华NRTH北电CHINA力ELECTRIC技P术ERNo993电容式电压互感器误差分析及现场校验技术华北电力科学研究院文摘彭时雄,应用戴维南定理导出了电容式电压互惑器的等值电路通过数学运算推导出该型互感器的误差计算公式在此基础上对互感器的空载误差负载误差频率影响等进行了分析并提出了降低误差的技术改进措施提出了采用电杭器与被解决试互感器并联谐振原理现场校验的困难方法藉以降低升压器的负担及所需试验电源容量的方法介绍了根据任意二负载下误差测算实际二次负载下误差的关键词电容式电压互感器误差分析现场校脸改进电磁式电压互感器采用电磁感应原理,②温度改变也会引人附加误差电磁式互感器稳定性好由铁心和线圈所组成性好,其优点是误差小特③稳定性受到电容量变化的影响④暂态特性不如电磁式好短路等故障而使电压突变时,,,不如稳定性高缺点是随着电压等级的提,高,绝缘结构复杂造价增大当系统发生电容式电压互感器(英语简称CVT)采用电容分压原理电容式电压互由于它的绝缘冲击强度1感器的暂态过程要比电磁式互感器长得多高造价低,已广泛应用于0kV及以上1如不采取有效措施将会导致继电保护不能正常动作了的高压电力系统中在220kV及以上的电力系统中有代替电磁式电压互感器的趋势原理简介电容式电压互感器的原理接线如图1所与电磁式电压互感器相比互感器具有下述优点:,电容式电压①绝缘强度高②价格低220kV及以上的电容式电压互感器造价比电磁式互感器低压等级愈高且线路电应用电容式电压互感器时的经图1电容式电压互感器的原理接线,,济效益愈明显③可以兼作载波通信或线路高频保护的祸合电容之用:电容式电压互感器的缺点是示其中C为高压电容器C:为中压电容,器(或称分压电容器)由于分压电容器为此在分①电源频率改变会引人附加误差C:上的电压会随负荷发生变化,压回路中串接一个电感工使之与电容口端电压接近于零当一次系统发生不对称10(C,+CZ)产生串联谐振(即满足,。L二短路时,其输出电压增至V尸为调谐;后瓦1千亡万)借以补偿负荷电流流过电L上Z电抗器L的保护间隙;尸:为T与C:的保护容所产生的电压降(负荷电流在电感生的电压降与负荷电流在电容(上产生的电压降_产间隙波器J为载波通信或高频保护用的结合滤C,+C)相撞由于结合滤波器J对电容式互感器的因此分析电容式互,大小相等万石工作状况儿乎没有影响感器工作特性时电阻路相位相友不-,可以忽略,R,为阻尼一__二不互抵消(即’clLI十兀o一了otC,+CZ)一一”j一I,丁二一。”、/电容式电压互感器当受到二次侧短氏断开等冲击瞬变作用时可能产生铁磁电容分压器输出电压稳定不受负荷电流谐振将在中间电压回路产生大电流和过电变化的影响低10,因为在二次电压回路中电压较压造成对绝缘和测量仪表的危害以及二次侧的误动作因此必须采用阻尼装置加以抑。电流较大v如果仅用电容分压要得到/了3低压一则C:电容量须很大制的阻尼装置主要由阻尼电阻R和开关回二则因电流大确度阻抗电压降将影响互感器准路组成,如阻尼器是由电子开关线路接通故电容分压器的输出端不能直接与测,则它所产生的互感器误差可略去不计各为载波量仪表相接而要经一个电磁式电压互感器A为供试验用电压端子尹通讯或,降压后再接仪表中。在国产电容式电压互感器~、__`。ov的电磁式电压互,高频保护端子负载阻抗数据如表差为士5C为电容分压器Z为二次:3kV的电容器C与电压采用电压为1比为’、3“v/拼誉/1OOV一国产儿种电容式电压互感器的主要技术1所示,C;Z和C电容量的允许误感器结合起来即先经电容分压得到13kV,写但应保证经分压后的电压为13再经电磁式电压互感器降至1010V/丫万和kV士5%V,电磁式电压互感器T的一次侧接在:两个二次绕组负荷之和不应超出互感器中压电容器C上圈10x了一次侧有6个调整线的额定负荷2在规定的工作条件下2两个二供调整比差用二次侧有两个绕组一了次绕组的允许误差如表所示个是主二次绕组(ax)其额定电压为等值电路忽略阻尼电阻,V/)挤另一个是辅助二次绕组(a0oV当三台单相电容额定电压为13;并将中间电压互感器的二次参数折算到一次侧电路,可得图2所示等值式互感器组成三相互感器组时次绕组接成三相星形接线方式组则接成三相开口三角形它们的主二;图中R和L分别为调谐电抗器的电。辅助二次绕阻和电感。1和玄分别为电磁式电压互感正常运行时开尸刹、气器的激磁电流相量和复数阻抗乙尸办一R,X,和阮布一一丁工’A名l丁R口L几T上丫C二一护,}叶以图2幼元:一了万l夕’zR戈卜卜;凡J折算到一次侧的等值电路表,国产电容式电压互感器主要技米数据衫扛誉于-一一-一一-YDR一220-0一22150}220}}4406000//了0/3100130003{00438400300400TYn22o八厄一厂00522{一一一TYD220/了-厂0-01--j100131500005571004891000005YDR一330YDR一500石万子而不!)石~淤嚣二一一:玄分别为一次绕组的电阻一,~阻抗玄二R,+j万一,~自洲兰…10020040汤}“0111509701赢{一尸-00537}00733600漏抗和复数漏x;和玄、分别___一二表2电容式电压互感器的允许误差主0R`_)一—~二次绕组次准确级次5为二次绕组折算到一次侧后的电阻漏抗和+jx`R二无孟复数漏阻抗玄`=R夏和玄`,一二次l一~~~.{辅助二次!33分别为主二次负载折算到一次侧后的电阻二R+jx二电抗和复数阻抗玄石二九为折,误差限值比差(%)角差(,05132004099~10180~定未规定定未规定算到一次侧后的二次负载电流等值电路,频率(%)条件工作2利用戴维南定理可进一步简化图所示电压(纬)120100以期使误差计算公式的推导更为当电磁式电压互感器的一次侧开负荷(%)负荷功率因数25~简单方便路时,,08(滞后)A,x间的开路电压为CCl,:U口:+C:亡从A产得简化后的等值电路如图源电压为Z3所示其等值电,当电源电压口短路时CCz:去等值阻抗为X。。:+CZU,(即电容分压器不带,=1。,:(C+C)负载时C两端的电压)由此可电源的等值内阻::抗为C与C并联后的容抗简化后的等值,:万即是C与C并联后的容抗电路与一般电磁式电压互感器的等值电路相兮7-似,只不过在一次侧增串了电容(C,C:)_Cl片+C:l,万C,+C:和调谐电抗器(尸L)CC,C沪,+C:(l3)乙C弋i凡一调谐电抗器L与电容(C1C:)串联么十二鱿各夕卜凡金皆振的条件为。:=-二一:订下万。(e去+下C),:(4)图3电容式电压互感器的等值电路I当满足式(4)所示串联谐振条件时调谐电抗器L上的电压joL(j。+九)与电容_l_,电容分压器的标称分压比为(C;,N十〔C召、7C)的电压一万形升一l一/上H,。C:)二j(C+书一~_I。十I二扩:,._幅C:,)/C,实际分压比为。C,+CxZ值相等分压相位相反。,而相互抵消;-即CZC:,(j+`)2器分压比的误差f误差计算公式由下式表达!。1。(C!+)ù一Un(5)误差计算公式经推导可得电容式电压互感器的复数误差`一比差f和角差各的表达式如下:(R十Z)Z`二了三卫士宜Z。_卫;理丝Z二,之玄石fL。一,/I;。1鉴之。气才——-个r\\:一一了苏二弓弓1十`一:玄`_一j0一竺坦互Z。R+Z—红/玄玄宝:I入ILU乙l。“+1)J士一,石乞,(牛20·l·。:一、。C肠)c。·:)(*·6),一,。一贵{IZ`(R+Rf+R,+I「X:+XZ+。:福(乙了0面〕年}n·i·甲·卜`0。(%’(、7)。。’_二’咫。。十瓦卜飞”、八寸八T卞J,“`”甲“一}入十八一切乙一砚瓦习1一认+*-甲·},`)3`38(`’(8,。(;,)+一z。:了“了。一一-一一---!、+。:。一面瓦U---~认,一一}八八入IUU(纬)(9)、,~。:(*+*!卜,。uo卜U+·“一而亡二瓦、耸)一气入j怪J6J:、〔10)23中.式II。R`R{CfR:—了乙互感器的空载比差和空载角差—误差计算公式的推导。—I。:—分别为激磁电流I。激磁电流的有功分量和无功分量二了川十I::X{Z—一次绕组折算到二次侧的电阻和漏抗—CC折算到二次侧的电容值C二—二次绕组的电阻和漏抗X—二次负载阻抗角即二次负载电压亡和二次负载电流j一L`调谐电抗器折算到二次侧的电阻和电感:一:甲,,::间的相角U2电容分压器输出的电压,UCCI万XZ付IN+CUJ。电容式电压互感器的误差,的表达式如下C:二`=护十f6二由式(3:)可得—Cz万—一一七二+C、六Xi六一v口二一UCCl,C:i万+C卜C参看图3所示等值电路CCxl-Z,可得一。:-二v+C。L亡,全(R+么):一九(R一XZ付U(11)(1+f)(12)+玄十象),一(jj。+六I:【。-石=赫C,万瓦了l:刀亡e二:C,z,+C_U1fX一1(刀+玄)U九(R,十么+之)(j。十c:一了:—乏下U一)丸一一入!_。乙一、(。_“fR+玄:R+玄+玄二,一,玄,。生-+了、玄二艺。口L土、/ILK一Z二。(C,+C:)式(31)经整理可得:(`,`+“!13)(I+了乙二介了-。一jl。:)x)卜,U:〔万1十。:-,J.(。C+C,:l)`+`:+万丽(尸+左;+R二+{此与瓦号〕(4一姚几x(o甲,+jsin甲,)由式(41)可推导得出式(7)式(a)式(9)和式(10)4误差分析和特性改进41误差分析①电容式电压互感器的误差(启了各)是空载误差(气了。各。)和负载误差分量(气j,各,)之和它=气+气f=了。+f:各=乙。+乙,②电容式互感器的空载误差(气f。各。)由电容分压器分压比的误差j以及激磁电流才.流过一次绕组的漏阻抗(R;+jx;)调谐电抗器的阻抗(R+jxL)及电容(c,cZ)产生电压降所引起其表达式如下:。。=衍分卜“1+`巨一雨箭劝}j(15)·了。二f一100`二(R+Rl,+`·`1+。:一历U:{【石母飞而」}(%)(16)3438·,:(R+R!)一,【Xl+。L-J,1)2几Z17U么{。(C,+C:)()空载比差f。和空载角差乙。的大小取决于激磁电流的有功分量I和无功分量I:一次绕组的电阻Rl和漏抗万1调谐电抗器的电阻R和电感L电容器的电容量(C,CZ)电源角频率。及电容分压器分压比的误差f等由于铁芯B一H曲线的非线性,II:是电压U:的非线性函数,导致f。乙。随电压而改变,也是非线性的电容式互感器与一般电磁式互感器不同之处是,期·与“。增力。了与{。乙-。(C;+CZ)相关的项,j。还增加了电容分压器分压比的误差f以上的分析中忽略了阻尼电阻当计及电阻式阻尼器的影响时,j。与己。的表达式如下:f=I-卫三世-·(,。+z,)(R+R!)+,。:U:{〔二1+曰:-l。(C,+C:)l}(%)(15)各438·{,。·(R+Rl)一(,。+,、)〔二1+。:-llC:)l}(,。3)U:。(C+(29)式中I石③电容式—电阻式阻尼器折算到一次侧后的电流互感器的负载误差分量(`,了,5,)由负载电流j:流过二次与一次绕组漏阻抗〔(R二+R:)+j(Xf+XZ)〕调谐电抗器阻抗(R十joL)及电容器(C二c二)产生电压降所引起:表达式如下`f,口犷XI,一亩卜「·“+1如巨!,一、己)-亡刃平朴)(·20)xi(R+R;+R):`005切:十、:十XZ`+。去`·*·。又C,1+C畜)}(21100(%)_)了“B二Ix【“一厄几i,气式+万;+万二_“)s`n切,一「人;+人1一L“+。去历面汗万乃」1匕U石岁,飞r(223438(’),)二Z负载比差了和负载角差乙的大小取决于二次和一次绕组的电阻(R{+R)和漏抗(X;+尤2)`调谐电抗器的电阻R和电感L,,`电容器的电容量(C二C二),电源角频率。次负载阻抗Z及阻抗角伊等与一般电磁式互感器不同之处是,增,:了与[。:-。+C(C了;)}相关的项④电容式电压互感器的误差将受到电源频率改变的影响因为只有当口二口。=一一一上,了L(C+C—:时Z,1、L,-)七田气一共一1l才等于零而当。偏离一二卞七一2JJ了乙(C二兰一一时;,。L一〔1/+C:)。(C,+C牛o)」也就是说【。:石乙又去雨〕-是电源频率的函数因ah容式互感器的误差将随电源频率的改变而改变当角频率由。变为。+、。时,{此。(C;+CZ)}将变为:(“+刀司L一面不不不瓦不瓦)丈=。、/1万。\\十石ZL一-,O(。1丈+。:)(,+令)1二[。L一。(C+C;+C:)Jl十ZX刁。——ULX二万丁二山又七11七币个人2)。达就足倪白。J。「”附哭佑平刀几叭LU,了一一乙-。(C,Z):]的增量为2刁田又面C,+CZ()由于频率改变所引起的附加误差(刀jJ了=乙/乙)由下式表达ZX100一xU:(Ix。:+I。二i5n甲,)切,x刀各=一:3438U,:(Ie+I鉴os)xZx(令)(令),。(C(CC」+Cl:)Z6)(乡((23))aJ;+C=)8502林F,24计算举例;F,,TYD110/了万一0007型电容式电压互感器,00c·Z二。0329。一`300Ov`2=态碳矢==二5`96A“=瓮·`:纽,糯奈I。:5,。6=002307A,10=1013000二000077Ao,,10二10013000X0142=ooologA=丫I;一8`I言=0000775A,甲a3687J口1环由此算得:刁f=一07%1,刁6=一742特性改进电容式电压互感器的误差特性由空载误互感器一次立次电姐加粗电磁式互感器线圈导线截面,设计较少的匝数同时增大调即减小其电差和负载误差两项决定下4改进特性的办法如谐电抗器的Q值阻R(,口二:爷)。21空载特性的改进。X③减小毛十C。一:+X墓+L,一1/仁“(C,①增大激磁阻抗增大为此万;)〕》值选定额定频率时此值为零或接,。则“。减小而Z高;,评:L,产S近于零此外增大分压电压U:,增大电磁+C:式互感器的变比增大电容量(C、)应进用导磁率环铁损及无功激磁l有利于改进负载特性5容量小的优质铁心材料适当增大铁心截面;缩短铁心磁路长度L,增多线圈匝数现场校验测试技术①并联接人补偿电抗器以减小升压设备班;增大分压电压U,。:但受到工作上和0一20kV为1负担和电源所需容量压互感器时无法进行例如0在现场校验电容式电,,经济上的限制一般U。:往往因所需试验容量很大,升②降低磁通密度压设备容量和电源容量均不足使校验工作为防止电容式电压互感器特有的谐振异常现象应降低磁远密度,但随着磁密的降,,被校验试品为TYD22。/丫3一低铁芯截面增大体积增大价格增高B1型电容式电压互感器0I其电容量为:C1=故降低磁密有一定限度一般选取~04T一0.2CCxlC2+C:一001xlo一6F一次电压U=2③减小一次侧的总电阻应加粗导线截面R一,以减小调谐电抗器的/了3所需试验容量为UI,C7k3VA加上标谁电压互感器消耗的容量22o0o0V,=,电阻R及电磁式电压互感器一次绕组的电阻0升压器所需容量将达8kVAZxo,38oV电源需=提供的电流了将大达,SA,〔I,(soX④减小谧万,+。五一x/〔。(Cl+C:)〕}(C,10’)/,380=21o5A〕显然在现场条件,之值选定额定频率时{万+CZ`十毗2一1/〔。下,难以实施)〕}二o针对上述情况,可利用并联谐振原理,此外十C4增大分压电压U及电容量(C与被校互感器并联接人一台补偿电抗器流I:它Z)之值对改进空载特性是有利的,为试验回路提供电感性(即滞后)的无功电22负载特性的改进与被校互感器的电容性(即领先)的。,①增大负载阻抗Z以看出Z,由负载误差公式可,,愈大(即负荷愈小)则负载误无功电流I相互补偿从而使}I卜}I十。。j}