也谈电容式电压互感器下节无中间抽压端子电容器的试验方法
<摘要：本文着重对现场测试中常碰到的叠装式电容电压互感器下节无中间抽压端子电容器的介损测试方法及误差来源进行了分析。
关键词：CVT，中间抽压端子，介损测试，整体测试法，自激法
引言：随着电力技术发展的日益成熟，电容式电压互感器（以下简称CVT）凭借其可兼作耦合电容器，绝缘强度高、制造简单、体积小、重量轻、经济性显著等优点，已被广泛应用在电力系统中。当然其现场试验的方法特别是介损测试方法也成为了大家较为关注的问题。
CVT主要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。对于分装式CVT的介损测试而言，由于电容分压器和电磁单元都是独立的，测试时不易受外部干扰，通常都是采用常规法进行，且测得的数据与真实值也较为接近。而叠装式CVT按下节电容器的结构形式又可分为有中间抽压端子和无中间抽压端子两种，前者在现场测试时一样也可以采用常规法进行测试，且准确度也较高，在这里不重复介绍，而后者在现场测试时根本无法采用常规测试方法，其测试方法一直以来都存在较大的争议，现在就我个人的一些经验谈谈无中间抽压端子分压电容介损测试方法的分析及选择。
无中间抽压端子分压电容的介损测试方法主要有两种：1、C1和C2整体测试法（正接法）；2、自激法。前者只能测出一个整体的电容值和介损值，而后者能分别测出C1和C2的电容值和介损值，两种都方法各有优劣。现在我们先了解一下CVT下节电容器的内部结构，如下：
L—补偿电抗器R—限流电阻Z—阻尼电阻P—放电保护间隙
图1
C1和C2整体测试法（正接法）的误差分析和选择：
在现场的测试中经常碰到以下几种接线方法，下面我们逐一进行分析：
图2X端子接地
图3X端子悬空
显然图2中的测试方法是错误的，因为由于X端子的接地，CVT中间变压器电磁单元直接并入了测试回路中，并对测试电流产生了分流，这就会使测试结果产生偏小的误差，有时甚至会出现负值。那么图3的测试方法是否正确呢？虽然图3的测试方法中X是悬空的，但由于X端子对地绝缘电阻（X端子的引出通常是通过二次端子盒上的二次接线板引出，其对地绝缘电阻一般都不会很高）和CVT中间变压器一次绕组对地绝缘电阻的存在，所以还是没办法完全阻断流经CVT中间变压器电磁单元的电流，这样一来，测试的介损值很大程度上就决定于X端子和CVT中间变压器一次绕组对地绝缘电阻的大小，当绝缘电阻足够大时，电磁单元产生的分流就小，这样测出来的值与真实值则较为接近；但当绝缘电阻不够大时，电磁单元产生的分流就会变大，这样测出来的值很可能与图2的测试结果一样，还是负值。那么要如何进行正确的测试呢？我们先来看下，CVT中间变压器电磁单元是如何对测试结果造成影响的：
图4不考虑CVT中间变压器电磁单元影响的测试原理图
图5图4对应的向量图
上图是没有考虑CVT中间变压器电磁单元影响的测试原理图及相应的向量图，从图中可以看到介损值tgδ主要由Uac与I2的位置决定，那么考虑了CVT中间变压器电磁单元的影响Uac和I2的位置会发生什么变化呢?见下图：
图6考虑CVT中间变压器电磁单元影响的测试原理图
图7图6对应的向量图
从上图我们发现在考虑从CVT中间变压器电磁单元的影响后，I2与Uac已大于了90°，这就直接导致了tgδ负值的出现。通过上面的分析我们可以确定由于CVT中间变压器电磁单元的影响，使得测试回路中出现了分流Ig（呈感性），从而使得tgδ偏离了真实值，也就是说只要我们能抑制流入CVT中间变压器电磁单元的分流或把它限制在最小，就能测出较为真实的tgδ值。那么我们要怎么做呢？可以通过短接中间变压器的二次绕组，使在二次绕组上产生的短路电流通过阻碍铁芯磁通变化的作用在一定程度上抑制流入CVT中间变压器一次绕组的电流，从而提高tgδ测试的准确性。但要注意的是，由于中间变压器的二次绕组已被短接，则中间变压器一次绕组的X端子是禁止接地的。因为如果X端子直接接地，那么在中间变压器一、二次绕组产生的大电流将会使绕组损坏。以下是220kV金马变电站110kV金龙线线路CVT的现场测试值，我们可以参考一下：
型号：TYD110/-0.01H厂家：桂林电力电容器厂
测试仪器：济南泛华AI-6000（E）型抗干扰介损测试仪
试验日期：2007.03.25温度：26℃湿度：70%
在短接中间变压器二次绕组后，介损值恢复正常。
值得注意的是通过以上方法测出的tgδ值，其实主要反应的是电容C1的tgδ1值。因为C1和C2串联时总电容的tgδ值为：tgδ总=（tgδ1·C2+tgδ2·C1）/（C1+C2），由于C1C2（如桂林电力电容器厂生产的110kVCVT中C2通常为C1的4倍），分子、分母中同除以C2后即可推出：tgδ总≈tgδ1。
C1和C2整体测试法（正接法）的总结：虽然通过短接中间变压器的二次绕组，消除了中间变压器电磁单元对测试的影响，但通过上面的分析，我们可以看到，这种测试方法主要反应的是电容C1的tgδ值，当电容C2的绝缘发生劣化时，仅仅通过这种方法是很难发现问题的，这说明这种测试方法还是存在一定的局限性。
自激法的误差分析：
下图是分别用自激法测试C1和C2的原理图： 图9自激法测C2
由上面两个测试原理图可知,在测试电容C1的tgδ值时，电容C2被串入了标准电容回路中；而在测试电容C2的tgδ值时，电容C1也被串入了标准电容回路中，这样就会引起标准电容回路总电容Cn和其tgδ发生变化，并对我们的测试结果产生误差。现以测试电容C1的tgδ值（此时电容C2被串入了标准电容回路中）为例进行分析：
（1）电容C2的串入后标准电容回路总电容的变化对测试结果的影响：
电容C2串入标准电容回路后，标准电容回路的总电容已发生了变化，此时Cn′=（C2·Cn）/(C2+Cn)，而Cn的变化也必定会引起电桥平衡时C4和R4值的变化，这就使得CX的测试值tgδ（tgδ=ωC4R4）偏离了真实值。
（2）电容C2的串入后标准电容回路总介损值的变化对测试结果得影响：
设电容C2的介损值为tgδ2，其对应的介质损耗角为δ2；标准电容Cn对应的介质损耗角为δn，且δn=0°（理想状态下）；被试电容器CX介质损耗角为δX，In为参考电流，Un为参考电压，Ix为测试电流，见下图：
图10电容C2未串入标准电容回路前电压和电流的向量图
图11电容C2串入标准电容回路后，参考电压和参考电流的向量图
从图中可以看到，电容C2串入标准电容回路后，我们实际测到的CX的介损值已由原理的tgδX变为了tgδX′。同理可以证明在用自激法测试电容C2的tgδ值时也存在类似的问题。这说明自激法测试的测试原理本身就存在一定的误差。那么如何减小这一误差呢？还是以测试电容C1的tgδ值（此时电容C2被串入了标准电容回路中）为例，在Cn串入C2后，C总=（C2·Cn）/（C2+Cn），标准电容回路的总tgδ=（tgδ2·Cn+tgδn·C2）/（Cn+C2），只要满足条件：CnC2，此时Cn/C2≈0,即可推出：tgδ≈tgδn，可以说此时电容C2的电容量和介损值对标准电容回路总电容值和总介损值的影响是很小的，这就大大提高了现场测试结果的准确性。为满足条件，我们在选购介损测试仪时应尽量选择配置的标准电容小（一般不大于50pF），介质损耗小（一般tgδ不大于0.005%）的测试仪。
以上只是对自激法测试原理本身引起的误差进行了分析，下面再分析自激法测C1、C2介损值出现外界因素所带来的误差：
型号：TYD3-110/-0.01H厂家：桂林电力电容器厂
测试仪器：济南泛华AI-6000（E）型抗干扰介损测试仪
试验日期：2007.08.10温度：29℃湿度：60%
以上是某110kV母线CVT下节电容器的试验数据，现结合以上数据进行说明。
（1）自激法测C1时：
采用自激法测试高压电容器C1时，其介损值一般都高出真实值很多，其原因除了上述测试方法引起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。由于测试C1时，δ端子的电位为2500V左右，处于高电位状态，而δ端子本身的绝缘水平仅在3000V左右，所以测试时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对测试结果造成的影响都是不可忽略的。
图12图中Cg、Rg为δ端子对地的等值电容和电阻
（2）自激法测C2时：
自激法测试C2时由图8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，影响测试结果的因素主要是测试方法的误差，此误差很小。所以采用自激法测试C2所得到的结果比较真实的反应了C2的实际介损。
值得一提的是，由于在CVT中，ωL＝1／ω（C1＋C2），式中ωL为补偿电抗器的电抗与中压变压器的漏抗之和，那么我们在采用自激法进行试验时应尽量避免谐振发生的可能，建议从并联有阻尼电阻的辅助绕组（即图中da-dn）加压，并做好试验电压和电流的控制，保证试验电压不超过允许值。试验电压可用静电电压表监测。
总结：由以上分析可知无论采用整体测试法还是采用自激法测试无中间抽压端子电容器的介损值，都各有其局限性。用整体法测试时主要发映的是电容C1的绝缘情况，对电容C2的反应并不灵敏，用自激法测试时C1的测试结果受小套管表面的泄漏和δ端子对地的泄漏以及绝缘板的绝缘性能的影响往往与真实值有较大的偏差，而C2的测试结果则比较真实，但也排除不了测试方法本身存在的误差影响。为了能更有效的达到我们的试验目的，对C1、C2的绝缘状态都有较好的把握，建议在条件允许的情况下，尽量采用自激法测电容C2的介损值。由于电容C1、C2都装于同一瓷套内，其实际介损值应相差不大，如用自激测出的C1介损值与C2介损值偏差太大（即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对C1的测试值影响太大）时，应以C2的介损值为参考，用整体法进行复测，如复测结果与C2的介损值较为接近，则应以此值作为C1的介损值。