电容式电压互感器CVT自激法测量介质损耗误差分析

CVT介质损耗负值的解决方法
介质损耗角正切值又称介质损耗因数或简称介损。

测量介质损耗因数是一项灵敏度很高的试验项目，它可以发现电力设备绝缘整体受潮、劣化变质以及小体积被试设备贯通和未贯通的局部缺陷。

例如：某台变压器的套管，正常tg值为0.5％，而当受潮后tg值为3.5％，两个数据相差7倍；而用测量绝缘电阻检测，受潮前后的数值相差不大。

由于测量介质损耗因数对反映上述缺陷具有较高的灵敏度，所以在电工制造及电力设备交接和预防性试验中都得到了广泛的应用。

变压器、发电机、断路器等电气设备的介损测试《规程》都作了规定。

电容式电压互感器（简称CVT）由电容分压器和电磁单元组成，从结构上讲，分为分装式和叠装式两种。

前者的电容分压器和电磁单元由外部连线连接在一起（现场很少用）；后者的电容分压器和电磁单元内部已通过分压器的抽压端子与电磁单元的高压端连接在一起。

对于叠装式CVT，又有中间抽压端子和无中间抽压端子之分，有中间抽压端子的CVT在现场和工厂一样也可以采用常规法进行测量，无中间抽压端子的CVT在现场无法采用工厂的常规测量方法，而用户现场测量方法又不统一，有的方法测出的数据不能真实地反映CVT 的绝缘状况，出现负值就是其中一种状况。

本次着重讨论负值的生成及解决方法。

CVT的电气原理如图1所示。

电容分压器由高压电容器C1和中压电容器C2组成，其中对于110 kV CVT C1由一节耦合电容器、220 kV CVT C1由二节耦合电容器、500 kV CVT C1一般由三、四节耦合
电容器组成;电磁单元位于油箱内，由中间变压器、谐振电抗器、阻尼器和避雷器组成，二次绕组端子、电容分压器低压端、接地端及保护间隙等位于端子箱内。

图3接线是某厂家向用户推荐的测量方法，也是我们现场最常用测量方法，其本意是测量C1和C2的整体介损和电容量。

实际上由于电磁单元的存在，使测量结果产生偏小的误差，有时甚至会出现负值。

我们知道一般介质损耗角出现负值的原因有下面几条：一是仪器接地不好；二是标准电容器的介损过大；三是高压引线和测量线没有
完全接触到导体；四是空气湿度过高；五也有可能是干扰过大的原因导致，总之一般来讲出现介损值为负数的情况不是太有可能是CVT设备本身的问题，而是测量问题。

前四种影响都比较好判断和处理，对于干扰问题，包括外界干扰如各种电磁干扰和CVT中间变压器内部的电磁干扰。

一般CVT试验时周围多是停电设备，影响有限。

所以最容易出现负值的原因是CVT内部电磁机构的影响。

具体影响方式参考《四川电力技术》(CVT负介损值现象分析)。

由此可见只要将电磁机构避开对我们测量回路即可消除其对测量的影响，便可消除负值的产生。

由于C1，C2和电磁机构是混联在回路中的，并且成品叠装无中压出头的CVT，电磁机构也是无法拆除的，所以只有将电磁机构作为试验电源分别测量C1，C2才可以将电磁机构规避出测量回路，及自激法便可以帮我们解决这一问题。

下面我们来具体分析自激法的原理及测量中的注意事项。

1 自激法测试由辅助绕组加压和所加电压的确定
进行C1、C2自激法测试的原理图如图1图2所示。

图1自激法测量C1原理图
图2自激法测量C2原理图
1.1由上面两测试原理图可知，进行自激法测试均从辅助绕组af、xf加压，其主要原因是在测量C2时，C2与中间PT的电感及补偿电感会形成谐振回路，从而会出现危险的过电压，所以测试时一定接上阻尼电阻，即从af、xf上加压。

1.2所加电压的确定
在进行C1测量时，由于C2和标准电容相串联，而C n C2,那么电压主要降在标准电容上，所以δ端子上将有高电压。

由于出厂时δ端子耐受的电压为4kV，所以一般为2.5kV为宜。

其电压不能用PT 的变比进行计算。

需用静电电压表对δ端子进行监测，也有厂家对自激法试验电压有明确的要求，如湖南湘能电气有限公司对其CVT试验要求为：测量C1及介损时，在N点监测电压不超过2kV，测量C2及介损时，C1上端的监测电压不超过2kV。

2 影响自激法测量的主要因素
2.1 测量方法的影响
以自激法测量C2为例，其测量回路如图2所示。

由图可知，采用的是正接线测量，标准电容由C1和C n的串联组成，C1和C n会影响测
量的准确度。

我们以TYD110/-0.01H的CVT为例进行分析，其电容分压器的标称电容量为C1=12500pF，C2=50000pF，电容器的介损为0.1%，C n=100pF，介损为0，这样C1可等效为一电阻和一电容相串联，则标准电容桥臂等效如图4所示。

R1=tgδ/ωC1=0.001/314×12500×10-12=255Ω，
C n′=C1×C n/(C1+C n)=12500×100/(12500+100)=99.206pF，其标准电容为99.206pF，其误差为(99.206-100)/100=-0.79%。

其等值回路的介损为tgδ′=RωC n′=255×314×99.206×10-12=7.9×10-6，由以上可知，如果标准电容器选择合适(电容量要小，介损要小)则电容器电容量的测量误差将很小。

如果C n的介损不为0或C1的介损偏大，将对介损的测量产生影响。

例如一CVT用不同的标准电容测得的数据如表2所示。

图4标准电容桥臂等效图
表2用不同的标准电容器测得的数据
试品标电C2C1tgδ(%)电容量(pF)tgδ(%)电容量(pF)BR260.051115190.0624818TL10-500.101119500.1124960
注：BR26标准电容器的实测介损为0.04%，TL10—50标准电容器的
介损为0.001%。

由上表可以看出用不同的标准电容测出的介损值偏差较大，其主要原因是由于BR26标准电容的介损为0.04%。

已经超标(厂家要求值≯0.002%)。

为什么标准电容的介损偏大会使测量介损的值偏小?分析如下：当以有介损tgδn的标准电容当作C n时，试品C x的介损为tgδx，当电桥平衡后，测试值为tgδm，由西林电桥原理得，电桥平衡后得介损tgδm=ωC4R4=tg(δx-δn)=(tgδx-tgδn)/(1+tgδx tgδn)，由于tgδn1、tgδx1故tgδm≈tgδx-tgδn，tgδx≈tgδm+tgδn，由上述公式可知，被试品的介损约为测量值与标准电容的介损之和。

用BR26标准电容测量值加上BR26的介损值基本和用TL10—50标准电容的测量值相符。

所以选择标准电容很重要。

要注意两点：
(1)电容量要小一些，一般50pF为宜。

(2)介损要小一些，一般tgδ不大于0.005%。

2.2 (1)自激法测量C1的误差来源
采用自激法测量高压电容器C1时，其介损值一般都高出真实值很多，其原因除了测试方法的误差外还有电容分压器低压端引出套管和引出端子板的绝缘性能的影响。

由于测量C1时，δ端子的电位为2500V左右，处于高电位状态，沿小套管表面的泄漏和引出端子板上的δ端子对地的泄漏以及绝缘板的绝缘性能都会影响测量结果。

为什么分压器的低压套管和引出端子板的绝缘性能会影响C1的测量结果呢?以西林电桥的测量原理来说明。

电桥的测试原理如图5。

图5电桥原理图
西林电桥的测试原理：
(1)
其中：
代入(1)式得：
(2)
(3)
(4)
由上式可知：tgδx随R n的减小而增大，采用自激法测C1时，当计及δ端的泄漏电流时，其标准电容桥臂的实际原理如图7(a)，如
前所述，图6(a)中，因为C2、R2的影响较小，将C2、R2的影响忽略不计。

有C n′=C n+C L,R n=R L，则简化为图(b)，图中的C L，R L为δ端对地的杂散电容和绝缘电阻，当端子板受潮或低压套管受潮时，R L减小，R n减小，则由式(4)知，tgδx随R n的减小而增大。

所以C1的介损自激法测量结果偏大。

图6标准电容桥臂的原理图
(2)自激法测量C2
自激法测量C2由图2可知，电容分压器的低压端δ端直接进入电桥，δ端的电位很低，因此，影响测量结果的因素主要是测量方法的误差，此误差很小。

所以采用自激法测量C2所得到的结果比较真实的反映了C2的实际介损。

由以上分析可知自激法测量CVT其影响因素很多，但C2的测量结果能够比较真实的反映实际情况，由于C1、C2是装在同一节瓷套内介损应是一样的。

所以用C2的测量结果来判断该节电容分压器的好坏是合理的。

如果C1的介损偏大，就要考虑二次端子板和δ端子及小套管是否受潮等因素。