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电容式电压互感器试验
电容式电压互感器试验
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2005-3-714:
11:
17
摘要：
电容式电压互感器试验
第一章 绪论
电压互感器作为一种电压变换装置（Transformer）是电力系统中不可或缺的设备，它跨接于高压与零线之间，将高电压转换成各种仪表的工作电压，（国标规定为100/√3和100V），电压互感器的主要用途有：
1）用做商业计量用。
主要接于变电站的线路出口和入口上，常用于网与网、站与站之间的电量结算用，这种用途的互感器一般要求0.2级计量精度，互感器的输出容量一般不大；2）用做继电保护的电压信号源。
这种互感器广泛应用于电力系统的母线和线路上，它要求的精度一般为0.5级及3P级，输出容量一般较大；3）用做合闸或重合闸检同期、检无压信号用，它要求的精度一般为1.0、3.0级，输出容量也不大。
现代电力系统，电压互感器一般可做到四线圈式，这样，一台电压互感器可集上述三种用途于一身。
电容式电压互感器（CapacitorVoltageTransformers，简称“CVT”）是50年代开始研制生产，经过科技人员不懈的努力，我国的电容式电压互感器技术已达到国际先进水平，但在生产、试验研究、以及使用过程中存在很多问题。
本文拟从电容式电压互感器的各种试验基本原理入手，着重说明电容式电压互感器基本试验方法，检验的目的以及在现场使用、现场检验方面存在的问题怎样通过试验的手段来判断等问题，以使产品设计、试验、销售、服务和运行部门的专业人员对其有一个比较全面的了解。
第二章电容式电压互感器试验要求
§1.基本试验条件
1.1试验的环境条件
为了保证试验的准确性、可靠性，所有试验应在一定条件下进行，试验时应注意试验环境条件并做好记录。
试验环境条件分为两种，一种为人工环境，这种情况下，一般在产品标准中都作了具体规定；另一种为自然环境条件，这种情况下，试验条件一般应遵循以下几条规律。
a） 环境温度，应在+5～+35℃范围内。
b） 试品温度与环境温度应无显著差异。
试品在不通电状态下在恒定的周围空气温度中放置了适当长的时间后，即认为与周围空气温度相同。
c） 试验场所不得有显著的交直流外来电磁场干扰。
d） 试验场所应有单独的工作接地可靠接地，应有适当的防护措施和安全措施。
e） 试品与接地体或邻近物体的距离一般应大于试品高压部分与接地部分最小空气距离的1.5倍。
试验所用的工频电压波形应符合GB／T16927.1《高电压实验技术第一部分：
一般试验要求》的规定，频率为（0.9～1.1）fn。
1.2试验用标准
电容式电压互感器有三种用途即测量、保护和载波通讯，我们现使用的标准为GB/T4703-2000《电容式电压互感器》，为IEC60187：
1987等效采用版本，其中不包括耦合电容器和电容分压器部分，那末我们还需采用另外一个标准JB/T8169-1999《耦合电容器和电容分压器标准》。
另外，现场试验中，用户针对电容式电压互感器有其相应的验收规范，例如SD301-88《交流500kV电器设备交接和预防性试验规程》、SD333-89《进口电流互感器和电容式电压互感器技术规范》、GB50150-91《电气安装工程和电气设备交接试验标准》，其中都有有关试验内容。
另外个企业也由企业标准，如西安西电电力电容器有限责任公司的企业标准为0KF.604.046-1999《电容式电压互感器通用技术条件》。
§2.电容式电压互感器试验分类、项目及基本规则
2．1电容式电压互感器试验项目及分类
电容式电压互感器从产品结构上分为电容分压器和电磁装置两部分，从试验项目上分为三部分，即电容分压器部分试验项目、电磁装置部分试验项目、电容式电压互感器整体部分试验项目。
而每一部分分为型式试验和出厂试验两部分，另外有用户的交接试验。
试验项目及分类见表1、表2。
表1电容式电压互感器试验项目
试验类别
项号
试 验 项 目
注
出
厂
试
验
1
外观检验
整体部分
2
密封性试验
整体部分
3
绕组的极性检验
电磁单元部分
4
电磁单元的工频耐受电压试验
电磁单元部分
5
低压端子对地工频耐受电压试验
电磁单元部分
6
保护装置工频放电电压试验
电磁单元部分
7
准确度试验
整体部分
型
式
试
验
1
雷电冲击耐受电压试验
整体部分
2
操作冲击耐受电压试验
整体部分
3
铁磁谐振试验
整体部分
4
瞬变响应试验
整体部分
5
电磁单元的工频耐受电压试验（湿试）
电磁单元部分
6
电磁单元的温升试验
电磁单元部分
7
承受短路能力试验
整体部分
8
准确度试验
整体部分
图1极性检验
表2耦合电容器及电容分压器试验项目
试验类别
项号
试 验 项 目
注
出
厂
试
验
1
外观检验
2
密封性试验
3
工频下电容测量
4
端子之间的工频或操作冲击试验
5
低压端子对接地端子工频耐受电压试验
6
测量损耗角正切值
7
局部放电试验
型
式
试
验
1
高频电容及等值串联电阻测量
2
低压端子对地杂散电容及杂散电导测量
3
操作冲击耐受电压试验（干试）
4
工频交流电压或操作冲击电压试验（湿试）
5
雷电冲击耐受电压试验
6
放电试验
7
局部放电试验
8
测量电容温度系数
9
机械强度试验
2.2电容式电压互感器检验的基本规则
检验项目分为出厂试验、型式试验、验收试验三部分，各部分检验的基本规则如下：
a）出厂试验
出厂试验的目的
在于检验制造中的缺陷和测定互感器的准确度，所以出厂试验由制造厂对需出厂的每一台互感器进行。
误差试验应在耐受电压试验之后进行，其余项目的次序可不作规定。
这里的耐受电压试验包括电容分压器、电磁单元各部件的工频耐压，保证误差试验时CVT完好。
b）型式试验
型式试验的目的
在于考核互感器的设计、材料和制造等方面是否满足试验标准及技术条件所规定的性能和运行要求。
进行型式试验的时间和周期
新产品研制出来时应进行型式试验。
在生产过程中，当材料、工艺或产品结构等有所改变，且其改变有可能影响产品的性能时，应重新进行型式试验，此时允许只进行与这些改变有关的试验项目。
在正常生产中，型式试验应至少每五年进行一次。
有关要求和规定
用来作型式试验的互感器应首先进行出厂试验。
出厂试验合格后，方可进行型式试验。
其出厂试验结果也应在型式试验报告中给出。
型式试验中的所有耐受电压试验的试验项目应在同一台互感器上进行。
c）验收试验
验收试验的目的
验收试验主要是购买方在安装前进行的试验。
是为了检验互感器在运输中有否受到损伤，确保所安装的互感器是良好的。
有关要求和规定
一次端子间的工频耐受电压试验值应不超过规定试验电压的75％。
准确度试验应在允许频率范围和额定电压下进行。
第三章电容式电压互感器基本试验内容
综合两个国标的内容，电容式电压互感器的基本试验项目有以下十六条，具体内容如下：
1）外观检验
试验目的
检验互感器的外观性能。
检验互感器的金属件外露表面是否具有良好的防腐蚀性能，产品铭牌及端子标志是否符合图样要求。
试验方法
目测，观察。
2）密封性试验
试验目的
检验互感器（包括电容分压器和电磁单元）各密封部位的密封性能。
试验方法
图1极性检验
电磁单元的密封性试验方法一般由制造厂规定，一般通过给试品充油压或给试品加温进行，具体要求和方法有制造厂提出。
3）绕组的极性检验
试验目的
检验互感器的极性是否正确，为后面的试验项目做好准备，防止误差试验时仪器故障。
标有大写体和小写体的同一字母的端子，在同一瞬间应具有同一极性，即所谓减极性。
试验方法
a． 电磁单元绕组的极性检验一般用直流法进行，如图1所示，用1.5V干电池的正极接在一次绕组的A端，负极接在一次绕组的X端，直流毫安表的正极接在二次绕组的a端，负极接在二次绕组的n端,瞬间接通开关，电流表按顺时方向摆动为减极性。
4）耐受电压试验
试验目的
保证试品的绝缘性能，使试品在系统运行时能够承受来自系统的各种过电压的冲击。
互感器的高压端子和接地端子之间的绝缘应能承受如表3所列的耐受电压。
表3 绝缘耐受电压 kV
互感器额定一次电压
额定短时工频耐受电压
方均根值
额定雷电冲击耐受电压
峰 值
额定操作冲击耐受电压
峰 值
35／
80／951）
185／200２）
——
66／
140
325
——
160
350
110／
185／2001）
450／480２）
——
550
220／
360
850
——
395
950
330／
510
1175
950
500／
680
1550
1175
740
1675
注：
对同一额定电压给出两个绝缘水平者，在选用时应考虑到电网结构及过电压水平、过电压保护装置的配置及其性能、可接受的绝缘故障率等。
1）斜线下的数据为外绝缘的干耐受电压。
2）斜线下的数据仅用于内绝缘。
标准中规定了安装运行地区的海拔超过1000m绝缘水平，若安装运行地区的海拔超过1000m但不高于1000m，则应按海拔高度来折算。
用标准规定的额定耐受电压乘以海拔校正系数Ka，Ka计算公式如式
（1）。
（1）
式中：
H——安装地区的海拔高度，m。
试验方法
图2工频耐压试验
（一）短时工频耐受电压试验
如图2所示，相应的试验电压施加于高压端子与接地端子之间（低压端子与接地端子相连接）。
耐受时间1min。
试验前后可用电桥测量电容及介损，用于判断是否有元件击穿等故障发生。
短时工频耐受电压试验可分为干试与湿试，试验可分别对电容分压器和电磁单元进行。
对于电容分压器的试验，湿试不允许分节进行，干试可分节进行。
若分节进行试验，应按公式
（2）来计算单节试验电压。
（2）
对于电磁单元部分的试验，试验过程中应注意以下几个问题：
① 电磁单元中压回路的耐受电压水平按下式（3）计算，
（3）
式中：
t—互感器高压端子和接地端子间的试验电压；
、—分别为电容分压器的高压电容和中压电容；
—电压分布不均匀系数，可取1.05。
② 对于电磁单元的工频耐受电压试验，试验前把电磁单元与电容分压器分开。
当电磁单元的中压端子外露时，型式试验应在淋雨状态下进行。
试验分别对电磁单元的变压器、电抗器和铁磁谐振阻尼装置进行，试验时应注意将阻尼装置与变压器的连接线拆开。
电磁单元内若接有过电压保护用放电器件，在试验时也应将其连接线拆开。
③ 对变压器一次绕组进行试验时，试验电压值应为按式（3）计算。
试验电压可以直接用单独电源来供给，也可以由二次侧感应得到。
无论用哪一种方式得到试验电压，均应在高电压侧测量试验电压。
当电压升到试验电压值以后，历时间1min，然后立即把电压降下来。
在试验过程中应注意：
变压器的铁心、未接电源的二次绕组的一个端子和一次绕组的低电压端子以及油箱外壳均应接，而未接电源的绕组处于空载状态。
试验时，为避免铁心过度饱和，试验电压的频率可以增加到额定值以上。
如果频率超过额定值的两倍，试验时间可以减小到按式（4）计算之值，但不得短于15s。
（4）
式中：
t—用频率为
t的电压来试验时所需经历的时间，单位s。
t—试验电压的频率。
在试验中有否损坏，可以用在试验前后测量变压器的空载电流和损耗的方法来检验。
① 电抗器的耐受电压试验用单独电源来进行，历时1min。
电抗器绕组的端子之间的绝缘水平及其保护器件的放电电压，应与在二次侧短路和开断等过程中电抗器上可能出现的最大过电压水平相适应。
具体数值由制造厂规定。
为避免铁心过度饱和，可以提高试验电压的频率，此时试验时间按上述规定适当缩短。
②） 电磁单元中压回路的接地端子与地之间，二次绕组的端子（含附件）对地及其相互之间的绝缘应能承受工频3kV（方均根值）的试验电压，历时1min。
b） 电容分压器的低压端子对地绝缘应能承受工频10kV（方均根值）的试验电压，历时1min，若低压端子不暴露在风雨中，则试验电压为4kV（方均根值）
（二）雷电冲击耐受电压试验
雷电冲击耐受电压试验在互感器整体上进行，试验电压的波形为（1.2～5）／（40～60）
s。
也可分别对电容分压器（不允许分节进行）和电磁单元进行，电磁单元试验电压按变比计算得到。
试验时，应施加正极性和负极性冲击各15次，如果在连续的15次冲击中未发生多于2次的闪络且未发生击穿，则认为互感器通过了试验。
（三）操作冲击耐受电压试验（湿试）
操作冲击耐受电压试验（湿试）在互感器整体上进行，试验电压的波形为250／2500
s。
也可仅对电容分压器进行（不允许分节进行），而电磁单元则用上述短时工频耐受电压试验考核。
操作冲击耐受电压试验时，应施加正极性和负极性冲击各15次，如果在连续的15次冲击中未发生多于2次的闪络且未发生击穿，则认为互感器通过了试验。
操作冲击试验只对330kV以上产品进行，这和系统中过电压存在和保护水平有关。
若试品进行了操作冲击湿耐受电压试验，则不需再进行工频湿试验和操作冲击干耐受电压试验。
5）磁单元的温升试验
试验目的
检验互感器在正常及系统故障情况下的温升情况。
试验方法
试验只在电磁单元上进行，在额定频率和规定负荷（功率因数为0.8（滞后）～1之间的任一数值）下，给试品施加规定电压，当每小时的温度上升值不超过1℃时，即认为已达到稳定状态。
规定负荷即每个二次绕组上分别接有各自最大负荷来进行本试验，如果互感器规定了极限热负荷，试验时应加极限热负荷值。
电压测量应在一次绕组上进行，因为实际二次电压可能明显地降低。
绕组温升应采用电阻法测量。
对电阻值很小的绕组，也可以采用热电偶法测量。
其他部位的温升可用温度计或热电偶法测量。
试验程序为：
a）不论其额定电压因数和允许运行时间如何，对所有互感器的电磁单元均应在二次绕组接有额定负荷（如果有多个额定负荷值，应取最大者）和剩余电压绕组不接负荷的条件下，施加1.2倍额定电压连续进行试验，直到温度达到稳定为止。
如果规定了热极限输出，电磁单元还应增加如下试验，即在额定一次电压和对应其热极限输出且功率因数为1的负荷下进行试验。
如果对一个或多个二次绕组规定了热极限输出，应分别对其进行试验，除非另有规定，每次试验只有一个二次绕组连接对应其热极限输出且功率因数为1的负荷。
此时，其他二次绕组不接负荷。
此时各绕组的温升应不超过60℃。
b）额定电压因数为1.5（或1.9）、允许运行时间为30s的互感器，其电磁单元应在a）项1.2倍额定电压下的温升试验达到稳定状态后，立即施加1.5（或1.9）倍额定电压（此时二次绕组和剩余电压绕组应接有最大的额定负荷），历时30s。
此时各绕组温升应不超过70℃。
本试验也可以从冷态开始，各绕组温升应不超过10℃。
c）额定电压因数为1.9、允许运行时间为8h的互感器，其电磁单元应在a）项1.2倍额定电压下的温升试验达到稳定状态后，立即施加1.9倍额定电压（此时二次绕组应接有最大的额定负荷，剩余电压绕组接有额定负荷或热极限负荷），历时8h。
此时各绕组温升应不超过70℃。
在上述各种试验条件下，电磁单元的铁心及其他金属件表面、油顶层的温升应不超过50℃。
另外，新的IEC标准规定，如果安装地区的海拔超过1000m，海拔每升高100m，互感器的温升应相应降低。
对于充油的电磁装置应降低0.4%；对于干式电磁装置应降低0.5%。
电阻法测量绕组平均温度：
图3电阻法测温升
在温升试验结束并切断电源之后，立即测量绕组的直流电阻。
应在停电后1min内测出第一个读数。
然后在8min～10min内每隔相等的时间（30～60s）测定一个电阻值依次记录为R1、R2、R3、……RK。
其后再隔5～10min补充测量一个参考值Rn。
同时记录各个测定时间分别为t1、t2、t3、……tk，以切断电源瞬间为t=0。
在坐标纸上，将ln（R1-Rn）、ln（R2-Rn）、ln（R3-Rn）、……ln（Rk-Rn）和t1、t2、t3、……tk的相应各点绘出，用一直线联接，其与R轴的交点既为t=0时（R0-Rn）值，由此可得切断电源瞬间的绕阻电阻R0值。
绕阻一般为铜线，平均温升ΔQ按下式计算：
（5）
R0—断电瞬间绕阻热电阻值，Ω
RQ1—温度为Q1时冷电阻值，Ω
Q1—绕阻冷态温度（冷态时环境温度），℃。
Q2—温升试验后期确定温升的环境温度，℃。
235—铜导体温度系数的倒数
6）电容介损测量
试验目的：
检验电容器的电容及介损，并作为元件好坏的判据。
图4正接法原理图
图5反接法原理图
试验方法：
电容测量应在工频耐受电压试验前，在不高于15%的电压下进行初测，工频耐受电压试验之后在（0.9～1.1）Un电压下进行复测。
在试验室试验时，一般采用正接法。
在现场验收时，用反接法较多。
反接法试验时，由于电桥处于高电位，所以应注意安全，测试电压一般也达不到要求（较低）。
7）高频电容及等值串联电阻测量
试验目的
检验电力载波该频通路的阻抗。
试验方法
可在分节电容器上进行，采取相应的屏蔽措施，测量引线应尽量短。
特别是试品测量较大时，更应该注意测量回路的屏蔽和引线，否则导致电容量偏大。
在额定温度范围内，在30～500kHz的高频下，电容器高低压端子之间的电容值相对于额定电容的偏差不得超过-20%或+50%，且等值串联电阻不得超过40Ω。
对于较低频率（例如30～100kHz）和温度类别的下限温度，或电容不超过2000pF的电容叠柱，或Um大于42kV者，其等值串联电阻允许大于40Ω。
试验一般用电平振荡器和选频器作为高频电源，用导纳电桥测量，所测参数为并联电容和并联电导，需将数值等效为等值串联参数。
计算公式为：
（6）
（7）
8）低压端子对地杂散电容及杂散电导测量
试验目的
检验互感器的杂散电容及电导，其值有可能引起高频信号的损失或衰减。
试验方法
可在互感器下节（分压器和电磁装置的组装体）上进行试验，试验用电平振荡器和选频器作为高频电源，用导纳电桥测量其电容及电导值。
对于电容器，杂散电容不得超过200pF，杂散电导不得超过20μS；对于电容式电压互感器，杂散电容不得超过300+0.05CnpF，杂散电导不得超过50μS。
9）放电试验
试验目的
检验电容器内部引线、结构等性能，保证电容器在强电流冲击下不致造成电容器内部故障。
试验方法：
试验可在单节电容器上进行。
给试品施加直流电压，然后通过靠近试品放置的棒状间隙放电，在5min内充放电两次。
放电频率应在0.5～1Mhz内,试验前后应用电桥测量电容器的电容值，判断电容器是否有损伤或故障。
10）局部放电试验
试验目的
检验电容器内介质的电器性能，特别是工艺处理过程是否得到严格的控制。
试验方法
图6平衡回路测量局部放电图
在国家标准和IEC标准中，没有要求进行电容式电压互感器整体或中间变压器的局部放电检测，只要求对耦合电容器和电容分压器进行局部放电检测，电容器的局部放电可分节进行。
给试品施加工频预加电压，至少保持10s后，迅速降至测量电压。
型式试验中测量保持1小时，每隔10min需测量一次放电量；出厂试验中至少保持1min后进行测量。
测量和预加电压见下表4。
由于试品为耦合电容器，不许用专门的耦合电容器，采用平衡回路，既排除了干扰，又提高了工作效率，所以，均采用平衡回路。
表4局部放电试验电压
系统接地方式
预加电压
测量电压
允许放电视在电荷量
中性点非有效
接地系统
1.3Um
1.1Um
100pC
1.1Um/
10pC
中性点有效
接地系统
0.8×1.3Um
1.1Um/
10pC
11）测量电容温度系数
试验目的
检验电容器随温度变化的规律，其变化在温度范围内会影响到互感器的误差性能。
试验方法
由于所选用的材料和所选用的处理工艺相同，所以不需用对每节电容器进行试验，将试品放入恒温箱内，调节不同温度，待试品内部温度和烘箱内温度相同后，用电桥测量电容及介损值。
用回归法分析求出电容温度系数αC。
电容器温度类别下限温度和比上限温度高15K的温度范围内测得的电容温度系数的绝对值不大于5×10-4K-1。
如温度类别为-25/A。
则试验温度范围为-25～+55℃。
实际上，电容温度系数的高低并不代表产品性能的好坏，只和介质搭配有关。
电容器纸的特性为正电容温度系数，而电容器用膜为负电容温度系数，这就是互感器用耦合电容为膜纸复合的一个原因。
12）准确度试验
试验目的
准确度是互感器最主要的性能指标之一，试验的目的在于检验互感器的准确度是否达到误差限值范围内。
试验方法
误差试验方法如图7所示，图7为测试1a1n绕组时的试验回路，试验时必须注意将负载电缆与测试电缆分开，以免由于负载压降造成不必要的测试误差。
试验应对互感器的每一个二次绕组分别进行，各个二次绕组所加负荷的
大小应符合表5的有关要求，负荷的功率因数为0.8（滞后）。
对同时用于测量和保护的二次绕组，应分别按测量和保护准确级的要求进行试验。
对于测量准确级的试验，应分别在80％、100％和120％的额定电压下进行。
对于保护准确级的试验，应分别在额定电压乘以2％，5％，100％和额定电压因数的电压下进行。
剩余电压绕组在额定电压乘以额定电压因数的电压下试验时接额定负荷，在其他电压下试验时不接负荷。
标准准确级、相应的误差限值及规定的运行条件如表5所示。
在2％额定电压下，保护准确级的误差限值为5％额定电压下误差限值的2倍。
型式试验
图7电容式电压互感器误差试验回路
除在规定的电压和负荷下进行试验外，还应在额定频率并在室温和两个极限温度下，以及在一恒定温度和两极限频率下在正常连接的互感器上进行。
对于准确级为1.0及更低的互感器，上述试验可以在等效电路上进行，对于0.2至0.5级的互感器，是否可以采用等效电路试验，由制造厂确定。
如果采用等效电路，必须在相同的电压、负荷、频率和温度等条件下进行两次测量，一次在正常连接的互感器上，一
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