电容式电压互感器传递过电压试验的分析研究

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1、...页眉电容式电压互感器的传递过电压试验分析与研究西安电力电容器研究所郭天兴1．概述电力系统的正常运行中会存在各种过电压，如大气过电压、操作过电压以及发生不对称接地故障不过电压等，这些过电压有些来自外部的影响、有些由电力系统自己产生，这些过电压均可能通过静电和电磁耦合的方式传递到系统的另一部分，例如在相邻输电线路之间、变压器或互感器绕组之间会产生过电压传递现象，将高压侧的过电压传递到低压侧，损害低压侧的电器设备，影响电气设备的安全运行。互感器对过电压的传递与相邻输电线路不同，由于相邻输电线路在线路设计时采取了一定的措施，只对

2、零序分量或不对称分量过电压进行传递。由于高压互感器接于线路对地之间，所以可将线路的各种过电压传递到二次测量回路，使二次测量设备承受来自一次回路的传递过电压，由于电容式电压互感器新的IEC标准IEC6044-5对电容式电压互感器的过电压的传递性能提出明确要求，所以，为了掌握电容式电压互感器的对过电压的传递性能，本文对电容式电压互感器进行了初步的探索、分析和试验研究。2．电容式电压互感器对过电压的传递分析2．1过电压的传递方式电容式电压互感器的过电压传递非常特殊，主要原因是其本身的结构组成比较复杂，其结构由电容分压器、中压变压器、

3、补偿电抗器、以及避雷器、阻尼器负载等部件组成，所以其本身对于过电压的传递特性比较复杂，相关的研究文献较少，所以我们先以电力系统的过电压的传递为例进行，对过电压的传递方式进行说明。在电力系统中，存在来自系统的各种过电压，这些过电压会通过一定的方式从一个系统传递到另外一个系统，传递的途径很多，例如，当有不同电压等级的输电线路同杆并架，或两线路间有较长距离的邻近平行段时，高压线路由于不对称接地故障而出现的零序工频电压分量会通过两条线路之间的电容和对地电容耦合到邻近的输电线路。这仅是过电压的静电传递现象。这种从高压线路到低压线路的传递

4、过电压，会对低压线路的绝缘造成严重的威胁。另外一种是通过电力变压器传递过电压，通过变压器传递的电压主要是快波前和缓波前过电压，传递模式主要取决于有关的变化率，对于电力变压器有三种传递方式，其一是静电或容性传递，静电传递主要是由于变压器绕组间有电容存在，通过其电容可将过电压以静电传递的方式耦合到变压器的低压测，在实际系统中是较常遇到的。其二是通过变压器一次或二次回路的自然振荡传递，其传递过电压特性取决于一次和二次绕组的对地电容和绕组的自电感组成的振荡回路，如果变压器低压侧接有PT或消弧线圈L，则由于电感线圈的激磁特性，可能形成谐

5、振的传递回路，会在低压侧产生数值更高的传递过电压。其三是正常的电磁传递，其特性主要取决于变压器的匝数比、漏电感和负载阻抗。对于变压器来说，传递过电压的幅值主要取决于变压器的结构，如：绕组为饼式或纠结式结构以及在铁心上的排列方式、绕组的阻尼、变压器的电容等因素。....页脚...页眉传递冲击波通常既有容性分量也由感性分量，它们叠加于工频电压之上。容性分量通常在兆赫级范围，在传递冲击中最先出现。感性传递分量出现在容性分量之后，其波形和幅值随时间变化。2.2电容式电压互感器过电压传递的初步分析电容式电压互感器一般用于110kV以上电

6、力系统，接于线路到地之间，所以，来自系统的过电压都可能传递到二次系统，对二次系统造成伤害。目前，IEC标准已对电容式电压互感器的过电压传递性能做出明确规定，要求由一次传递至二次端子的过电压应不超过表1所列值，其中A型冲击波要求适用于空气绝缘变电站中的电容式电压互感器，代表放电间隙闪络和开关操作引起的电压振荡。而B型冲击波要求适用于安装在气体绝缘金属封闭变电站（GIS）中的电容式电压互感器，代表开关操作时产生的陡波前冲击波。表1传递过电压限值冲击波类型AB施加电压（P）峰值波形参数：——常规波前时间（T1）——半峰值时间（T2

7、）——波前时间（T1）——波尾时间（T2）0.50μs±20%≥50μs————————10ns±20%＞100ns传递过电压峰值的限值（s）1.6kV1.6kV另外，IEC标准也给出了相应的参考波形如图1，图2所示，分别为A型冲击波和B型冲击波的代表波形。图1A型冲击波图2B型冲击波电容式电压互感器的结构相对比较复杂，其原理图如图3所示，电容式电压互感器主要由电容分压器C1,C2、中间变压器T、补偿电抗器L、阻尼器Zz以及保护间隙组成。Zf为感性负载。从原理图中可以看出，电容式电压互感器的结构比较复杂，电容分压器、中间

8、变压器、补偿电抗器、放电间隙、阻尼器以及负载都可能对传递过电压造成一定的影响。为了对其传递过电压进行深入研究，必须从各个部件入手进行个别分析。....页脚...页眉图3电容式电压互感器原理图2.3电容分压器的过电压传递分析计算电容分压器一般由电容器元件串联而成，110/√3k