電容式電壓互感器

電力系統中除電弧爐、變頻器等傳統諧波源外，新能源接入、充電樁等非線性負荷都可能產生大量的諧波。為防止諧波對電網造成進一步的影響，對電網中諧波水平進行準確地監測和及時的治理是必要的環節，而正確地測量電網中諧波含量是監測和治理的基礎 ^[1]  。

電容式電壓互感器主要由電容分壓器和中壓變壓器組成。電容分壓器由瓷套和裝在其中的若干串聯電容器組成，瓷套內充滿保持0.1MPa正壓的絕緣油，並用鋼製波紋管平衡不同環境以保持油壓，電容分壓器可用作耦合電容器連接載波裝置。中壓變壓器由裝在密封油箱內的變壓器、補償電抗器、避雷器和阻尼裝置組成，油箱頂部的空間充氮。一次繞組分為主繞組和微調繞組，一次側和一次繞組間串聯一個低損耗電抗器。由於電容式電壓互感器的非線性阻抗和固有的電容有時會在電容式電壓互感器內引起鐵磁諧振，因而用阻尼裝置抑制諧振，阻尼裝置由電阻和電抗器組成，跨接在二次繞組上，正常情況下阻尼裝置有很高的阻抗，當鐵磁諧振引起過電壓，在中壓變壓器受到影響前，電抗器已經飽和了只剩電阻負載，使振盪能量很快被降低。

（1）二次電壓波動。二次連接鬆動，分壓器低壓端子未接地或未接載波線圈；如果阻尼器是速飽和電抗器，則有可能是參數配合不當。

（2）二次電壓低。二次連接不良，電磁單元故障或電容單元C2損壞。

（3）二次電壓高。電容單元C1損壞，分壓電容接地端未接地。

（4）電磁單元油位過高。下節電容單元漏油或電磁單元進水。

（5）投運時有異音。電磁單元中電抗器或中壓變阻器螺栓鬆動 ^[2]  。

在穩態條件下，整個CVT等效電路可看成線性系統，補償電抗器雜散電容C。和中間變壓器一次側雜散電容C:在高頻下的影響不可忽視。

CVT中間變壓器鐵芯可視為工作在磁化曲線的線性段，忽略鐵芯的激磁感抗，中間變壓器的一二次側漏抗歸算至補償電抗器。

通過CVT進行諧波測量，測量結果的幅值和相位均存在很大的誤差，在某些頻率下，幅值最大可能達到實際值的2倍以上，最小可能僅為實際值的10%左右;相位也存在將近1200突變的問題。

各廠家CVT實測頻率特性曲線均在一定的頻率範圍內出現峯谷現象，且相位在其峯值和谷值頻率處出現突變。不同廠家之問CVT諧波測量出現峯值和谷值的頻率有所差別，在峯值和谷值處對真實幅值和相位的測量誤差大小也不相同。而相同廠家同一型號的CVT諧波測量誤差結果基本一致。

因此電力系統中通過CVT測量得到的諧波數據已經是如上述頻率特性曲線畸變後的結果，不能真實地反映一次側系統諧波情況。在110 kV及以上電網現場大量使用CVT的情況下，諧波電壓的測量準確性問題函待解決，針對此問題 以下兒點改進方法建議以供參考。

1)現場條件允許時，應採用電容式分壓器測量諧波電壓。對已裝設電容分壓器的現場應使用電容分壓器測量，如沒有裝設且需對諧波電壓情況詳細瞭解的測試點應臨時裝設電容分壓器再進行測量。

2)在CVT的高低壓電容接地迴路接入兩個電流傳感器，可測得CVT高低壓側電容迴路的電流，分別計算兩個電容器的壓降，向量迭加後可得CVT對應頻率下一次側電壓值。現有基於該原理的裝置有ABB公司的PQ Sensor等，使用該裝置在150 kV某CVT上模擬試驗，與並聯的電磁式電壓互感器比較，結果具有較好的一致性，此設備可安裝在已投運的CVT上，不影響CVT原有性能。

3)新建或改造變電站，如對諧波測量功能更為重視，可使用具有諧波測量功能的特種CVT。帶諧波測量功能的特種CVT具有常規CVT的電壓計量、繼電保護等功能，也可應用於中高壓電網諧波的測量。但由於110 kV及以上電壓等級現場對諧波測量的需求仍處於較低階段，且部分學者認為該類型CVT可能存在一定的安全隱患，因此該類型CVT在現場兒乎沒有應用。

4)針對已建設電能質量監測網的地區，大量的電能質量在線監測裝置源源不斷地傳回現場電能質量數據，其中諧波數據為CVT測量畸變後的結果，採用以上方法均不易實現。但如果廠家在CVT出廠時提供CVT頻率特性曲線，則可以根據曲線進行諧波測量結果的修正，修正後的結果將具有更大的實際參考價值 ^[3]  。

1）論證了諧波條件下CVT可等效為一線性電路，並 級聯分級分析方法用以分析CVT各組成部分及整體的諧波傳變特性，得到了CVT電路參數變化對其諧波傳變特性的定量影響規律，明確了利用CVT測量諧波電壓的影響因素。

2)幅頻特性在50-1000 Hz的頻段內呈“帶通”特性，符合對CVT諧波傳變特性的傳統認識，阻尼器參數將影響此“帶通”特性的變化率並起到“平抑”幅頻峯值的作用，因此在CVT產品設計中，需要考慮等效雜散電容與阻尼器參數的配合問題。

3)由於各電壓等級CVT參數的不同，不影響CVT諧波傳變特性的中間變壓器勵磁參數變化範圍等參量可能會有所不同，因此有必要掌握各電壓等級CVT的典型參數以明確上述參量的具體範圍，用以指導CVT產品設計以及通過CVT實現電網諧波電壓的測量 ^[2]  。