CN210005675U - 一种低电压等级cvt试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低电压等级CVT试验装置，包括瓷套和电磁箱体，瓷套下端固定连接在电磁箱体上端面，瓷套内设置有绝缘支撑架，绝缘支撑架上安装有并联的高压电容器和高压电阻，并联的高压电容器和高压电阻采用多对串联，串联后并与外绝缘电阻并联，并联后上端电连接到电源，下端串接并联的电容电阻单元和电磁单元，整个串接后连接到加载电源Us，电磁单元安装在电磁箱体内，电磁单元包括串联的变压器和电抗器。本实用新型采用高压电容器并联高压电阻等效CVT电容单元的介质芯子，型通过改变高压电容和电阻的大小，来模拟CVT中电容单元的电容量变化及介质损耗因数变化，反映电容分压单元等效电气参数对CVT计量精度的影响。

Description

一种低电压等级CVT试验装置

技术领域

本实用新型属于CVT试验设备技术领域，涉及一种低电压等级CVT试验装置。

背景技术

与电磁式电压互感器(Electromagnetic Potential Transformer,PT)相比，电容式电压互感器(Capacitor Voltage Transformers，CVT)由于其绝缘强度高、体积小、重量轻、无铁磁谐振等优点，如今正取代电磁式电压互感器，广泛应用于110kV及以上变电站的线路和母线。

电容式电压互感器内部主要包含CVT分压单元和电磁单元，其原理图如图1所示。电网电压经过电容分压单元转换为较低等级的输出电压并输入电磁单元，电磁单元由密封于铝合金浇筑箱体内的中间变压器、补偿电抗器和阻尼器等组成，并在箱体内充以绝缘油。

CVT计量误差分为电压幅值差(比差)和相角误差(角差)。计量精度与部件参数及其变化特性密切相关。如电容单元的绝缘变化引起等值电容、电阻的变化，或电容单元局部击穿；电磁单元内部之间变压器绝缘降低，或原、副边匝间故障等，都会影响CVT的计量精度。目前研究CVT计量误差主要是通过等效模型进行仿真计算，或通过真型CVT进行误差比对试验。对于仿真分析方法，其误差特性没有考虑器件真实等效模型及特性，难以准确反映CVT实际的传递特性及计量误差。对于真型CVT误差比对试验，难以改变CVT内部器件参数，得到不同器件参数及变化规律对CVT计量特性的影响。目前尚无通过可调器件参数进行CVT计量误差的研究模型。

基于CVT工作原理，内部部件绝缘的变化特性，以及其工作环境的复杂性，CVT的计量误差特性易受到外界环境因素(外绝缘)和自身绝缘因素(内绝缘)的影响，环境因素包括环境温湿度、外部电场、污秽度等；自身绝缘因素包括CVT电容分压单元的等效电容量和介质损耗因数等。各影响因素变化时，CVT运行等效电路将发生变化，进而导致CVT二次输出电压幅值和相位的变化。

现有研究中主要采用仿真或者试验来研究内外绝缘因素对CVT计量精度的影响。试验方面通常采用真型CVT来研究环境温湿度、外部电场、污秽度对CVT计量误差特性的影响。CVT电容分压单元的等效电容值和介损值与CVT自身运行条件、运行时间有关，其值易受到温度、湿度和老化等因素的影响而发生变化，进而影响CVT的计量误差。因为CVT电容分压单元密封在瓷套内，无法灵活地调节与替换，研究CVT电容单元等效参数对CVT计量误差的影响变得较为困难。因此相关学者采用PSCAD软件来搭建CVT仿真模型，电容分压单元的高压电容与CVT电压等级相对应，分压电容的低压电容与中间变压器的额定电压相对应，并采用某一电压等级CVT的经典参数，可建立CVT等值模型电路。但仿真时采用的参数与实际情况难以精确对应，从而无法得到CVT电容单元等效参数变化对CVT计量精度的影响规律。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种低电压等级CVT试验装置，以解决现有技术中存在的问题。

本实用新型采取的技术方案为：一种低电压等级CVT试验装置，包括瓷套和电磁箱体，瓷套下端固定连接在电磁箱体上端面，瓷套内设置有绝缘支撑架，绝缘支撑架上安装有并联的高压电容器和高压电阻，并联的高压电容器和高压电阻采用多对串联，串联后并与外绝缘电阻并联，并联后上端电连接到电源，下端串接并联的电容电阻单元和电磁单元，整个串接后连接到加载电源Us，电磁单元安装在电磁箱体内，电磁单元包括串联的变压器和电抗器。

优选的，上述绝缘支撑架包括金属板和绝缘支撑柱，金属板采用多块，多块金属板从上到下间隔地安装在绝缘支撑柱上，高压电容器和高压电阻两端的导电端子固定连接在金属板上。

优选的，上述顶端和底端的金属板固定连接在瓷套两端的法兰盘上。

优选的，上述电磁箱体上设置有端子盒。

本实用新型的有益效果：与现有技术相比，本实用新型的效果如下：

1)本实用新型通过搭建低电压等级平台来模拟CVT等效模型，采用高压电容器并联高压电阻等效CVT电容单元的介质芯子，型通过改变高压电容和电阻的大小，来模拟CVT中电容单元的电容量变化及介质损耗因数变化，反映电容分压单元等效电气参数对CVT计量精度的影响；

2)通过改变电磁单元中补偿电抗器及中间变压器参数，可以反映电磁单元参数对CVT计量精度的影响；

3)建立的低电压等级等值CVT模型可研究电容分压单元等值电容、介质损耗等影响因素CVT计量精度的影响，找出各影响因素对CVT准确度的影响规律，为现场运行CVT的误差超差、绝缘失效的原因提供理论依据；

4)本实用新型采用的绝缘支撑架结构支撑稳定可靠，采用金属板导电连接并联的高压电容器和高压电阻，机械连接和电连接可靠，插着和环形槽的电源连接方式，方便进行激光发射源的旋转且还能够确保电源接通，结构简单，成本低，设置定位球头和定位球槽，能够快速实现激光发射源旋转过程中的角度快速定位，提高操作效率；

3)设置刻度线，方便进行高度调节，设置尖刺部，便于插入田地土壤中。

附图说明

图1为CVT电气原理图，C₁-高压电容；C₂-中压电容；J-结合滤波器；T-中间变压器；L-补偿电抗器；1_a-1_n(2_a-2_n)—二次绕组端子；d_a-d_n—剩余电压绕组接线端子；G-保护间隙；

图2为单个电容芯子等值电路示意图；

图3为CVT模型示意图；

图4为瓷套结构示意图；

图5为绝缘支撑架安装结构示意图；

图6为中间金属板结构示意图；

图7为两端金属板结构示意图；

图8为电磁单元等效原理示意图；

图9为端子盒结构示意图；

图10为电磁箱体上侧连接瓷套处结构示意图；

图11为等效电路图；

图12为实验平台原理图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本实用新型进行进一步介绍。

CVT电容单元的每节分压电容都由几十个电容芯子组成，每个电容芯子是由铝箔电极和放在其间的数层电容介质卷绕后压扁并经高真空浸渍处理而成的。作为一种电介质，在交流电压作用下，电介质存在能量损耗，包含电导损耗和极化损耗。为了反映该过程，可以用一个无损耗的理想电容和一个电阻并联得到的等值模型进行等效，其等值模型如图2所示。

通过改变图2中等值电路的电容和电阻，可模拟不同CVT电容单元参数变化。

实施例1：如图1-图12所示，一种低电压等级CVT试验装置，根据CVT实际结构，CVT低电压等级试验平台的总体设计思路如图3所示，用高压电容器模拟CVT电容芯子的等值电容，用并联高压电阻等效CVT介质损耗，同时并联一个大电阻来表示外绝缘电阻，并将其置于瓷套内，具体结构包括瓷套1和电磁箱体2，瓷套1下端固定连接在电磁箱体2上端面，瓷套1内设置有绝缘支撑架3，绝缘支撑架3上安装有并联的高压电容器4和高压电阻5，并联的高压电容器4和高压电阻5采用多对串联，串联后并与外绝缘电阻6并联，并联后上端电连接到电源，下端串接并联的电容电阻单元7和电磁单元8，整个串接后连接到加载电源Us，电磁单元8安装在电磁箱体2内，电磁单元8包括串联的变压器9和电抗器10。

优选的，上述绝缘支撑架3包括金属板301和绝缘支撑柱302，金属板301采用多块，多块金属板301从上到下间隔地安装在绝缘支撑柱302上，高压电容器4和高压电阻5两端的导电端子固定连接在金属板301上，绝缘支撑柱302采用三根，表面设置螺纹，采用螺母连接在每块金属板301下方的绝缘支撑柱302上定位，螺母可以调节金属板高度，调节方便快捷，三根绝缘支撑柱302均匀周向布置，该结构支撑稳定可靠，采用金属板导电连接并联的高压电容器和高压电阻，机械连接和电连接可靠，金属板301尺寸如图6-7所示，R1＝5cm，R2＝4cm，R3＝2.5cm，D1＝1cm，D2＝0.3cm，两端金属板设置有连接法兰盘的通孔。

优选的，上述顶端和底端的金属板301固定连接在瓷套1两端的法兰盘上，连接方便快捷。

图8为CVT电磁单元设计示意图，上面瓷套横截面积为900cm²，设计箱体横截面积为2500cm²，高20cm，其中包括主要二次电路板，外接插孔等。箱体左侧面可打开，方便对二次电路板中参数进行调节电磁箱体2上设置有端子盒11，端子盒11的接口连接二次侧输出电压接口和内部变压器和和电抗器的电压测量电缆。

实施例2：一种低电压等级CVT试验装置的试验方法，设外绝缘电阻的阻值为Rw，单个高压电容元件的电容值为C，单个高压电阻元件的的阻值为R，Lk和Rk为电抗器元件的等效电感和电阻，L1和R1为变压器一次侧的漏电感和漏电阻，Lm和Rm为变压器激磁支路的等效电感和等效电阻，L2和R2为折算至变压器一次侧的二次侧漏电感和漏电阻。Ld和Rd为折算至变压器一次侧的二次负载的等效电感和电阻，以上参数均可以通过电气元件的铭牌值获得，同时用CH和RH来表示电容分压单元的高压臂电容和电阻，高压臂电容由n个高压电容串联组成，高压臂电阻由n个高压电阻串联同时并联外绝缘电阻组成，CL和RL来表示电容分压单元的低压臂电容和电阻；

设输入CVT的电压为Us，CVT二次输出电压为U'₂，CVT二次输出电压为U'₂可以表示为：

其中，Z_d为二次负载的阻抗，其表达式为：

Z_d＝R_d+jωL_d

Z_m为中间变压器激磁支路的阻抗，其表达式为：

Z_m＝R_m+jωL_m

Z₀为电磁单元的输入阻抗，其表达式为：

Z₁为高压臂电容的等效阻抗，其表达式为：

Z₁＝1/(1/R_H+jωC_H)

其中，R_H＝(R_w+nR)/nRR_w，C_H＝C/n。

Z₂为低压臂电容的等效阻抗，其表达式为：

Z₂＝1/(1/R_H+jωC_H+1/Z₀)

其中，R_H＝R，C_H＝C；

高压臂电容内部参数选择单个电容为0.2μF,工频交流耐受电压为630V,直流耐受电压为1200V，电容偏差量为±3％。低压臂电容选择电容值为1μF高压无感电容。电容分压单元通过改变高压电容和电阻串联个数n来模拟不同电压等级的CVT。其建立的模型参数如表1所示。

表1低电压等级模型电容分压器基本参数

电压等级(kV)	10	6	3
				串联数n(个)	4	2	1
高压臂电容C<sub>H</sub>(uF)	0.05	0.1	0.2
				低压臂电容C<sub>L</sub>(uF)	1	1	1
分压比	20	10	5

具体的试验平台如图12所示，电容分压单元通过改变高压电容和电阻串联个数n来模拟不同电压等级的CVT，使用示波器同时采集标准PT和CVT的输出电压，用示波器比对CVT和标准PT的输出电压，得到不同电容分压单元等值电气参数下CVT的比差和角差。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内，因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种低电压等级CVT试验装置，其特征在于：包括瓷套(1)和电磁箱体(2)，瓷套(1)下端固定连接在电磁箱体(2)上端面，瓷套(1)内设置有绝缘支撑架(3)，绝缘支撑架(3)上安装有并联的高压电容器(4)和高压电阻(5)，并联的高压电容器(4)和高压电阻(5)采用多对串联，串联后并与外绝缘电阻(6)并联，并联后上端电连接到电源，下端串接并联的电容电阻单元(7)和电磁单元(8)，整个串接后连接到加载电源Us，电磁单元(8)安装在电磁箱体(2)内，电磁单元(8)包括串联的变压器(9)和电抗器(10)。

2.根据权利要求1所述的一种低电压等级CVT试验装置，其特征在于：绝缘支撑架(3)包括金属板(301)和绝缘支撑柱(302)，金属板(301)采用多块，多块金属板(301)从上到下间隔地安装在绝缘支撑柱(302)上，高压电容器(4)和高压电阻(5)两端的导电端子固定连接在金属板(301)上。

3.根据权利要求1所述的一种低电压等级CVT试验装置，其特征在于：顶端和底端的金属板(301)固定连接在瓷套(1)两端的法兰盘上。

4.根据权利要求1所述的一种低电压等级CVT试验装置，其特征在于：电磁箱体(2)上设置有端子盒(11)。

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