110kV及以下互感器试验方法.docx
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110kV及以下互感器试验方法
110kV及以下互感器试验方法
1基本概念
1.1概述
典型的互感器是利用电磁感应原理将高电压转换成低电压，或将大电流转换成小电流，为测量装置、保护装置、控制装置提供合适的电压或电流信号。
电力系统常用的电压互感器，其一次侧电压与系统电压有关，通常是几百伏～几百千伏，标准二次电压通常是100V和100V/
两种；而电力系统常用的电流互感器，其一次侧电流通常为几安培～几万安培，标准二次电流通常有5A、1A、0.5A等。
1.2电压互感器的原理
电压互感器的原理与变压器相似，如图1所示。
一次绕组（高压绕组）和二次绕组（低压绕组）绕在同一个铁芯上，铁芯中的磁通为Ф。
根据电磁感应定律，绕组的电压U与绕组的匝数W、磁通Ф的关系为：
图1电压互感器原理
U=KWФ
（1）
式中，K为常数。
也可变换为：
（2）
由于磁路中只有一个磁通Ф，所以：
（3）
整理后得：
（4）
即电压互感器一、二次的电压比等于一、二次绕组的匝数比。
1.3电流互感器的原理
在原理上也与变压器相似，如图2所示。
与电压互感器的主要差别是：
正常工作状态下，一、二次绕组上的压降很小（注意不是指对地电压），相当于一个短路状态的变压器，所以铁芯中的磁通Ф也很小，这时一、二次绕组的磁势F（F=IW）大小相等，方向相反。
即：
（5）
变换后可得：
（6）
即电流互感器一、二次之间的电流比与一、二次绕组的匝数成反比。
图2电流互感器的原理
1.4互感器绕组的极性
电压互感器一次绕组的首端通常标为A，尾端标为X，二次绕组首端标为a，尾端标为x；电流互感器的一次绕组首端标为L1，尾端标为L2，二次绕组首端标为K1，尾端标为K2。
同为首端或同为尾端的端子感应电势的方向应该是一致的，通常称为同名端；反过来说，如果在同名端通入同方向的直流电流，它们在铁芯中产生的磁通也是同方向的。
这种正确的极性又称为减极性。
如图3a所示。
a减极性b加极性
图3减极性和加极性原理
图3b是错误的极性（加极性），此时一、二次绕组的同名端感应电势的方向是相反的。
不管是电流互感器还是电压互感器，极性错误（或接错端子）都可能会造成计量、保护、控制的错误。
比如：
（1）用于计量时，发电量变成用电量；
（2）用于保时，造成保护误动；
（3）用于同期回路时，造成非同期合闸。
1.5互感器的绝缘结构
（1）干式
（2）油浸式
（3）SF6绝缘。
1.6电压互感器的结构
（1）串级式电压互感器
采用串级式结构可以降抵主绝缘的要求，高压绕组对铁芯的电压只有最高电压的1/4，可以降低制造成本。
结构如图4、图5所示。
图4串级式电压互感器原理接线图图5110kV串级式电压互感器
（2）全绝缘油浸式电压互感器
全绝缘油浸式电压互感器的A端和X端对地绝缘水平是相同的，结构见图6。
图6全绝缘10kV油浸式电压互感器图7全绝缘干式电压互感器
（3）全绝缘干式电压互感器
结构见图7。
（4）SF6绝缘电压互感器
SF6绝缘电压互感器有与GIS配套的结构，也有室外独立安装的独立式结构，其外形见图8，内部结构见图9。
（5）电容式电压互感器（CVT）
电容式电压互感器采用电容器分压的原理先将系统电压降为1万伏左右，再通过中间变压器降为标准的二次电压。
结构见图10。
图8六氟化硫绝缘电压互感器
图9SF6绝缘独立式电压互感器
a普通结构b带有地刀K1
图10电容式电压互感器原理接线图
1.7电流互感器的结构
（1）串级式
图11串级式电流互感器
串级式电流互感器可以降低绝缘要求，但由于是几个电流互感器串接，增加了误差。
（2）油浸电容型绝缘
a．油浸电容型正立式电流互感器的内部结构见图12。
图12油浸电容型正立式电流互感器
b．油浸倒立式电流互感器的结构见图13和图14。
合资产倒立式电流互感器的二次铁芯线圈内置于圆形铁心外罩内，二次引线通过与铁心外罩直接焊接的圆柱形金属管引出（运行中金属管直接接地），铁心外罩与直接焊接的圆柱形金属铝管外绕绝缘层，绝缘层内设置若干电容屏构成主电容，绝缘层最外一层电容称“未屏”，与设备高压端相连。
从结构上分析，高压端对铁心外罩有一个电容，对金属铝管又有一个电容，这2个电容并联构成主电容。
接近金属管最里一屏电容称“零屏”，运行中外引接地。
正常运行时设备的二次引线金属管与“零屏”同时接地。
国产倒立式电流互感的设计基本原理、绝缘结构与进口或合资设备相同，所不同的是二次引线的金属管与金属管的零屏引线焊接在一起，组装后外引接地，瓷套内二次引线金属管不再接地固定。
国产倒置式流变这种将器身接地的方式主要考虑运行中的维护，因此现场实际测量中用传统的电桥正接法就能测量出设备的整体电容与介质损耗。
图13油浸倒立式电流互感器
图14油浸倒立式电流互感器绝缘结构
（3）SF6绝缘倒置式电流互感器
其外观见图14，内部结构见图16。
（4）高压干式电流互感器
高电压干式电流互感器也有正立式结构和倒立式结构。
正立式结构见图17。
图15SF6绝缘倒置式电流互感器
图16SF6倒置式电流互感器的绝缘结构
图17干式电流互感器结构（正立式）
1.8电压互感器和电流互感器在结构上的主要差别
（1）电压互感器和电流互感器都可以有多个二次绕组，但电压互感器可以多个二次绕组共用一个铁芯，电流互感器则必需是每个二次绕组都必需有独立的铁芯，有多少个二次绕组，就有多少个铁芯。
（2）电压互感器一次绕组匝数很多，导线很细，二次绕组匝数较少，导线稍粗；而变电站用的高压电流互感器一次绕组只有1到2匝，导线很粗，二次绕组匝数较多，导线的粗细与二次电流的额定值有关。
（3）电压互感器正常运行时，严禁将一次绕组的低压端子打开，严禁将二次绕组短路；电流互感器正常运行时，严禁将二次绕组开路。
1.9电压互感器型号意义
第一个字母：
J—电压互感器。
第二个字母：
D—单相；S—三相；C—串级式；W—五铁芯柱。
第三个字母：
G—干式，J—油浸式；C—瓷绝缘；Z—浇注绝缘；R—电容式；S—三相；Q－气体绝缘
第四个字母：
W—五铁芯柱；B—带补偿角差绕组。
连字符后的字母：
GH—高海拔地区使用；TH—湿热地区使用。
1.10电流互感器的型号意义
电流互感器的型号由字母符号及数字组成，通常表示电流互感器绕组类型、绝缘种类、使用场所及电压等级等。
字母符号含义如下：
第一位字母：
L——电流互感器。
第二位字母：
M——母线式（穿心式）；Q——线圈式；Y——低压式；D——单匝式；F——多匝式；A——穿墙式；R——装入式；C——瓷箱式；Z——支柱式；V——倒装式。
第三位字母：
K——塑料外壳式；Z——浇注式；W——户外式；G——改进型；C——瓷绝缘；P——中频；Q——气体绝缘。
第四位字母：
B——过流保护；D——差动保护；J——接地保护或加大容量；S——速饱和；Q——加强型。
字母后面的数字一般表示使用电压等级。
例如：
LMK－0.5S型，表示使用于额定电压500V及以下电路，塑料外壳的穿心式S级电流互感器。
LA－10型，表示使用于额定电压10kV电路的穿墙式电流互感器。
2电压互感器和电流互感器共有的试验项目
2.1绝缘电阻测量
（1）试品温度应在10－40℃之间；
（2）用2500V兆欧表测量，测量前对被试绕组进行充分放电；
（3）试验接线：
电磁式电压互感器需拆开一次绕组的高压端子和接地端子，拆开二次绕组，按表1说明接好试验线路。
测量电容式电压互感器中间变压器的绝缘电阻时，须将中间变压器一次线圈的末端（通常为X端）及C2的低压端（通常为δ）打开，将二次绕组端子上的外接线全部拆开，按表2说明或图18接好试验线路。
电流互感器按表3或图19接好试验线路。
表1电磁式电压互感器绝缘电阻测量接线
测试部位
兆欧表接线端子接线
其他应接地部位
L
G
E
一次绕组→二次绕组及外壳
一次绕组
－
接地
所有二次绕组、外壳
一次绕组→二次绕组
一次绕组
－
所有二次绕组
－
二次绕组→外壳
二次绕组
－
接地
外壳
二次绕组间
被测二次绕组
－
其他二次绕组
－
表2电容式电压互感器中间变压器绝缘电阻测量接线
测试部位
兆欧表接线端子接线
其他应接地部位
L
G
E
一次绕组→二次绕组及外壳
一次绕组
（A1端子或X端子）
接A′和δ端子
接地
所有二次绕组、外壳
一次绕组→二次绕组
一次绕组（A1端子或X端子）
－
所有二次绕组
－
二次绕组→外壳
二次绕组
－
接地
外壳
二次绕组间
被测二次绕组
－
其他二次绕组
－
表3电流互感器绝缘电阻测量接线
测试部位
兆欧表接线端子接线
其他应接地部位
L
G
E
一次绕组→二次绕组及外壳
一次绕组
－
接地
所有二次绕组
一次绕组→二次绕组
一次绕组
－
所有二次绕组
－
一次绕组→末屏
一次绕组
－
末屏
所有二次绕组
末屏→地
末屏
一次绕组
接地
所有二次绕组
二次绕组→外壳
二次绕组
接地
二次绕组间
被测二次绕组
其他二次绕组
图18电磁式电压互感器绝缘电阻测量接线
图19电流互感器绝缘电阻测量接线
（4）驱动兆欧表达额定转速，或接通兆欧表电源开始测量，待指针稳定后（或60s），读取绝缘电阻值；读取绝缘电阻后，先断开接至被试绕组的连接线，然后再将绝缘电阻表停止运转；
（5）断开绝缘电阻表后应对被试品放电接地。
关键点：
a．采用2500V兆欧表测量
b．测量前被试绕组应充分放电
c．拆开端子连接线时，拆前必须做好记录，恢复接线后必须认真检查核对
d．当电容式电压互感器一次绕组的末端在内部连接而无法打开时可不测量
试验要求：
a．与历次试验结果和同类设备的试验结果相比无显著差别；
b．一次绕组对二次绕组及地应大于1000MΩ，二次绕组之间及对地应大于10MΩ。
c．不应低于出厂值或初始值的70％；
d．电容型电流互感器末屏绝缘电阻不宜小于1000MΩ；否则应测量其tanδ。
2.2二次绕组交流耐压试验
互感器二次绕组之间及其对外壳的工频耐压标准为2kV，可用2500V兆欧表代替。
2.3极性检查
（1）方法1：
干电池法
将1号干电池的“－”极接到一次绕组的尾端（X端或L2端），将二次绕组的a端（或K1端）接到指针式直流毫伏表的“＋”端，x端（或K2）接到表的“－”端，当将干电池的“＋”极接到一次绕组的首端A端（或L1端）时，如果毫伏表指针向正方向摆动，则表明二次绕组极性正确，反之则不正确。
此时，其他绕组应处于开路状态，见图20；
a电压互感器极性检查b电流互感器极性检查
图20联结组别和极性试验接线图
a.对每个二次绕组分别进行；
b.接线本身的正负方向必需正确；
c.检查时应先将毫伏表放在直流毫伏的一个较大档位，根据指针摆动的幅度对档位进行调整，使得既能观察到明确的摆动又不超量程打表；
d.电池连通2～3s后立即断开以防电池放电过量。
（2）方法2：
采用成套装置，参照仪器使用说明书进行。
试验要求：
与铭牌和标志相符。
2.4绕组直流电阻测量
（1）对电压互感器一次绕组，宜采用单臂电桥进行测量；
（2）对电压互感器的二次绕组以及电流互感器的一次或二次绕组，宜采用双臂电桥进行测量，如果二次绕组直流电阻超过10Ω，应采用单臂电桥测量；
（3）也可采用直流电阻测试仪进行测量，但应注意测试电流不宜超过线圈额定电流的50%，以免线圈发热直流电阻增加，影响测量的准确度。
（4）试验接线：
将被试绕组首尾端分别接入电桥，非被试绕组悬空，采用双臂电桥（或数字式直流电阻测试仪）时，电流端子应在电压端子的外侧，见图21；
（5）换接线时应断开电桥的电源，并对被试绕组短路充分放电后才能拆开测量端子，如果放电不充分而强行断开测量端子，容易造成过电压而损坏线圈的主绝缘，一般数字式直流电阻测量装置都有自动放电和警示功能；
（6）测量电容式电压互感器中间变压器一、二次绕组直流电阻时，应拆开一次绕组与分压电容器的连接和二次绕组的外部连接线，当中间变压器一次绕组与分压电容器在内部连接而无法分开时，可不测量一次绕组的直流电阻。
图21直流电阻测量接线
关键点：
a．测量电流不宜大于按绕组额定负载计算所得的输出电流的50%
b．当线圈匝数较多而电感较大时，应待仪器显示的数据稳定后方可读取数据，测量结束后应待仪器充分放电后方可断开测量回路。
c．记录试验时环境温度和空气相对湿度；
d．必要时进行直流电阻测量值温度换算
试验要求：
与历次试验结果和同类设备的试验结果相比无显著差别；
3电压互感器特有的试验项目
3.1电压变比测量（包括电容式电压互感器的中间变压器）
试验接线
方法1：
电压表法
待检互感器一次及所有二次绕组均开路，将调压器输出接至一次绕组端子，缓慢升压，同时用交流电压表测量所加一次绕组的电压U1和待检二次绕组的感应电压U2，计算U1/U2的值，判断是否与铭牌上该绕组的额定电压比（U1n/U2n）相符，见图22。
图22电压表法试验接线图
方法2：
变比电桥法，参照仪器使用说明书进行。
试验要求：
与铭牌和标志相符。
3.2电磁式电压互感器介质损耗因数及电容量测量
3.2.1介质损耗测量的原理
（1）在高压电器中，任何两个电极和两个电极之间的绝缘（气体、液体、固体）都可以等值为一个电容器。
比如，互感器一次线圈与二次线圈之间、一次线圈和电容屏之间、一次线圈和铁芯之间、一次线圈与外壳（或大地）之间，都可以构成不同的电容。
（2）电容器中介质损耗的组成
a．泄漏电流引起的损耗；
b．介质极化损耗；
c．局部放电引起的损耗。
（3）介质损耗因数tanδ的概念
（7）
图23介质损耗因数原理图24串联等值电路图25并联等值电路
a．串联等值电路
∵P=I2RC，Q=I2XC（8）
∴tanδ=
（9）
b．并联等值电路
∵P=U2/Rb；Q=U2/Xb（10）
∴tanδ=
（11）
串联等值电路和并联等值电路可以互相转换，而且有：
Rb＞＞RC
（4）tanδ测量
一般用交流电桥测量，电桥的几种接线方式如下。
图26电桥的三种接法
a．正接法：
适用于电容器无接地端的情况，测量准确度高，电桥测量电路处于低电位，比较安全；
b．反接法：
适用于电容器一端接地的情况，测量结果受引线对地电容的影响，所以测出的电容值比正接法大，不能反映真实的电容值。
电桥测量电路处于高电位，安全性差；
c．角接法：
适用于电容器一端接地的情况，测量结果受升压器、引线的对地电容影响，准确性稍差，但由于电桥的测量电路位于低电压，安全性好。
3.2.2电磁式电压互感器介质损耗因数及电容量测量
（1）正接法
图示的接线以AI6000型介质损耗测试仪为例，实际接线应按所使用的仪器说明书进行接线。
表4正接法测量电磁式电压互感器的tanδ及Cx
测量部位
试验电压
介损仪接线连接
施加电压线
Cx测量线
高压屏蔽线
一次绕组→二次绕组
全绝缘10kV，分级绝缘3kV
一次绕组
二次绕组
－
图27正接法接线图
正接线的特点：
a．测量结果主要反映一次绕组和二次绕组之间和端子板绝缘的电容量和介质损耗因数；
b．测量结果不包括铁芯支架绝缘的电容量和介质损耗因数（如果PT底座垫绝缘就可以）；
c．测量结果受端子板的影响；
d．试验电压不应超过3kV（建议为2kV）。
（2）反接法
表5反接法测量电磁式电压互感器的tanδ及Cx
测量部位
试验电压
介损仪接线连接
施加电压线
Cx测量线
高压屏蔽线
一次绕组→二次绕组及地
全绝缘10kV，分级绝缘3kV
一次绕组
－
－
图28反接法接线图
反接法的特点
a．测量结果主要反映一次绕组和二次绕组之间、铁芯支架、端子板绝缘的电容量和介质损耗因数；
b．测量结果受端子板的影响；
c．试验电压不应超过3kV（建议为2kV）。
（3）末端屏蔽法
表6末端屏蔽法测量电磁式电压互感器的tanδ及Cx
测量部位
试验
电压
介损仪接线连接
施加电压线
Cx测量线
高压屏蔽线
一次绕组→二次绕组
10kV
一次绕组A端
二次绕组a1端、a2端
－
图29末端屏蔽法接线图
末端屏蔽法的特点：
a．测量结果主要反映铁芯下部和二次线圈端部的绝缘，当互感器进水时该部位绝缘最容易受潮，所以末端屏蔽法对反映互感器受潮较为灵敏；
b．被测量部位的电容量很小，容易受到外部干扰；
C．试验电压可以是10kV；
d．严禁将二次绕短接。
（4）末端加压法
表7末端加压法测量电磁式电压互感器的tanδ及Cx
测量部位
试验电压
介损仪接线连接
施加电压线
Cx测量线
高压屏蔽线
一次绕组→二次绕组
3kV
一次绕组X端
二次绕组a1端、a2端
－
末端加压法的特点：
a．不用断开互感器的高压端子，试验中将高压端接地；
b．测量结果主要是反映一、二次线圈间的电容量和介质损耗因数，不包括铁芯支架的电容量和介质损耗因数；
c．测量结果受二次端子板绝缘的影响；
d．试验电压不宜超过3kV；
e．严禁将二次绕组短接。
图30末端加压法接线图图31测量支架的介质损耗因数
（5）串激式电压互感器支架介质损耗因数的测量
测量接线见图31，互感器放置于绝缘垫上。
由于支架的电容量很小，通常只有几十PF，所以要求介损测量仪应有相应的测量范围。
试验要求：
a．采用末端屏蔽法和末端加压法时，严禁将二次绕组短接。
b．串级式电压互感器建议采用末端屏蔽法，其他试验方法与要求自行规定；
c．前后对比宜采用同一试验方法；
d．交接时，35kV以上电压互感器，在试验电压为10kV时，按制造厂试验方法测得的介损不应大于出厂试验值的130％；
e．支架介损一般不大于6%;
f．与历次试验结果相比，应无明显变化；
g．绕组tgδ不应大于规程规定值；
3.3电容式电压互感器中间变压器介质损耗因数及电容量的测量
（1）对照互感器上的端子图，将中间变压器一次线圈的末端（通常为X端）及C2的低压端（通常为δ）打开。
（2）将二次绕组端子上的外接线全部拆开。
（3）根据实际情况参照图32接好试验线路。
（4）合上测量仪器的电源，根据所选择的试验方法设定测量仪器的参数，试验电压不宜超过2kV。
关键点：
a．试验电压不宜超过2kV；
b．进行历年数据比较时应采用同一种试验接线方式
试验要求：
a．与出厂值或初始值相比不应有显著变化。
b．同厂家同批次产品相比，相对值相差不应超过30%。
a常规正接法（A1端子引出时）b正接法（A1端子不引出时）
c未端屏蔽法d末端加压法
图32中间变介质损耗因数测量
3.4测量电容分压器极间绝缘电阻及低压端对地绝缘电阻
试验步骤及方法
（1）安装前的分压电容器直接测量两极间的绝缘电阻,记录1分钟时的绝缘电阻值
（2）运行中停电检修的分压电容器，根据测量部位参照图33接好线（当A1引出时可替代X端子），当测量低压端对地绝缘电阻时，兆欧表的L端子接δ端子，兆欧表的E端子接地；
（3）启动兆欧表（电动式）或摇动兆欧表（手摇式）开始测量
（4）记录1分钟时的绝缘电阻值
（5）按下停止按钮（电动式）或将高压端对低压端放电后停止摇动兆欧表（手摇式）
关键点：
a．采用2500V兆欧表进行测量；
b．测量前后应将两电极充分短接放电；
c．当整体绝缘电阻偏低时应检查电压互感器表面是否潮湿、污秽等；
d．测量C2极间绝缘电阻时，为了防止δ端子对地绝缘电阻的影响，应利用兆欧表的屏蔽端子G屏蔽δ端子的对地泄漏电流。
a测量C1的绝缘电阻b测量C2的绝缘电阻c测量低压端对地绝缘电阻
图33测量分压电容的绝缘电阻接线图
试验要求：
a．极间绝缘电阻一般不低于5000MΩ；
b．低压端对地绝缘电阻一般不低于100MΩ。
3.5电容式电压互感器分压电容介质损耗因数和电容量的测量
（1）安装前的分压电容器直接采用正接法进行测量,测量前将电容器放置于绝缘良好的支架上
（2）运行中停电检修的分压电容器，根据测量部位参照图34～图35接好线。
接线主要差异说明如下：
a．当A1端引出时，可用正接法测量C1，此时仪器的高压端接A，Cx端接A1。
b．如果有地刀K，可将K合上，用反接法测量C1。
C．如果A1端不引出而且没有地刀时，采用自激法测量C1和C2。
关键点：
a．尽量避免采用自激法进行测量。
若采用时，中压端电压不应超过2500V，二次绕组电流不应超过厂家允许的范围
b．当在δ或X端子上加高压（包括所接的屏蔽端为高压时）时，不宜超过2000V
试验要求：
a．每节电容值偏差不超出额定值的-5%～+10%范围；
b．电容值大于出厂值的102%时应缩短试验周期；
c．一相中任何两节实测电容值相差不超过5%。
d．10kV下的tanδ值不大于下列数值：
①油纸绝缘0.5%
②膜纸复合绝缘
③交接时0.2%
④运行中0.4%
a中间接头引出拆开低压端b有接地刀闸K时合上KC自激法测量C1
图34测量C1的介质损耗因数和电容量
aA1端引出时b有接地刀闸K时合上Kc自激法测量C2
图35测量C2的介质损耗因数和电容量
3.6电磁式电压互感器一次绕组交流耐压试验
3.6.1外施耐压试验
（1）将一次绕组首尾端短接加压，二、三次绕组短接并与外壳连接后接地，见图36；
（2）外施交流耐压试验电压的频率应为45－65HZ；
（3）交流耐压试验时加至试验标准电压后的持续时间，凡无特殊说明者，均为1min；
（4）耐压试验前后，应检查有否绝缘损伤；
（5）外施耐压试验的电压值应在高压侧进行测量，并应测量电压峰值；
（6）测量时应记录空气相对湿度、环境温度；
图36外施耐压试验接线图
3.6.2电磁式电压互感器感应耐压试验
（1）全绝缘变压器可采用外施耐压试验或感应耐压试验，采用感应耐压试验的好处是可以同时考核线圈的匝间绝缘是否良好。
采用感应耐压试验时，试验电源的频率必须比互感器的额定频率高，目的是防止铁芯磁通饱和而使线圈中的励磁电流太大而烧坏线圈。
常用的试验频率有三倍频。
（2）串级式或分级绝缘式的互感器须采用倍频感应耐压试验，同时应考虑互感器的容升电压（频率150HZ时，110kV5％，220kV10％）；
（3）一般情况下，应在额定电压较高的二次绕组上加压；
（4）感应耐压试验时，当电源频率在100Hz以下时均为60s，频率大于100Hz时试验电压持
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