摘要：测量电容式电压互感器的一次绕组对二次绕组及地的阻抗特性时在某种接线方式下阻抗会呈感性，这将使电容式电压互感器的介损测量产生异常结果。当阻抗呈容性时对介损测量影响较小。文中详尽分析了各种不同的测量接线方式下中间变压器对电容式电压互感器介损测量产生的影响，这些分析结果可以为电容式电压互感器的现场测量提供合理的测量方法及理论依据。
    关键词：电容式电压互感器 中间变压器 介损测量 分析

1 引言
　　电容式电压互感器是电力系统重要的一次设备，规程对其分压电容的变化量及介质损失角正切tanδ均作了严格的规定。如果电容式电压互感器的分压电容量发生变化或tanδ升高将有可能引发电容式电压互感器爆炸事故。广东罗洞的500 kV变电站就发生过电容式电压互感器爆炸事故，广西梧州的500 kV变电站也发生过分压电容击穿事件。因此每年在预防性试验中准确测量电容式电压互感器分压电容器的电容量及tanδ值是非常重要的。
　　在电容式电压互感器的预防性试验中，中间变压器的存在会对分压电容器的电容量及tanδ值测量结果产生影响，且在不同的测量接线下其影响不同。本文就这个问题进行定性分析，从而得到一种合理的电容式电压互感器介损测量方法。
　　由于220 kV的线路电容式电压互感器遇到的问题最多、情况最复杂，下面以此为例说明现场测量中遇到的问题。图1是220 kV线路电容式电压互感器的原理接线图，电容C₁₂和C₂及中间变压器装在一个瓷套里，D点一般没有引出点(特别是进口设备)，这就给分压电容的介损测量带来了困难。一般情况下A点是接地的，即使线路接地刀闸打开，由于线路对地电容很大，也不能用正接法测量C₁₁，因此对电容C₁₁的测量只能用反接屏蔽法。由于D点无法作为屏蔽点引出，只能用L端或X端作为屏蔽点，但由于中间变压器的存在，将有电流通过一次绕组和二次绕组及地之间的耦合电容流入地，这部分电流无法屏蔽，这样就会对测量结果产生影响。实测结果表明：若将X点悬空以L点为屏蔽点，测量结果会使电容量减小，tanδ值偏大较多；若将中间变压器的一次或二次绕组短接，测量结果就基本上等于真实值。同样用正接法测量C₁₂串C₂时，中间变压器的状态也严重影响测量结果，例如X点悬空，一、二次绕组不短接时将得到负的tanδ值。本文将定性分析产生上述各种影响的原因，并给出测量这种电容式电压互感器介损的合理方法。
                         
2 中间变压器的阻抗特性
　　上述各种不利影响均是由中间变压器引起的，要分析其对测量结果的影响首先要了解中间变压器的一次绕组对二次绕组及地之间的阻抗特性。
　　分别对变电站的35 kV PT及实验室的两种不同电压等级的PT用介损仪进行测量，在图1所示的PT中，F点接电桥的高压端，外壳和n点接电桥的C_x端，目的在于测量各种情况下PT的一次绕组对二次绕组及地的阻抗特性，测量结果列于表1。
                            

注：①状态Ⅰ代表一次绕组短接（F点和X点短接），二次绕组不短接，X端悬空；状态Ⅱ代表一次、二次绕组均不短接，X端悬空；状态Ⅲ代表一次绕组不短接，二次绕组短接，X端悬空；状态Ⅳ代表一次、二次绕组均不短接，X端接地。
    ②1号PT为变电站35 kVPT；2号PT为50 kV试验变压器；3号PT为35 kV试验用PT。
从实测结果可总结出4条规律：
　　(1)第一种状态是测量一次绕组对二次绕组及地的电容量和介损值。
　　(2)当X端悬空，一、二次绕组不短接时，PT的阻抗特性很有可能呈感性，如1号PT。若呈容性，其电容量一般比第一种状态时小，但介损增大较多。
　  (3)只要短接绕组PT的阻抗特性就呈容性，短接二次绕组与短接一次绕组测得的电容量和tanδ值基本相同。
　　(4)当X点接地时，PT的一次对二次及地的阻抗特性呈容性，其呈现的电容量很小（一般小于100pF），比第一种状态时小很多。
　　上述现象可以用如图2所示的П型等值电路进行解释，电感L对应于PT的电感；若没有绕组短接电感L对应的是MΩ级的PT励磁电抗X_m；当有绕组短接时，L对应于PT很小的漏抗X_L。PT的一次绕组对二次绕组及地之间的阻抗特性呈感性还是容性及呈现的数值大小，取决于PT的电抗和PT的绕组及地之间的容抗X_c的参数配合。对于电容式电压互感器的中间变压器 ，当X端悬空后，一般情况下一次对二次及地呈现感性。
　　                         
3 中间变压器对电容式电压互感器介损测量结果的影响　　
　　本文以低压屏蔽电桥（如金迪2618C介损测试仪）测量原理来进行分析（分析结果也适用于高压屏蔽电桥）。电桥测量原理为：屏蔽端基本上是零电位，将流入电桥C_x端的电流作为检测电流（即认为是流过被试品的电流），流入屏蔽端的电流不检测。
                        
3.1 用反接屏蔽法测量图1中的C₁₁
　　用反接法测量时，电桥的C_x端接地，流入地中的电流经C_x端进入电桥作为检测电流。
    (1)L端接屏蔽端，X端悬空。
　　当L端接屏蔽端，X端悬空时不管中间变压器的一次、二次绕组的状态怎样，均可以用有损的等值电容C_g和电感L_g来代替中间变压器，得到如图3所示的等值测量接线图和相量图。C_g和L_g的阻抗远比C₂大得多。为流过被试品的电流，
                    
                          
    (2)X端接屏蔽端，L端悬空
　　当X端接屏蔽端、中间变压器的一次对二次及地的阻抗特性为表1中的状态Ⅳ时，中间变压器呈容性，且电容量很小。其等值接线和相量图如图4所示。R＋jωL_m对应于中间变压器的励磁阻抗Z_m，一般情况下Z_m要比C₁₂的阻抗大很多，C₁₂串联Z_m呈感性。分别表示Z_m与C₁₂上的电压，从相量图可以看出测量结果为：电容量偏大，tanδ值微偏小。由于这时的C_g很小，它对测量结果的影响不大。
                         
3.2 用正接法测量C₁₂与C₂串联
　　其测量等值接线图与图3相似，这时L端接电桥的低压端C_X，X端悬空。中间变压器也可以用电容C_g或电感L_g代替。为了方便分析，假设C₁₂和C₂的tanδ值相同。
    (1)中间变压器呈感性
　　当中间变压器呈感性时，其相量图如图5（a）所示。其中，、分别为C₂的电压和电流，、分别为C₁₂的电压和电流。从相量图中可以看出，与的夹角比其与的夹角大，即tanδ测量值偏小，甚至得到负的tanδ值。至于电容测量值方面，由于电感L_g的并联作用使得阻抗增大，从而的数值比原来有所增大，流入电桥的C_x端的电流也增大 ，即电桥的显示电容量测量值偏大。
    (2)中间变压器呈容性
　　当中间变压器呈容性时，相量图如图5（b）所示，可以分三种情况讨论：①C_g的tanδ值大于C₂的tanδ值时，测量结果tanδ值偏小。②C_g的tanδ值等于C₂的tanδ值时，测量结果tanδ值不变。③C_g的tanδ值小于C₂的tanδ值时，测量结果tanδ值偏大。
    电容量的测量结果由于C_g的并联使得数值比原来小，即变小，所以电容测量结果偏小 。
                       
4 现场测量结果及分析
4.1 低压屏蔽电桥的测量结果及分析
　　对广西平果500 kV变电站的500 kV及220 kV电容式电压互感器进行实测，表3、表4分别给出C₁₁和C₁₂串联C₂的实测数据。由于被试电容式电压互感器为母线电容式电压互感器，故可用正接法测量C₁₁，将其作为标准值。
                      

                 
    对表3中用反接屏蔽法测量的C₁₁实测结果分析如下：
    1) 对于试验1，由于X端悬空而一、二次绕组均不短接，这时中间变压器呈现感性。根据表2中的分析结果：电容量测量值偏小，而tanδ偏大较多。实测的tanδ值为1.08%，是真实值0.12%的9倍，电容量从27.18nF减小为27.13nF，试验结果与分析结果相吻合。
　  2）对于试验2，若将一次绕组短接，中间变压器呈容性，其电容量约等于一次绕组对二次绕组及地之间的电容量（100 pF～600 pF之间），而tanδ值一般比C₁₁的大，因此表2的结果为：电容量及tanδ值均偏大，实测结果说明分析是正确的。
　　3）对于试验3，当X端接屏蔽时相当于X端接地，中间变压器的一次绕组对二次绕组及地呈现出很小的电容值（一般小于100 pF），它对测量的影响不大，其偏差趋势与(2)中预测的结果一样：电容量偏大，tanδ值偏小。
　　从表4的实测数据中可以看出，若测量C₁₂与C₂串联时中间变压器绕组不短接，中间变压器就会呈现感性，使得电容量的测量结果偏大、tanδ出现负值。若将一次或二次绕组短接，中间变压器就会呈容性，虽然这时也会对测量结果造成影响，但中间变压器的电容量(小于600 pF)相对于电容式电压互感器的分压电容小得多，因而对测量结果的影响不大。
　　综上所述可以得到测量电容式电压互感器介损的合理测量方法：
　　1)测量C₁₁可以用X端屏蔽法，也可以用L端作为屏蔽端，但这时必须将一次或二次绕组短接。这两种方法均会使测量的电容量偏大，前者使tanδ值微偏小；后者使tanδ值微偏大 。由于前者的等值干扰电容C_g较后者小，因此，前者的测量方法对测量结果影响较小。
　　2)测量C₁₂与C₂串联时，为了不出现负介损现象，必须将中间变压器的一次或二次绕组短接，一般情况下会使测量电容量及tanδ值微偏小。
4.2 高压屏蔽电桥的测量结果及分析
　　高压屏蔽电桥测量产生的误差趋势与低压屏蔽电桥基本相同。例如，对于测量图3中的C₁₁，L端接高压屏蔽端，相当于电源通过电容C₁₂与C₂并联供给干扰电流，分析测量误差的相量图和图4相似，测量误差取决于干扰电流的大小和性质（感性或容性）。尽管高压屏蔽接线与低压屏蔽接线所对应的等值电路图不完全相同，从而对测量的影响大小也不相同，但这两种接线对测量的影响趋势一般情况下是一样的，实测结果也证明了这一点。表5给出了用高压屏蔽电桥（济南泛华AL－6000电桥）测量广西平果变220 kV B相母线电容式电压互感器的C₁₁实测结果。
                         
　　从实测结果中可以看出，对于试验1，L端接屏蔽、X端悬空，若绕组不短接tanδ值偏大许多；绕组短接后，tanδ值接近真实值。对于试验3，根据3．1节（2）的分析为电容偏大 、介损偏小，实测结果与分析结果相符。试验4与试验3的区别在于试验4的中间变压器一次绕组的两端比试验3多并联了C₂（C₂电容量约为C₁₂的10倍），可能是C₂的并入改变了干扰电流的方向使得测量更接近真实值。
5 结论
　　(1)在测量电容式电压互感器分压电容的介损时，中间变压器会对测量结果产生不利影响，其影响的偏差方向及大小与中间变压器的一次对二次绕组及地的阻抗特性有关。
　　(2)为减小中间变压器对电容式电压互感器分压电容介损测量的影响，对于C₁₁的测量,可采用X端屏蔽法；对于C₁₂与C₂串联的测量，可采用X端悬空并短接中间变压器的一次或二次绕组的方法。
　　(3)高压屏蔽电桥测量产生的误差趋势与低压屏蔽电桥基本相同。