=2121212211tan )()tan tan (tan δδδδ 由于C1+C2＞＞Cb 故上式可近似为tan δ＝tan δB 因此，测得的介损可认为即中间变一次对铁芯、外壳及二次的介损。