一種電容式電壓互感器的試驗方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電容式電壓互感器領域，更具體地，設及一種電容式電壓互感器的試 驗方法。
【背景技術】
[0002] 電容式電壓互感器（簡稱CVT)和傳統(tǒng)的電磁式電壓互感器（IVT)相比，具有絕緣 強度高、能夠降低雷電沖擊波的睹度、造價低且能兼作禪合電容器用于電力線載波通信等 優(yōu)點，廣泛應用于35kV及W上電壓等級的電網中。當一次系統(tǒng)發(fā)生故障或遭受暫態(tài)侵入波 時，由于CVT中含有電容器及阻尼電抗器等儲能元件，其二次側輸出電壓不能及時準確地 反映一次側輸入電壓的變化，暫態(tài)響應較差，同時CVT對諧波的傳遞特性也需要通過試驗 手段來確定。對CVT開展相關傳遞特性試驗，對分析電力系統(tǒng)諧波及暫態(tài)過電壓具有重要 的應用價值。
[0003] 然而，在多數情況下，特別是llOkV及W上電壓等級的設備，受試驗場地、試驗設 備、運行環(huán)境和電壓等級等多種因素的限制，傳統(tǒng)的試驗方案往往很難滿足與系統(tǒng)相匹配 的電壓等級及容量需求，較低的電壓等級使其內部電磁單元無法達到飽和條件，進而無法 真實模擬實際運行情況，因此，亟需找到一套更加完善的試驗方案，W滿足在低壓條件下模 擬高壓CVT的實際工作情況。
【發(fā)明內容】
[0004] 針對現有技術的W上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種電容式電壓互感器的試 驗方法，能準確獲取CVT的整體傳遞特性，顯著降低了在對CVT進行高壓測試時的電壓等級 及電源容量要求，有效解決了傳統(tǒng)試驗方法在特殊情況下因所需電壓等級高、電源容量大 等原因造成的無法試驗的問題。 陽〇化]為實現上述目的，本發(fā)明提供了一種電容式電壓互感器的試驗方法，所述電容式 電壓互感器由電容分壓單元和電磁單元兩部分組成，其中，電容分壓單元包括高壓臂電容 和低壓臂電容，高壓臂電容和低壓臂電容的公共端作為電容分壓單元的中間節(jié)點，其特征 在于，將試驗電源由電容分壓單元的中間節(jié)點接入電容式電壓互感器，對電容式電壓互感 器進行加壓測試，測量電容分壓單元的中間節(jié)點電壓、電容式電壓互感器的二次側輸出電 壓和試驗電源所在支路的電流。
[0006] 優(yōu)選地，試驗電源的電壓不得高于電容分壓單元的低壓臂電容所能承受的最高電 壓。
[0007] 優(yōu)選地，計算得到電容式電壓互感器的傳遞函數為：
[0008]
[0009] 其中，U2(s)為電容式電壓互感器的二次側輸出電壓，Um(s)為電容分壓單元的中 間節(jié)點電壓，Ii(s)為試驗電源所在支路的電流，Cl為電容分壓單元的高壓臂電容。
[0010] 總體而言，通過本發(fā)明所構思的W上技術方案與現有技術相比，具有W下有益效 果：本發(fā)明運用CVT的結構及波傳遞特點，通過CVT電容單元與電磁單元連接的中間節(jié)點進 行加壓測試，記錄中間節(jié)點電壓、CVT輸出電壓及注入節(jié)點電流，計算獲取CVT的接近實際 工況的傳遞特性；有效解決了傳統(tǒng)試驗方法中特殊情況下因所需電壓等級較高或電源容量 較大等原因造成的無法試驗的問題，在不影響其傳遞特性并精確模擬CVT電磁單元額定工 況的情況下，準確獲取CVT的整體傳遞特性，顯著降低了在對CVT進行高壓測試時的電壓等 級及電源容量要求。
【附圖說明】
[0011] 圖1是傳統(tǒng)的電容式電壓互感器的試驗原理圖；
[0012] 圖2是本發(fā)明實施例的電容式電壓互感器的試驗電路接線圖；
[0013] 圖3是用本發(fā)明實施例的電容式電壓互感器的試驗方法進行CVT空載試驗時的相 位-頻率特性曲線；
[0014] 圖4是用本發(fā)明實施例的電容式電壓互感器的試驗方法進行CVT空載試驗時的變 比比值差-頻率特性曲線。
【具體實施方式】
[0015] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下結合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所設及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可W相互組合。
[0016] 已知CVT的傳遞特性主要由其內部電磁單元決定，與電容分壓單元的電容分壓比 并無直接關聯。如圖1所示，常規(guī)的試驗方法是將CVT的高壓端作為輸入，施加滿足其額定 工況的工作電壓，通過電容分壓單元將一次電壓變換為電壓等級較低的中間電壓，再通過 電磁單元將中間電壓變換為二次電壓。運種方法由于受試驗場地、試驗設備、運行環(huán)境和電 壓等級等多種因素的限制，難W滿足CVT額定運行條件的電壓等級及容量需求，較低的電 壓等級使其內部電磁單元無法達到飽和條件，進而無法真實模擬實際運行情況。本發(fā)明主 要是解決常規(guī)CVT試驗需要高電壓大容量電源的難題，提出了一種基于電容分壓單元中壓 抽頭的CVT試驗方法，即通過CVT的電容分壓單元與電磁單元的中間節(jié)點進行加壓測試，記 錄中間節(jié)點電壓、CVT的輸出電壓及注入節(jié)點電流，計算獲取CVT的接近實際工況的傳遞特 性。利用較低的試驗電壓和電源容量即可模擬額定電壓下電磁單元的工況，獲取額定工況 下CVT的傳遞特性。
[0017] CVT由電容分壓單元和電磁單元兩部分組成；其中，電容分壓單元包括高壓臂電 容。和低壓臂電容〇2,電容分壓單元的高壓端標記為A，電容分壓單元的中間節(jié)點W及電磁 單元的接入端標記為B，電磁單元由中間變壓器、補償電抗器、保護裝置和阻尼器組成。一 般地，電容分壓單元將輸入電壓轉變?yōu)?0~20kV的電壓信號，經過電磁單元轉換后輸出。 CVT的傳遞特性主要取決于電磁單元中的鐵磁性元件，電容分壓單元對CVT的傳遞特性基 本無影響，因而試驗時需盡量模擬鐵磁性元件的額定工況。
[0018] 圖1為傳統(tǒng)的CVT試驗原理圖。在進行高壓試驗時，試驗電源通過電容分壓單元的 高壓端接入CVT，電容分壓單元使較高的輸入電壓降到一個合適的低電壓（中間電壓），再 通過電磁單元將電壓等級較低的中間電壓變換為二次電壓。由于高壓臂電容在電壓傳遞過 程中起到分壓降壓作用，較低電壓等級的試驗電源無法使電磁單元飽和，進而無法模擬CVT 的實際運行情況。為接近CVT的額定工況，試驗電源的電壓等級和容量必須始終保持在較 高水平，因而對試驗電源的試驗儀器等提出了較高的要求。
[0019] 為解決上述問題，本發(fā)明基于CVT的結構及其傳遞特性的特點，提供了一種針對 CVT高壓試驗的基于電容分壓單元的中壓抽頭的CVT試驗方法，通過電容分壓單元的中間 節(jié)點注入接近電磁單元額定工況的電壓。
[0020] 如圖2所示，對CVT進行高壓試驗時，試驗電源不經過高壓臂電容。，直接由低壓 臂電容C2進行加壓測試，即通過電容分壓單元的中壓端B直接對CVT進行加壓測試，電磁 單元將試驗電源電壓進行二次處理得到CVT的二次側電壓。分別利用電壓探頭測量中間節(jié) 點與地之間的電壓波形和CVT二次側的輸出電壓波形，同時利用電流探頭測量外接試驗電 源注入中間節(jié)點的電流Ii的波形，記錄中間節(jié)點電壓、CVT的輸出電壓及注入中間節(jié)點的電 流，通過計算獲取CVT的傳遞特性。其中，試驗電源的電壓不得高于電容分壓單元的低壓臂 電容所能承受的最高電壓。
[0021] 采用上述試驗方法后，CVT的傳遞函數可表示為：
[00 巧
C1)
[0023] 其中，Ui(s)為正常工況下CVT的一次側輸入電壓，U2(s)為CVT的二次側輸出電 壓。
[0024] CVT局壓端電壓可表不為：
[00巧]
(2)
[00%] 其中，Um(s)為電容分壓單元的中間節(jié)點電壓，為電容分壓單元的高壓臂電 容。的電壓。
[0027] 由于CVT實際工作時，流過高壓臂電容的電流等于流過低壓臂電容的電流和電磁 單元的電流之和。因而可假設實測試驗電源注入電容分壓單元的中間節(jié)點的電流Ii(S)(即 試驗電源所在支路的電流）流經CVT的高壓臂電容，電容分壓單元的高壓臂電容的電壓可 等效計算為：
[00測
《3)
[0029] 由式（1)、似和（3)可W得到其總的傳遞函數方程為：
[0030]
[0031] 采用上述方法對llOkV的CVT進行空載情況下的頻率響應特性試驗，其結果如 圖3和圖4所示。試驗時采用掃頻法，注入的試驗電壓波形為正弦交變電壓，頻率范圍為 50化~3曲z，電壓峰值為lOkV，掃頻頻率間隔為50化。由圖中可知，CVT的內部諧振頻率 約為42甜Z，諧振點附近的比值差達到最大值。在諧振點附近，CVT的實際變比呈現出先小 于額定變比，后增大至大于額定變比的變化趨勢。諧振點之后，CVT的實際變比較額定變比 偏大。該試驗結果符合基本的理論判斷，能夠較為詳實地反映CVT的實際頻率傳遞特性。
[0032] 本試驗方法規(guī)避了高壓臂電容對試驗電源電壓的分壓降壓作用，使試驗電源直接 與電磁單元相連接，按照電容分壓單元的變比確定試驗電源的電壓，能夠充分模擬額定工 況下的電磁單元工作過程，在保證CVT的傳遞特性不受影響的同時，獲取等效的CVT傳遞特 性，大幅降低了對電源電壓及容量的要求，顯著提高了電壓傳遞效率。對于有中壓抽頭的疊 裝式CVT和分裝式CVT而言，可直接將中壓抽頭端子作為CVT的一次側進行加壓試驗；對于 無中壓抽頭的疊裝式CVT而言，需對CVT電容分壓單元部分進行結構改造，W滿足本試驗方 法下低壓臂電容的加壓試驗需求。
[0033] 本領域的技術人員容易理解，W上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用W 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含 在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種電容式電壓互感器的試驗方法，所述電容式電壓互感器由電容分壓單元和電磁 單元兩部分組成，其中，電容分壓單元包括高壓臂電容和低壓臂電容，高壓臂電容和低壓臂 電容的公共端作為電容分壓單元的中間節(jié)點，其特征在于，將試驗電源由電容分壓單元的 中間節(jié)點接入電容式電壓互感器，對電容式電壓互感器進行加壓測試，測量電容分壓單元 的中間節(jié)點電壓、電容式電壓互感器的二次側輸出電壓和試驗電源所在支路的電流。2. 如權利要求1所述的電容式電壓互感器的試驗方法，其特征在于，試驗電源的電壓 不得高于電容分壓單元的低壓臂電容所能承受的最高電壓。3. 如權利要求1或2所述的電容式電壓互感器的試驗方法，其特征在于，計算得到電容 式電壓互感器的傳遞函數為：其中，U2(s)為電容式電壓互感器的二次側輸出電壓，UM(s)為電容分壓單元的中間節(jié) 點電壓，Ms)為試驗電源所在支路的電流，(；為電容分壓單元的高壓臂電容。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電容式電壓互感器的試驗方法。運用CVT的結構及波傳遞特點，通過CVT電容單元與電磁單元連接的中間節(jié)點進行加壓測試，記錄中間節(jié)點電壓、CVT輸出電壓及注入節(jié)點電流，計算獲取CVT的接近實際工況的傳遞特性；有效解決了傳統(tǒng)試驗方法中特殊情況下因所需電壓等級較高或電源容量較大等原因造成的無法試驗的問題，在不影響其傳遞特性并精確模擬CVT電磁單元額定工況的情況下，準確獲取CVT的整體傳遞特性，顯著降低了在對CVT進行高壓測試時的電壓等級及電源容量要求。
【IPC分類】G01R35/02
【公開號】CN105277913
【申請?zhí)枴緾N201510633807
【發(fā)明人】劉毅, 周古月, 廖爽, 林福昌, 劉思維
【申請人】華中科技大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年9月30日