CN116047130A - 一种免拆cvt一次接线自激法试验的介质损耗测量仪 - Google Patents

一种免拆cvt一次接线自激法试验的介质损耗测量仪 Download PDF

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陈子辉
李显荣
朱文超
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Abstract

本发明提供了一种免拆CVT一次接线自激法试验的介质损耗测量仪，包括介质损耗测量仪本体，还包括在仪器本体中，升压变压器经CVT隔离开关与标准电容Cn连接，还经过CVT隔离开关以及CVT倒线开关与测量电路连接；当仪器本体进行自激法测量时，升压变压器的CVT低压输出开关接通，CVT隔离开关断开，断开CVT倒线开关以测量电压互感器的主电容C1；接通CVT倒线开关以分压电容C2，此时主电容C1作标准电容；仪器本体通过将低压输出端子接到电压互感器的二次绕组，通过采集XL端的电流幅值和相位，实现免拆一次接线的自激法测量，从而避免登高作业带来的安全风险问题，同时避免拆线导致热镀锌螺丝热镀锌层磨穿被腐蚀。

Description

一种免拆CVT一次接线自激法试验的介质损耗测量仪
技术领域
本发明属于介质损耗测量仪技术领域，具体涉及一种免拆CVT一次接线自激法试验的介质损耗测量仪。
背景技术
目前变电站使用的110kV电压互感器大多数是110kV电容式电压互感器(即CVT)，均为单节结构。在交流电压的作用下，通过互感器内部绝缘介质的电流包括有功分量和无功分量，有功分量产生一定的能量损耗，即产生介质损耗。而在频率一定的情况下，介质损耗与介质损耗角正切值tanδ成正比。故需要通过试验测量tanδ来获知设备介质损耗的情况，从而判断绝缘介质的状态，及早发现设备受潮、劣化、漏油等缺陷。
测量tanδ的试验方法通常有正接法、反接法、反接屏蔽法、自激法、末端加压法等。其中只有自激法才能做到不解剖设备的前提下分别测量C1、C2的介损和电容量。然而，常规的使用一般的介质损耗测量仪自激法试验的前提是需要110kV电容式电压互感器顶部保持不接地的状态，由此带来一定的缺点。
对于110kV线路电容式电压互感器，由于线路对侧同时接地的原因，无法通过拉开地刀或者拆除地线的方式令顶部不接地，只能采用人员登高拆除一次接线的方法；对于110kV母线电容式电压互感器，由于只经单把刀闸，一旦拉开仅有的单侧地刀或拆除接地线，会使顶部产生感应电，人员距离来电侧风险高，故同样只能采用人员登高拆除一次接线的方法。电容式电压互感器本体较大，作业人员登高作业时栓绑安全带有一定的难度，很难达到安全带“高挂低用”的使用要求，容易发生高空坠落且耗费一定的作业时间。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在解决现有采用一般的介质损耗测量仪自激法试验时，为了使110kV电容式电压互感器顶部保持不接地的状态，作业人员需登高拆除一次接线导致作业风险高的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
一种免拆CVT一次接线自激法试验的介质损耗测量仪，包括至少实现正接法、反接法和高电压介损测量的介质损耗测量仪本体，还包括：
在介质损耗测量仪本体中，升压变压器经CVT隔离开关与标准电容Cn连接，升压变压器还经过CVT隔离开关以及CVT倒线开关与测量电路连接；
当介质损耗测量仪本体进行自激法测量时，升压变压器的CVT低压输出开关接通，CVT隔离开关断开，断开CVT倒线开关以测量110kV电压互感器的主电容C1；接通CVT倒线开关以测量110kV电压互感器的分压电容C2，此时主电容C1作标准电容；
介质损耗测量仪本体通过将低压输出端子接到110kV电压互感器的二次绕组，通过采集XL端的电流幅值和相位，实现免拆一次接线的自激法测量。
进一步的，介质损耗测量仪本体具体包括：总电源、变频电源、升压变压器、测量电路、标准电容器Cn、Cn电流检测、正接线电流检测、反接线电流检测和数字隔离通讯；
总电源、变频电源、升压变压器和测量电路实现介质损耗测量仪本体的高压输出和低压输出；
正接线电流检测和反接线电流检测用于在正接法或反接法时检测电流；
标准电容器Cn用于作为电路平衡的基准电容，Cn电流检测用于检测内部和/或外部的标准电容器电流；
数字隔离通讯用于将反接线电流信号送至测量电路。
进一步的，当介质损耗测量仪本体实现免拆一次接线的自激法测量时，介质损耗测量仪本体与110kV电压互感器的接线方式，具体为：
介质损耗测量仪本体的低压输出端接110kV电压互感器的二次绕组，高压芯线接悬空的N端，信号线Cx接悬空的XL端并通过仪器内部接地；
当测量主电容C1时，高压芯线采集分压电容C2的电流信号，信号线Cx采集XL端的电流信号。
进一步的，当介质损耗测量仪本体实现免拆一次接线的自激法测量时，主电容C1的电容量和介损的计算式如下：
Figure BDA0004006812870000031
tanδ1＝ω·C4R4
式中，C1为所述主电容C1的电容量，R3为内部电桥的可调电阻，R4为内部电桥的标准电阻，CN为标准电容器的电容；tanδ1为所述主电容C1的介质损耗因数，ω为线圈匝数，C4为内部电桥的可调电容。
进一步的，当介质损耗测量仪本体实现免拆一次接线的自激法测量时，分压电容C2的电容量和介损的计算式如下：
Figure BDA0004006812870000032
Figure BDA0004006812870000033
式中，C2为分压电容C2的电容量，tanδ2为分压电容C2的介质损耗因数。
综上，本发明提供了一种免拆CVT一次接线自激法试验的介质损耗测量仪，包括介质损耗测量仪本体，还包括在仪器本体中，升压变压器经CVT隔离开关与标准电容Cn连接，还经过CVT隔离开关以及CVT倒线开关与测量电路连接；当仪器本体进行自激法测量时，升压变压器的CVT低压输出开关接通，CVT隔离开关断开，断开CVT倒线开关以测量110kV电压互感器的主电容C1；接通CVT倒线开关以分压电容C2，此时主电容C1作标准电容；仪器本体通过将低压输出端子接到110kV电压互感器的二次绕组，通过采集XL端的电流幅值和相位，实现免拆一次接线的自激法测量。本发明在一次侧低压端XL采集一次电流幅值和相位，整个过程接线方便，避免登高作业带来的安全风险问题，同时避免拆线导致热镀锌螺丝热镀锌层磨穿被腐蚀，提高了工作安全性和工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种免拆CVT一次接线自激法试验的介质损耗测量仪的结构框图；
图2为本发明实施例提供的免拆CVT一次接线自激法试验的原理图；
图3为本发明实施例提供的免拆CVT一次接线自激法试验的接线图。
附图中，C1-主电容，C2-分压电容，N-分压电容低压端，XL-中间变压器一次侧低压端，A-电容式电压互感器顶部，T-中间变压器，Ia、In-二次绕组，da、dn-剩余绕组，Cx-信号线，IC1-流经主电容的电流，IC2-流经分压电容的电流，IXL-流经中间变压器一次侧的电流。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
对于110kV线路电容式电压互感器，由于线路对侧同时接地的原因，无法通过拉开地刀或者拆除地线的方式令顶部不接地，只能采用人员登高拆除一次接线的方法；对于110kV母线电容式电压互感器，由于只经单把刀闸，一旦拉开仅有的单侧地刀或拆除接地线，会使顶部产生感应电，人员距离来电侧风险高，故同样只能采用人员登高拆除一次接线的方法。电容式电压互感器本体较大，作业人员登高作业时栓绑安全带有一定的难度，很难达到安全带“高挂低用”的使用要求，容易发生高空坠落且耗费一定的作业时间。
测量tanδ的试验方法通常有正接法、反接法、反接屏蔽法、自激法、末端加压法等。各种方法适用范围不同，如使用正接法时要求被试品两极对地绝缘，使用反接法时要求被试品一极接地。由于110kV电容式电压互感器的总体电容量大，单纯测量总体介损及电容量难以发现其内部的分布性缺陷，故需分别测量C1、C2的介损和电容量。现实中大多数110kV电容式电压互感器没有中间抽头引出，故在不解剖设备的前提下C1、C2没有明显的分界点，正接法、反接法等均无法分别测量C1、C2的介损和电容量，只有自激法才能做到。
常规采用自激法测量110kV电容式电压互感器介损及电容量时需要其顶部保持不接地，以便接信号线Cx测量流经主电容C1的电流。介损仪测量主电容的介损tanδ1及电容量C1时，由电容式电压互感器的中间变压器二次绕组励磁加压。中间变压器一次侧低压端XL保持接地，分压电容的低压端N接介损仪高压端以便测量感应电压。介质损耗测量仪加压方法选择自激法。此时C2与电桥标准电容CN(CN＝50pF)串联构成标准支路，由于C2的电容量远远大于CN，故电压主要分布在CN上，可以忽略C2；同时流经C1的电流等于流经C2的电流与CN的电流之和。具体，采用常规的自激法可以得到主电容C1和分压电容C2的电容量和介损。
基于此，为了实现自激法测量110kV电容式电压互感器介损及电容量的同时，不对其顶部保持不接地的状态，本发明提供了一种免拆CVT一次接线自激法试验的介质损耗测量仪。在本发明的一个实施例中，该测量仪通过在110kV电容式电压互感器中间变压器一次侧低压端XL采集一次电流幅值和相位，结合同时采集到流经C2电流幅值和相位，便可计算出流经C1电流幅值和相位，从而再利用内部自激法的计算步骤分别得C1、C2的介损和电容量。
以下对本发明的一种免拆CVT一次接线自激法试验的介质损耗测量仪的实施例进行详细的介绍。
对于普遍没有中间抽头引出的110kV电容式电压互感器，在常用的介损试验方法中，正接法、反接法、反接屏蔽法等方法均不能成功分别测量出主电容C1、分压电容C2各自的介损和电容量，只有自激法才能做到，但自激法存在上述的缺点，故考虑采用新型介质损耗测量仪，使其免拆CVT顶部一次接线就能同样使用自激法测量出主电容C1、分压电容C2各自的介损和电容量。
为了使电桥平衡以便电路计算，必须采集到流经C1的电流、流经C2的电流(即N端电流)。由于110kV电容式电压互感器转检修状态，一次侧高压引线接地，使用自激法时测量线Cx是没有电流通过的，故电桥无法从顶部的A端直接采集到C1的电流，达不到平衡状态。
在本实施例中，本实施例提供的介质损耗测量仪抛弃传统在A端采集电流的方法，尝试另外在XL端采集电流。如图2所示，根据基尔霍夫电流定律，可以得知低压输出CVT二次绕组励磁加压时，IXL＝IC1+IC2，故IC1＝IXL-IC2，从而得出IC1。简单来说，利用新型介质损耗测量仪通过电容式电压互感器中间变压器一次侧低压端XL采集一次电流幅值和相位，结合同时采集到流经C2电流幅值和相位，便可计算出流经C1电流幅值和相位，从而再利用内部自激法的计算步骤分别得C1、C2的介损和电容量。
因此，本实施例提供一种免拆CVT一次接线自激法试验的介质损耗测量仪，包括至少实现正接法、反接法和高电压介损测量的介质损耗测量仪本体，还包括：
在介质损耗测量仪本体中，升压变压器经CVT隔离开关与标准电容Cn连接，升压变压器还经过CVT隔离开关以及CVT倒线开关与测量电路连接；
当介质损耗测量仪本体进行自激法测量时，升压变压器的CVT低压输出开关接通，CVT隔离开关断开，断开CVT倒线开关以测量110kV电压互感器的主电容C1；接通CVT倒线开关以测量110kV电压互感器的分压电容C2，此时主电容C1作标准电容；
介质损耗测量仪本体通过将低压输出端子接到110kV电压互感器的二次绕组，通过采集XL端的电流幅值和相位，实现免拆一次接线的自激法测量。
本实施例提供一种免拆CVT一次接线自激法试验的介质损耗测量仪，包括介质损耗测量仪本体，还包括在仪器本体中，升压变压器经CVT隔离开关与标准电容Cn连接，还经过CVT隔离开关以及CVT倒线开关与测量电路连接；当仪器本体进行自激法测量时，升压变压器的CVT低压输出开关接通，CVT隔离开关断开，断开CVT倒线开关以测量110kV电压互感器的主电容C1；接通CVT倒线开关以分压电容C2，此时主电容C1作标准电容；仪器本体通过将低压输出端子接到110kV电压互感器的二次绕组，通过采集XL端的电流幅值和相位，实现免拆一次接线的自激法测量。本发明在一次侧低压端XL采集一次电流幅值和相位，整个过程接线方便，避免登高作业带来的安全风险问题，同时避免拆线导致热镀锌螺丝热镀锌层磨穿被腐蚀，提高了工作安全性和工作效率。
在一个可选的实施例中，如图1所示，至少实现正接法、反接法和高电压介损测量的介质损耗测量仪本体包括测量电路、控制面板、变频电源、升压变压器、标准电容器Cn、Cn电流检测、正接线电流检测、反接线电流检测、数字隔离通讯等结构。
其中，测量电路由PCB板、CPU控制器、模数(A/D)转换器、信号放大器等构成，用于数字信号处理等全部计算和量程切换、变频电源控制等。为防止系统外雷电波、系统内电压波动冲击以及谐波干扰，测量电路中专门添加控制器保护单元，由避雷器和电容控制保护器组成。避雷器为400V氧化锌避雷器，它与电容控制保护器并联运行，当作用电压超过一定幅值后避雷器总是先动作，通过它自身泄放掉大量的能量，限制过电压，保护电容控制保护器。
控制面板由打印机、显示器、按键、通讯装置构成；变频电源采用SPWM开关电路产生大功率正弦波稳压输出；升压变压器：将内置的变频电源输出升压到试验电压；标准电容器Cn作为电路平衡的基准电容；Cn电流检测用于检测内/外标准电容器电流；正接线电流检测用于正接法时检测电流；反接线电流检测用于反接法时检测电流；数字隔离通讯利用高速数字隔离通讯电路，将反接线电流信号输送至低压侧。
当控制面板启动测量后，高压设定值送到变频电源，变频电源利用新型PID算法将输出缓速调整到设定值。测量电路将实测高压送到变频电源，微调低压，实现准确高压输出。根据测量设置，测量电路自动选择输入并切换量程。测量点距采用数字信号处理过滤掉干扰信号，对标准电流和试品电流进行傅立叶矢量运算，其幅值用来计算电容量，角差用来计算tanδ，从而得出我们需要的试验数据。测量结束后，测量电路发出降压指令，变频电源缓速降压到0。
当本实施例提供的介质损耗测量仪进行自激法测量时，CVT隔离开关断开，低压输出接通。测量C1时，CVT倒线开关断开。测量C2时CVT倒线开关接通，用C1作标准电容测量C2。
针对本实施例的介质损耗测量仪，对多台110kV电容式电压互感器进行现场试验结果对比。试验结果表明，免拆110kV电压互感器顶部一次接线采用新型介质损耗测量仪进行自激法，与常规拆除一次接线进行自激法的试验数据区别不大，试验精度得到有效的保证。另外，由于不需重复拆除、恢复110kV电压互感器顶部一次接线，工作时长缩短将近一倍，工作效率大大提高，安全性更高。
请参阅图3，本实施例提供的介质损耗测量仪在使用免拆一次接线的自激法时，低压输出端子接二次绕组(如da、dn)，仪器内部CVT隔离开关断开，低压输出接通，由二次绕组升压励磁。高压芯线接悬空的N端，信号线Cx接悬空的XL端并通过仪器内部落地。当测量C1时，仪器内部CVT倒线开关断开，C2与电桥标准电容CN串联构成标准支路，高压芯线采集C2的电流信号，信号线Cx采集XL端的电流信号，当仪器内部电桥平衡时，我们通过基尔霍夫电流定律知道IC1＝IXL-IC2，再通过内部测量电路从而间接得出流经主电容IC1的电流，该电流的有功分量与无功分量的相位比值即为C1的介损值tanδ，幅值比值为C1的电容量。也就是内部电桥平衡时：
Figure BDA0004006812870000081
tanδ1＝ω·C4R4
式中，C1为所述主电容C1的电容量，R3为内部电桥的可调电阻，R4为内部电桥的标准电阻，CN为标准电容器的电容；tanδ1为所述主电容C1的介质损耗因数，ω为线圈匝数，C4为内部电桥的可调电容。
加压过程中当测量完C1需要测量C2时，CVT倒线开关接通，介损仪内部自动转换形式，利用已经测量出的主电容介损tanδ1及电容量C1，与CN串联作为标准支路来测量分压电容的介损tanδ2及电容量C2，即：
Figure BDA0004006812870000082
Figure BDA0004006812870000083
式中，C2为分压电容C2的电容量，tanδ2为分压电容C2的介质损耗因数。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种免拆CVT一次接线自激法试验的介质损耗测量仪，包括至少实现正接法、反接法和高电压介损测量的介质损耗测量仪本体，其特征在于，还包括：
在所述介质损耗测量仪本体中，升压变压器经CVT隔离开关与标准电容Cn连接，所述升压变压器还经过所述CVT隔离开关以及CVT倒线开关与测量电路连接；
当所述介质损耗测量仪本体进行自激法测量时，所述升压变压器的CVT低压输出开关接通，所述CVT隔离开关断开，断开所述CVT倒线开关以测量110kV电压互感器的主电容C1；接通所述CVT倒线开关以测量110kV电压互感器的分压电容C2，此时所述主电容C1作标准电容；
所述介质损耗测量仪本体通过将低压输出端子接到所述110kV电压互感器的二次绕组，通过采集XL端的电流幅值和相位，实现免拆一次接线的自激法测量。
2.根据权利要求1所述的免拆CVT一次接线自激法试验的介质损耗测量仪，其特征在于，所述介质损耗测量仪本体具体包括：总电源、变频电源、升压变压器、测量电路、标准电容器Cn、Cn电流检测、正接线电流检测、反接线电流检测和数字隔离通讯；
所述总电源、变频电源、升压变压器和测量电路实现所述介质损耗测量仪本体的高压输出和低压输出；
所述正接线电流检测和反接线电流检测用于在正接法或反接法时检测电流；
所述标准电容器Cn用于作为电路平衡的基准电容，所述Cn电流检测用于检测内部和/或外部的标准电容器电流；
所述数字隔离通讯用于将反接线电流信号送至所述测量电路。
3.根据权利要求2所述的免拆CVT一次接线自激法试验的介质损耗测量仪，其特征在于，当所述介质损耗测量仪本体实现免拆一次接线的自激法测量时，所述介质损耗测量仪本体与所述110kV电压互感器的接线方式，具体为：
所述介质损耗测量仪本体的低压输出端接所述110kV电压互感器的二次绕组，高压芯线接悬空的N端，信号线Cx接悬空的XL端并通过仪器内部接地；
当测量所述主电容C1时，所述高压芯线采集所述分压电容C2的电流信号，所述信号线Cx采集XL端的电流信号。
4.根据权利要求3所述的免拆CVT一次接线自激法试验的介质损耗测量仪，其特征在于，当所述介质损耗测量仪本体实现免拆一次接线的自激法测量时，所述主电容C1的电容量和介损的计算式如下：
Figure FDA0004006812860000021
tanδ1＝ω·C4R4
式中，C1为所述主电容C1的电容量，R3为内部电桥的可调电阻，R4为内部电桥的标准电阻，CN为标准电容器的电容；tanδ1为所述主电容C1的介质损耗因数，ω为线圈匝数，C4为内部电桥的可调电容。
5.根据权利要求4所述的免拆CVT一次接线自激法试验的介质损耗测量仪，其特征在于，当所述介质损耗测量仪本体实现免拆一次接线的自激法测量时，所述分压电容C2的电容量和介损的计算式如下：
Figure FDA0004006812860000022
Figure FDA0004006812860000023
式中，C2为所述分压电容C2的电容量，tanδ2为所述分压电容C2的介质损耗因数。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112485535A (zh) * 2020-11-20 2021-03-12 贵州电网有限责任公司 一种110kV电容式电压互感器不拆引线试验方法

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