廉志 顧明哲

摘 要：文章描述了串級(jí)式電壓互感器的作用、結(jié)構(gòu)，比較了幾種對(duì)串級(jí)式電壓互感器介損測(cè)量的試驗(yàn)方法；測(cè)量時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題及誤差分析，認(rèn)為“末屏法”對(duì)判斷串級(jí)式電壓互感器的受潮最直接有效。

關(guān)鍵詞：末屏法；串級(jí)式電壓互感器；介損

引言

電壓互感器實(shí)際上是一種降壓變壓器，它的一次繞組并接在高壓交流線路上，且一次電壓和高壓交流線路電壓相同，利用電壓互感器將系統(tǒng)高壓交流電壓轉(zhuǎn)變成一定數(shù)值的二次側(cè)較低電壓，以提供給電壓表指示、電能計(jì)量、繼電保護(hù)器使用的重要設(shè)備。JCC型串級(jí)式電壓互感器普遍用于中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的變電所中。它的結(jié)構(gòu)屬于分級(jí)絕緣，高壓繞組首末端對(duì)地電位和絕緣等級(jí)不同，不能進(jìn)行工頻交流耐壓試驗(yàn)；加上磁路飽和，也不能進(jìn)行1.3倍額定電壓以上的工頻感應(yīng)耐壓試驗(yàn)。只進(jìn)行倍頻感應(yīng)耐壓試驗(yàn)，能很好考核電壓互感器的主絕緣和縱絕緣，有效地檢測(cè)出匝間、層間短路和其它缺陷，但只在交接和大修中進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)。由于制造工藝和其它原因，電力系統(tǒng)中串級(jí)式電壓互感器的絕緣事故頻發(fā)，嚴(yán)重的絕緣事故往往使電壓互感器爆炸起火，一方面引起電力系統(tǒng)瓦解和大面積停電；另一方面電壓互感器炸碎的瓷塊會(huì)使附近高壓電氣設(shè)備瓷絕緣被損壞。為了在運(yùn)行中檢測(cè)出串級(jí)式電壓互感器的受潮和支架不良等缺陷，測(cè)量串級(jí)式電壓互感器介質(zhì)損耗是十分必要的。由于這種互感器的自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)行中串級(jí)式電壓互感器發(fā)生事故大部分是絕緣支架不良引起的，直接沿用傳統(tǒng)的測(cè)量方法有不少缺點(diǎn)，采用末端屏蔽法（簡(jiǎn)稱末屏法）對(duì)串級(jí)式電壓互感器的介損試驗(yàn)，易于檢測(cè)進(jìn)水受潮等缺陷，對(duì)防止互感器爆炸事故有良好的預(yù)防效果。

1 串級(jí)式電壓互感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

一、二次繞組間主絕緣為一層0.5mm厚的絕緣紙板，一次繞組均勻分部在若干鐵芯柱上（220kV為兩個(gè)鐵芯，四個(gè)磁柱；63kV-110kV為一個(gè)鐵芯，兩個(gè)磁柱），依次串聯(lián)，一次繞組首端“A”接高壓，一次繞組的最外層線匝連接有一個(gè)靜電屏，該屏引出電壓互感器之外作為“N”端子，是一次繞組的末端，正常運(yùn)行中直接接地。以220kV電壓互感器為例，對(duì)四級(jí)串聯(lián)而言，第一級(jí)一次繞組的末端與上鐵芯聯(lián)結(jié)，故上鐵芯對(duì)地電位為額定電壓的3/4。第三級(jí)一次繞組的末端與下鐵芯相聯(lián)結(jié)，故下鐵芯對(duì)地電位為額定電壓的1/4。在同一鐵芯兩柱間繞有平衡繞組，平衡繞組緊靠鐵芯布置，與鐵芯等電位聯(lián)結(jié)，相鄰兩鐵芯繞有連耦繞組，連耦繞組布置在第二級(jí)與第三級(jí)一次繞組的外面，二次、三次繞組僅一段與電位最低的一段一次繞組繞在同一芯柱上，三次繞組布置在二次繞組的外面，靜電屏之外稱為二次和三次繞組，它們的引出端子分別為“a.x；ad.xd”。由于鐵芯具有電位，鐵芯之間及鐵芯對(duì)地之間均要絕緣，故鐵芯安裝在絕緣支架上，由于支架其材質(zhì)（層壓絕緣紙板或布板，環(huán)氧樹(shù)脂板等）不良，有潮氣或分層開(kāi)裂，內(nèi)部有空穴或溝槽，使其內(nèi)部在運(yùn)行電壓或過(guò)電壓作用下發(fā)生局部放電，進(jìn)而形成整個(gè)絕緣支架的閃絡(luò)，極易造成絕緣事故。測(cè)量串級(jí)式電壓互感器絕緣介損，對(duì)發(fā)現(xiàn)其進(jìn)水受潮是一個(gè)比較有效的手段。整個(gè)器身以絕緣支架支撐固定在底座上，器身外套有瓷套，在瓷套內(nèi)充以絕緣油。

2 串級(jí)式電壓互感器的介損測(cè)量方法

2.1 常規(guī)試驗(yàn)法

采用變壓器測(cè)介損的方法，一次繞組“AN”短接加高壓，二三次繞組短路接地，用西林電橋“反接線”進(jìn)行，考慮一次繞組末端的絕緣水平，試驗(yàn)電壓只能加2kV-3kV。測(cè)量一次繞組對(duì)所有接地部位的介損，包括一次靜電屏對(duì)二三次繞組間；二三次繞組端部；支架以及一次繞組對(duì)大地的雜散電容等三部分。由于一次靜電屏對(duì)二三次繞組的電容量達(dá)1000PF，比其它部位的電容量大數(shù)十倍，只反映一次靜電屏對(duì)二三次繞組的絕緣狀況，這個(gè)絕緣部位雖然能一定程度地反映互感器的受潮情況，但它在運(yùn)行中僅有幾十伏電壓。

常規(guī)法不能直接測(cè)量承受高電壓部位的介損，端子板及小套管的潮濕及贓污使測(cè)量的誤差影響很大；由于試驗(yàn)電壓較低，西林電橋的靈敏度差，加大測(cè)量誤差；支架的電容量相對(duì)于常規(guī)試驗(yàn)法的電容量的百分之一，難以反映設(shè)備絕緣的真實(shí)狀況。

同一臺(tái)電壓互感器使用兩種接線方式測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較，見(jiàn)表1。

表1

2.2 自激磁法

自激磁法測(cè)量串級(jí)式電壓互感器的介損時(shí)，不需要外加試驗(yàn)電源，只要在被試電壓互感器低壓繞組通入較低的電壓，利用電壓互感器自身的電磁感應(yīng)原理，在一次繞組上產(chǎn)生一個(gè)較高的試驗(yàn)電壓。一次繞組的電壓分布與運(yùn)行中情況相似，高壓端承受全部試驗(yàn)電壓。一次繞組末端X接西林電橋的“E”，電橋“側(cè)接線”測(cè)量，N對(duì)地的損耗處于屏蔽狀態(tài)，一次繞組對(duì)二、三次繞組端絕緣和支架等承受高電壓部位都處于測(cè)量狀態(tài)。這是“自激磁”的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)一次繞組對(duì)大地的雜散電容也被測(cè)入，加大了誤差。

自激磁法的缺點(diǎn)較多，二次繞組勵(lì)磁電源產(chǎn)生干擾電流，流過(guò)電橋R3電阻造成測(cè)量誤差；低壓勵(lì)磁，互感器的平衡及連藕繞組中有電流，逐級(jí)勵(lì)磁，引起各段一次繞組電壓的相位偏移；由于被試品電容量較常規(guī)法測(cè)量時(shí)小的多，易受空間電場(chǎng)干擾，測(cè)得數(shù)據(jù)分散性大，造成誤差加大。

2.3 末端加壓法

試驗(yàn)時(shí)電壓互感器一次繞組的首端A接地，而一次繞組的末端N加電壓（試驗(yàn)電壓只能加2kV-3kV），二三次繞組開(kāi)路，末端“x；xd”一起接入西林電橋，“正接線”測(cè)量。該方法與“常規(guī)法”類似，主要反映一次靜電屏對(duì)二三次繞組的絕緣狀況，不能直接發(fā)現(xiàn)承受高電壓部位的缺陷。

末端加壓法測(cè)量的并不是繞組端部絕緣，而主要是繞組間內(nèi)部絕緣。同時(shí)，二次小端子板并聯(lián)在試品上，對(duì)測(cè)量造成誤差。

2.4 末端屏蔽法

試驗(yàn)時(shí)電壓互感器一次繞組的首端A加高壓，而一次繞組的末端N接西林電橋屏蔽（正接線時(shí)電橋E端接地），二三次繞組開(kāi)路，末端“x；xd”一起接入西林電橋，“正接線”測(cè)量。由互感器結(jié)構(gòu)可知，其內(nèi)部有平衡繞組和連藕繞組，且二、三次繞組負(fù)荷較小，此時(shí)一次繞組電壓分布基本均勻。JCC-220互感器下鐵芯的對(duì)地電位為額定電壓的1/4，JCC-110互感器下鐵芯的對(duì)地電位為額定電壓的1/2。測(cè)量的僅是繞組間的絕緣，一次繞組和鐵芯對(duì)地部分電容都被屏蔽，互感器的二、三次繞組僅在下鐵芯柱上與一次繞組緊密耦合，因此測(cè)量的主要是下鐵芯對(duì)二、三次繞組端部絕緣。支架的電容量很?。?0-25PF），該方法能排除由于N端小套管或二次端子板受潮、裂紋、臟污所產(chǎn)生的測(cè)量誤差，從而真實(shí)地反映互感器內(nèi)部絕緣狀態(tài)。

3 測(cè)量時(shí)注意的問(wèn)題及誤差分析

3.1 現(xiàn)場(chǎng)常規(guī)法試驗(yàn)時(shí)，介損大于規(guī)定值，既可能是電壓互感器內(nèi)部缺陷如進(jìn)水受潮等，也可能是由于外瓷套表面臟污或二次端子板及天氣潮濕表面臟污的影響；介損小于規(guī)定值，一般認(rèn)為繞組間絕緣良好，此時(shí)測(cè)的介損還包括與其并聯(lián)的絕緣支架的介損值，由于支架電容量?jī)H占測(cè)量時(shí)總電容量的百分之一，不能反映支架的絕緣狀況，即使整體合格也不能說(shuō)明支架良好。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)自激法試驗(yàn)時(shí)，電橋標(biāo)準(zhǔn)支路的電壓由電壓互感器二次繞組供給，為提高測(cè)量的靈敏度，標(biāo)準(zhǔn)電容器上電壓應(yīng)由電壓較高的繞組供給；采用“側(cè)接線”測(cè)量時(shí)，除有外電場(chǎng)干擾電流外，還有電源間干擾電流，最好使用雙屏蔽電纜作為試驗(yàn)引線。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)末端加壓法試驗(yàn)時(shí)，介損偏大時(shí)，要排除二次端子板潮濕和臟污的影響；由于該型電壓互感器的主要缺陷是進(jìn)水受潮，而受潮比較嚴(yán)重的部位是繞組的端部，末端加壓法測(cè)量的主要是繞組間內(nèi)部絕緣，不能有效監(jiān)測(cè)其端部絕緣。

3.3.1 現(xiàn)場(chǎng)末端屏蔽法試驗(yàn)時(shí)主要測(cè)量電壓互感器介損，為下鐵芯對(duì)二、三次繞組的絕緣，由于電容量較小，需在西林電橋R4臂上并聯(lián)電阻，當(dāng)R4臂上并聯(lián)電阻后，電橋第四臂的阻值由R4變小為R4/N，介損除以N以后才為被試電壓互感器的實(shí)際介損值。

3.3.2 電壓互感器進(jìn)水受潮后，水分沉積在底部，下鐵芯及端部繞組受潮嚴(yán)重，末端屏蔽法較常規(guī)法測(cè)量的介損值要大，末端屏蔽法測(cè)量的是下鐵芯對(duì)二、三次繞組的端部介損。若電壓互感器受潮時(shí)間較長(zhǎng)或水分侵入繞組中，常規(guī)法才能發(fā)現(xiàn)。末端屏蔽法測(cè)量絕緣支架未直接測(cè)到，有需要時(shí)，可以對(duì)電壓互感器墊絕緣板（對(duì)地絕緣電阻大于1000 MΩ）進(jìn)行支架介損的測(cè)量。

實(shí)例：對(duì)變電所中JCC-220電壓互感器采用常規(guī)法試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)該臺(tái)電壓互感器介損較上一次試驗(yàn)數(shù)據(jù)有明顯增加，但還在合格范圍內(nèi)，便對(duì)該臺(tái)互感器進(jìn)行末端屏蔽法試驗(yàn)，介損超出規(guī)程要求，不合格，取油樣試驗(yàn)，油中微水含量超標(biāo)，說(shuō)明該電壓互感器進(jìn)水受潮，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3

3.3.3 現(xiàn)場(chǎng)末端屏蔽法測(cè)量時(shí)，不能將電壓互感器的二、三次繞組短接，短接后，將造成一次繞組電壓分布不均勻，自上到下逐級(jí)降低且相位也逐點(diǎn)不同，從而引起測(cè)量誤差。

3.3.4 現(xiàn)場(chǎng)末端屏蔽法測(cè)量時(shí)，易受強(qiáng)電場(chǎng)干擾影響，末端屏蔽法屬于西林電橋正接線，抗干擾能力較好，但因試品電容量小，可用倒相法或移相法進(jìn)行測(cè)量，減小測(cè)量誤差。

4 結(jié)束語(yǔ)

4.1 末端屏蔽法針對(duì)串級(jí)式電壓互感器的特點(diǎn)，能準(zhǔn)確測(cè)量絕緣比較薄弱，運(yùn)行中承受高電壓的繞組絕緣和支架的介損，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的缺陷，避免電壓互感器爆炸事故的發(fā)生。

4.2 常規(guī)法、自激磁法、末端加壓法都可以進(jìn)行串級(jí)式電壓互感器絕緣的介損試驗(yàn)，但存在一定缺點(diǎn)，這些方法可以作為末端屏蔽法的輔助方法。

4.3 測(cè)量介損時(shí)，應(yīng)排除瓷套贓污和天氣潮濕對(duì)試品的影響；在強(qiáng)電場(chǎng)干擾下，應(yīng)使用倒相法或移相法來(lái)測(cè)出設(shè)備真實(shí)的數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]電氣設(shè)備的絕緣試驗(yàn)與檢修方法[Z].

[2]電壓互感器檢修工藝[Z].

作者簡(jiǎn)介：廉志（1977-），男，黑龍江省齊齊哈爾市，學(xué)歷：本科，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。

顧明哲（1978-），男，黑龍江省齊齊哈爾市，學(xué)歷：本科，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。