CN105277913B - 一种电容式电压互感器的试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电容式电压互感器的试验方法。运用CVT的结构及波传递特点，通过CVT电容单元与电磁单元连接的中间节点进行加压测试，记录中间节点电压、CVT输出电压及注入节点电流，计算获取CVT的接近实际工况的传递特性；有效解决了传统试验方法中特殊情况下因所需电压等级较高或电源容量较大等原因造成的无法试验的问题，在不影响其传递特性并精确模拟CVT电磁单元额定工况的情况下，准确获取CVT的整体传递特性，显著降低了在对CVT进行高压测试时的电压等级及电源容量要求。

Description

一种电容式电压互感器的试验方法
技术领域
本发明属于电容式电压互感器领域，更具体地，涉及一种电容式电压互感器的试验方法。
背景技术
电容式电压互感器(简称CVT)和传统的电磁式电压互感器(IVT)相比，具有绝缘强度高、能够降低雷电冲击波的陡度、造价低且能兼作耦合电容器用于电力线载波通信等优点，广泛应用于35kV及以上电压等级的电网中。当一次系统发生故障或遭受暂态侵入波时，由于CVT中含有电容器及阻尼电抗器等储能元件，其二次侧输出电压不能及时准确地反映一次侧输入电压的变化，暂态响应较差，同时CVT对谐波的传递特性也需要通过试验手段来确定。对CVT开展相关传递特性试验，对分析电力系统谐波及暂态过电压具有重要的应用价值。
然而，在多数情况下，特别是110kV及以上电压等级的设备，受试验场地、试验设备、运行环境和电压等级等多种因素的限制，传统的试验方案往往很难满足与系统相匹配的电压等级及容量需求，较低的电压等级使其内部电磁单元无法达到饱和条件，进而无法真实模拟实际运行情况，因此，亟需找到一套更加完善的试验方案，以满足在低压条件下模拟高压CVT的实际工作情况。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电容式电压互感器的试验方法，能准确获取CVT的整体传递特性，显著降低了在对CVT进行高压测试时的电压等级及电源容量要求，有效解决了传统试验方法在特殊情况下因所需电压等级高、电源容量大等原因造成的无法试验的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种电容式电压互感器的试验方法，所述电容式电压互感器由电容分压单元和电磁单元两部分组成，其中，电容分压单元包括高压臂电容和低压臂电容，高压臂电容和低压臂电容的公共端作为电容分压单元的中间节点，其特征在于，将试验电源由电容分压单元的中间节点接入电容式电压互感器，对电容式电压互感器进行加压测试，测量电容分压单元的中间节点电压、电容式电压互感器的二次侧输出电压和试验电源所在支路的电流；其中，计算得到电容式电压互感器的传递函数为：
U2(s)为电容式电压互感器的二次侧输出电压，UM(s)为电容分压单元的中间节点电压，I1(s)为试验电源所在支路的电流，C1为电容分压单元的高压臂电容。
优选地，试验电源的电压不得高于电容分压单元的低压臂电容所能承受的最高电压。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本发明运用CVT的结构及波传递特点，通过CVT电容单元与电磁单元连接的中间节点进行加压测试，记录中间节点电压、CVT输出电压及注入节点电流，计算获取CVT的接近实际工况的传递特性；有效解决了传统试验方法中特殊情况下因所需电压等级较高或电源容量较大等原因造成的无法试验的问题，在不影响其传递特性并精确模拟CVT电磁单元额定工况的情况下，准确获取CVT的整体传递特性，显著降低了在对CVT进行高压测试时的电压等级及电源容量要求。
附图说明
图1是传统的电容式电压互感器的试验原理图；
图2是本发明实施例的电容式电压互感器的试验电路接线图；
图3是用本发明实施例的电容式电压互感器的试验方法进行CVT空载试验时的相位-频率特性曲线；
图4是用本发明实施例的电容式电压互感器的试验方法进行CVT空载试验时的变比比值差-频率特性曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
已知CVT的传递特性主要由其内部电磁单元决定，与电容分压单元的电容分压比并无直接关联。如图1所示，常规的试验方法是将CVT的高压端作为输入，施加满足其额定工况的工作电压，通过电容分压单元将一次电压变换为电压等级较低的中间电压，再通过电磁单元将中间电压变换为二次电压。这种方法由于受试验场地、试验设备、运行环境和电压等级等多种因素的限制，难以满足CVT额定运行条件的电压等级及容量需求，较低的电压等级使其内部电磁单元无法达到饱和条件，进而无法真实模拟实际运行情况。本发明主要是解决常规CVT试验需要高电压大容量电源的难题，提出了一种基于电容分压单元中压抽头的CVT试验方法，即通过CVT的电容分压单元与电磁单元的中间节点进行加压测试，记录中间节点电压、CVT的输出电压及注入节点电流，计算获取CVT的接近实际工况的传递特性。利用较低的试验电压和电源容量即可模拟额定电压下电磁单元的工况，获取额定工况下CVT的传递特性。
CVT由电容分压单元和电磁单元两部分组成；其中，电容分压单元包括高压臂电容C1和低压臂电容C2，电容分压单元的高压端标记为A，电容分压单元的中间节点以及电磁单元的接入端标记为B，电磁单元由中间变压器、补偿电抗器、保护装置和阻尼器组成。一般地，电容分压单元将输入电压转变为10～20kV的电压信号，经过电磁单元转换后输出。CVT的传递特性主要取决于电磁单元中的铁磁性元件，电容分压单元对CVT的传递特性基本无影响，因而试验时需尽量模拟铁磁性元件的额定工况。
图1为传统的CVT试验原理图。在进行高压试验时，试验电源通过电容分压单元的高压端接入CVT，电容分压单元使较高的输入电压降到一个合适的低电压(中间电压)，再通过电磁单元将电压等级较低的中间电压变换为二次电压。由于高压臂电容在电压传递过程中起到分压降压作用，较低电压等级的试验电源无法使电磁单元饱和，进而无法模拟CVT的实际运行情况。为接近CVT的额定工况，试验电源的电压等级和容量必须始终保持在较高水平，因而对试验电源的试验仪器等提出了较高的要求。
为解决上述问题，本发明基于CVT的结构及其传递特性的特点，提供了一种针对CVT高压试验的基于电容分压单元的中压抽头的CVT试验方法，通过电容分压单元的中间节点注入接近电磁单元额定工况的电压。
如图2所示，对CVT进行高压试验时，试验电源不经过高压臂电容C1，直接由低压臂电容C2进行加压测试，即通过电容分压单元的中压端B直接对CVT进行加压测试，电磁单元将试验电源电压进行二次处理得到CVT的二次侧电压。分别利用电压探头测量中间节点与地之间的电压波形和CVT二次侧的输出电压波形，同时利用电流探头测量外接试验电源注入中间节点的电流I1的波形，记录中间节点电压、CVT的输出电压及注入中间节点的电流，通过计算获取CVT的传递特性。其中，试验电源的电压不得高于电容分压单元的低压臂电容所能承受的最高电压。
采用上述试验方法后，CVT的传递函数可表示为：
其中，U1(s)为正常工况下CVT的一次侧输入电压，U2(s)为CVT的二次侧输出电压。
CVT高压端电压可表示为：
其中，UM(s)为电容分压单元的中间节点电压，为电容分压单元的高压臂电容C1的电压。
由于CVT实际工作时，流过高压臂电容的电流等于流过低压臂电容的电流和电磁单元的电流之和。因而可假设实测试验电源注入电容分压单元的中间节点的电流I1(s)(即试验电源所在支路的电流)流经CVT的高压臂电容，电容分压单元的高压臂电容的电压可等效计算为：
由式(1)、(2)和(3)可以得到其总的传递函数方程为：
采用上述方法对110kV的CVT进行空载情况下的频率响应特性试验，其结果如图3和图4所示。试验时采用扫频法，注入的试验电压波形为正弦交变电压，频率范围为50Hz～3kHz，电压峰值为10kV，扫频频率间隔为50Hz。由图中可知，CVT的内部谐振频率约为425Hz，谐振点附近的比值差达到最大值。在谐振点附近，CVT的实际变比呈现出先小于额定变比，后增大至大于额定变比的变化趋势。谐振点之后，CVT的实际变比较额定变比偏大。该试验结果符合基本的理论判断，能够较为详实地反映CVT的实际频率传递特性。
本试验方法规避了高压臂电容对试验电源电压的分压降压作用，使试验电源直接与电磁单元相连接，按照电容分压单元的变比确定试验电源的电压，能够充分模拟额定工况下的电磁单元工作过程，在保证CVT的传递特性不受影响的同时，获取等效的CVT传递特性，大幅降低了对电源电压及容量的要求，显著提高了电压传递效率。对于有中压抽头的叠装式CVT和分装式CVT而言，可直接将中压抽头端子作为CVT的一次侧进行加压试验；对于无中压抽头的叠装式CVT而言，需对CVT电容分压单元部分进行结构改造，以满足本试验方法下低压臂电容的加压试验需求。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种电容式电压互感器的试验方法，所述电容式电压互感器由电容分压单元和电磁单元两部分组成，其中，电容分压单元包括高压臂电容和低压臂电容，高压臂电容和低压臂电容的公共端作为电容分压单元的中间节点，其特征在于，将试验电源由电容分压单元的中间节点接入电容式电压互感器，对电容式电压互感器进行加压测试，测量电容分压单元的中间节点电压、电容式电压互感器的二次侧输出电压和试验电源所在支路的电流；其中，计算得到电容式电压互感器的传递函数为：
U2(s)为电容式电压互感器的二次侧输出电压，UM(s)为电容分压单元的中间节点电压，I1(s)为试验电源所在支路的电流，C1为电容分压单元的高压臂电容。
2.如权利要求1所述的电容式电压互感器的试验方法，其特征在于，试验电源的电压不得高于电容分压单元的低压臂电容所能承受的最高电压。
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