電容式電壓互感器是由串聯(lián)電容器分壓，再經電磁式互感器降壓和隔離，作為表計、繼電保護等的一種電壓互感器，電容式電壓互感器除可防止因電壓互感器鐵芯飽和引起鐵磁諧振外，在經濟和安全上還有很多優(yōu)越之處。
基本介紹
電容式電壓互感器(CVT)在國外已有四十多年的發(fā)展歷史，在72.5～800kV電力系統(tǒng)中得到普遍應用。國產CVT從1964年在西安電力電容器廠誕生以來，也積累了三十五年的制造和運行經驗，現(xiàn)已進入成熟期。尤其是近幾年，國產CVT在準確度及輸出容量的提高以及成功地采用速飽和電抗型阻尼器使鐵磁諧振阻尼特性和瞬變響應特性明顯改善等方面有了突破性進展。電力部門廣大用戶普遍認識到：國產CVT已達到或超過電磁式電壓互感器(VT)的各項性能指標，同時還具有絕緣強度高、不會與系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振、高電壓下價格較低以及可兼作耦合電容器用于載波通信(PLC)等優(yōu)點。所以，“九五”以來，國產CVT得到廣泛應用，產品電壓范圍覆蓋35～500kV。在110～220kV，CVT用量已占絕對優(yōu)勢，不僅在新站優(yōu)先選用，在老站改造中往往用CVT取代VT，330～500kV等級無一例外地選用了CVT。即使在35～66kV，CVT價格并不占優(yōu)勢，考慮到從根本上消除VT與系統(tǒng)產生的鐵磁諧振，有的電站也選用了CVT。1995年以來，CVT產銷量平均以每年25%的高速增長，1998年達到4700臺，占110kV及以上電壓互感器的90%。
在此期間，隨著電力電容器絕緣技術和材料科學的發(fā)展，國外CVT在設計和制造工藝方面又有了很大改進，還有一些新型產品的發(fā)展動向。我們應當及時總結國內外CVT的制造和運行經驗，進一步促進國產CVT的發(fā)展，為我國的城鄉(xiāng)電網建設改造和超高壓電網建設提供優(yōu)質、可靠的產品。
作用
將載波頻率耦合到輸電線用于長途通信、遠方測量、選擇性的線路高頻保護、遙控、電傳打字
主要性能參數(shù)
在下面給出最新的國內外500kV CVT的主要性能參數(shù)。國外CVT以瑞典ABB、加拿大傳奇公司為代表，也列出了美國和日本公司的參數(shù)，國內以CVT生產主導廠西容廠為代表?，F(xiàn)就以下幾個主要方面具體說明如下：
額定輸出容量
國外CVT最高準確度仍為0.2級，額定輸出容量有逐步降低的趨勢。以ABB為例，目前其標準產品在0.2級下的輸出從250VA已降低到120VA，其它國外公司各種電壓等級CVT額定輸出也不超過250VA，這主要是由于現(xiàn)代繼電保護裝置和所需負荷大幅減小。
測量系統(tǒng)
國內情況則相反。根據需求，國產CVT在0.2級條件下的額定輸出容量不斷提高。母線CVT一般為300～400VA，有的已做到500VA。為達此要求，就必須采取提高中壓、增大主電容和加大導線直徑等措施，其結果是材料成本升高，產品體積增大。其根源可能是國內繼電保護器件不同、保護回路多、留有裕度大，也有“額定輸出越大越好”的錯覺所影響。目前國內也生產各種較小輸出容量和準確級較低的線路CVT，如0.2/100VA，0.5/150VA，1.0/50VA，3.0/50VA等。總之，國產CVT準確級和額定輸出有多種規(guī)格，完全能滿足國內用戶的各種不同需要。
絕緣介質
CVT的高電壓主要由電容分壓器承受，因而電容器的介質材料選用是十分重要的。八十年代后期，國內外幾乎同時用聚丙烯薄膜與電容器紙復合浸漬有機合成絕緣油介質取代電容器紙浸礦物油介質。由于薄膜耐電強度是油浸紙的4倍，介質損耗則降為后者的1/10，加之合成油的吸氣性能良好，采用膜紙復合介質后可使CVT電容量增大，介損降低，局部放電性能改善，絕緣裕度提高。同時由于薄膜與油浸紙的電容溫度特性是互補的，合理的膜紙搭配可使電容器的電容溫度系數(shù)大幅降低。這些都為CVT準確度提高和額定輸出增大以及運行可靠性的提高創(chuàng)造了條件。
近幾年，所用介質材料性能不斷提高，電容器制造工藝和絕緣結構設計不斷改進。國外薄膜與紙的搭配按層數(shù)分有1膜2紙、2膜1紙、2膜2紙等，絕緣浸漬劑有十二烷基苯(ABB稱FARADOL300)、M/DBT和SAS-40等。國內采用的固體介質一般為2膜3紙，也有用2膜1紙的；浸漬劑主要是基苯，有的產品用PXE，特殊情況下也有用M/DBT的。國內外介質結構和浸漬劑的應用的發(fā)展基本上也是同步的。為降低電容器元件邊緣場強，國外采用了鋁箔折邊、突出的新結構。有的采用較厚鋁箔作元件電極的引出，而不用傳統(tǒng)的銅引線片，這可防止引線片對介質的損傷并能使邊緣場強均勻。電容器心子的支架很早就采用電工紙板而不用膠紙板。國內參照國外先進技術現(xiàn)已開始采用鋁箔引出電極并已用電工紙板取代傳統(tǒng)的酚醛紙板，這有利于支架絕緣的真空干燥浸漬，充分排除氣泡和水份，消除了引起內部故障的可能性。
瞬變響應
CVT內部含有電容和非線性電感元件(中間變壓器、補償電抗器)，在一次突然合閘或二次短路消除產生的過電壓作用下有可能產生內部分次諧波鐵磁諧振現(xiàn)象，危及CVT本身的安全，影響二次測量、保護的正常工作，所以采用適當?shù)?a href="/hebeideji/7276005290771005499.html">阻尼器是CVT的一項關鍵技術。國外CVT從八十年代就開始采用速飽和電抗器型阻尼器，在正常運行情況下阻抗很大，消耗功率很小，不影響測量準確度。當諧振過電壓產生后電抗器飽和，大電流通過與其串聯(lián)的電阻，消耗功率很大，能在10個工頻周期內迅速阻尼鐵磁諧振。西容廠在國內率先進行了各種阻尼器的研究和應用，經歷了電阻型、諧振型到速飽和型阻尼器的發(fā)展過程，1990年開發(fā)成功的速飽和型阻尼器，現(xiàn)已在國內全行業(yè)推廣應用。
象任何新技術的應用一樣，速飽和阻尼器在應用中也遇到和解決了一些新的技術難題。問題就在于按IEC標準和國標做鐵磁諧振試驗合格的產品，有的在投運時還會發(fā)生內部持續(xù)的鐵磁諧振現(xiàn)象，伴隨著輸出電壓波形畸變和異常響聲。為此我們進行了技術攻關，采取一系列的技術和質量控制措施：首先對外購的速飽和電抗器用坡莫合金鐵心特性參數(shù)進行嚴格檢測，并適當降低了中間變壓器的磁密。而后又經過深入研究，得到了新的認識，總結出一套新的鐵磁諧振試驗方法，用它試驗合格的產品能確保在任何電沖擊下(包括現(xiàn)場在額定電壓下合閘突加電壓)都能有效防止鐵磁諧振的產生，用這種試驗方法重新選擇了阻尼器參數(shù)，并用來進行CVT的出廠檢驗。經過在天津楊柳青電廠和宜昌供電局的現(xiàn)場驗證，以及1998年生產的1500多臺CVT無一發(fā)生諧振的實踐，說明改進措施是有效的，是國產CVT的一大技術進步，同時也否定了所謂“國產CVT解決不了諧振問題”的說法。其實，國外CVT在中國運行中也曾發(fā)生過諧振問題，近幾年也進行過改進，能否確保不再發(fā)生諧振，尚未在中國得到驗證。
采用先進的速飽和電抗型阻尼器，不僅能有效地阻尼鐵磁諧振，而且會使CVT的瞬變響應特性得到明顯改善。采用諧振型阻尼器的CVT在一次側短路后，經20ms，二次側剩余電壓不超過10%，采用速飽和阻尼器后剩余電壓可降到5%以下，能滿足現(xiàn)代快速繼電保護的要求。
機械強度
CVT是單柱式細高產品，為確保在風力和地震力作用下的安全，標準規(guī)定了水平拉力抗彎試驗和耐地震要求。國外電容器瓷套機械強度高，又采用了水泥澆裝金屬法蘭，可使CVT抗彎強度提高，所以國外產品可以做得直徑小、重量輕。國產瓷套強度較差，為保證整體抗彎要求必需采用較大的直徑。近幾年國產500kV CVT也采用了高強度瓷套，西容廠的500kV CVT產品于1998年在上海同濟大學抗震試驗室通過了水平加速度為0.3g的抗震能力試驗。
工藝和結構
國外CVT普遍注意造型美觀，防腐性能較好。外露金屬件由鋁合金制成或是熱鍍鋅的，油箱是鋁合金焊接或鑄造而成，螺栓、螺絲螺母等緊固件由耐酸鋼制成，可以做到現(xiàn)場不必重新涂漆。內部結構上也有許多獨到之處，變壓器用環(huán)形鐵心，電抗器用C形鐵心，中壓套管由環(huán)氧膠真空澆注而成，中壓端子與電磁裝置連接用彈簧片實現(xiàn)壓力接觸，不用連接導線。為了使用方便，ABB公司CVT將電壓調節(jié)抽頭引出油箱，當運行中二次負荷變化時經過調節(jié)可使精度不變或提高，甚至還可實現(xiàn)電磁裝置和電容分壓器在現(xiàn)場重新組合。為節(jié)省安裝面積和費用，國外CVT一般都允許將線路阻波器裝在頂部。
國產CVT在這方面有一定差距。加工粗糙，防腐性能差，在結構上為用戶考慮不夠。近幾年情況開始轉變，工廠購置了數(shù)控機床、加工中心等精密設備提高加工精度，開始使用真空澆注環(huán)氧膠的中壓套管，有的產品如(TYD4500)已將誤差調節(jié)端子引出，開發(fā)出CVT耦合電容器頂上裝有阻波器的一體化裝置(內含結合濾波器)并通過了抗地震試驗。在防腐方面，國內熱鍍鋅質量尚差，我們采用了油箱噴塑新工藝，緊固件經過滲鋅處理，顯著提高了防腐性能。
國產優(yōu)勢
①絕緣可靠性高。作為承受高電壓的電容分壓器，其介質強度是最重要的因素，介質擊穿不僅會影響CVT的測量準確度，更嚴重的是有可能造成電容器爆炸、起火的惡性事故。國產CVT中電容器介質工作場強一般為進口產品的70%以下，加之絕緣結構的改進，嚴格控制油中微量水份，降低了電容器介損和局部放電量，其絕緣特性明顯高于進口產品，這在國內大量的運行經驗中得到了驗證。最近我國進口國外某公司的500kV和220kV CVT發(fā)生了嚴重的爆炸事故和電容器介質擊穿故障，更換為西容廠生產的CVT后投入了正常運行。所以，正如無功補償用國產并聯(lián)電容器可靠性高一樣，國產CVT的絕緣可靠性也比進口產品高，能更好地適應國內市場的需要。
②能可靠地阻尼鐵磁諧振。經過對速飽和阻尼器進行大量的應用研究和改進，并按嚴格的工廠標準進行質量控制，確保出廠的每一臺CVT均能夠在從低到高至額定電壓因數(shù)的任何電壓下有效阻尼各種頻率的鐵磁諧振，這已在大量的運行實踐中得到了證實。
③優(yōu)良的瞬變響應特性。由于設計參數(shù)選擇合理，采用速飽和阻尼器的國產CVT均能保證在一次短路后其二次剩余電壓在20ms內降到5%以下。而國外CVT一般只保證剩余電壓為10%，僅個別產品能達到5%。這樣，國產CVT在配合快速繼電保護方面也有一定優(yōu)勢。
④能用來進行電網諧波的監(jiān)測。一般說來，由于采用工頻下電感和電容互補原理，在CVT的二次端子測量高次諧波電壓就會有較大誤差。然而，西容廠在CVT上配備一個部件，提供一對諧波監(jiān)測端子，就可利用電容分壓器來準確測試電網諧波，其誤差滿足國標GB/T14549《電能質量——公用電網諧波》的要求。該技術已批準為國家實用新型專利。
國產CVT的差距
①外觀設計與制造工藝與國外差距較大。整體造形不夠美觀，加工和裝配質量粗糙，這與基礎件水平低(如瓷套外觀質量)、工藝裝備落后和質量控制不嚴有關。
②金屬外露件防腐處理差。國外鑄鋁合金或鋁合金焊接件且不說，其熱鍍鋅質量也遠比國內好。國內不僅熱鍍鋅質量差，油漆也有脫落和退色現(xiàn)象，使用中需多次涂漆。
③對用戶的使用要求注意不夠。有的參數(shù)和特性尚未提供試驗數(shù)據，如電網頻率變化對CVT測量精度的影響、電容器1A高頻電流的承受能力試驗、介損隨溫度的變化曲線等。國外CVT大都允許裝載線路阻波器，國產CVT只有110kV的產品在個別場合下是由用戶自己組裝使用的。
產品發(fā)展趨勢
4.1 首先針對國產CVT目前存在的差距改進設計和制造工藝，全面滿足IEC標準、國家標準、電力標準與規(guī)程以及使用部門的特殊要求，降低故障率，真正實現(xiàn)免維修、少維護。
4.2 采用當代新技術，大力開發(fā)新型CVT產品。國外電容分壓式光電電壓互感器已經問世，IEC《電子式電壓互感器》標準草案正在討論中，國際大電網會議也把研制光電互感器作為未來開發(fā)的新技術進行研究。國外專家普遍認為，由于有接口、容量、習慣等各方面的問題，近十年光電互感器不會有大規(guī)模的發(fā)展，但在十年后會有一個大發(fā)展，在發(fā)展的數(shù)路上先會是低電壓的，取得經驗后逐步向高電壓發(fā)展。國內已有人投入力量開發(fā)電子式電壓互感器，今后會跟蹤國外新技術的發(fā)展，逐步達到實用化并實現(xiàn)規(guī)模化生產和應用。
4.3 產品向難燃、防爆和更高電壓等級發(fā)展。采用硅橡膠合成套管和充六氟化硫氣體的獨立式CVT和G1S配套用CVT具有耐污、防爆、難燃和絕緣可靠等優(yōu)點，近期有望開發(fā)成功。隨著我國西電東送的實施，西北電網更高電壓等級750kV已基本確定，研制750kV CVT已成當務之急。
提高應用技術
近幾年CVT在我國發(fā)展迅速，也積累了豐富的使用和監(jiān)測經驗。但由于工廠對產品性能的介紹和技術服務未能跟上，也出現(xiàn)了一些有待解決的應用技術問題。隨著產品的發(fā)展和供電可靠性要求的提高，CVT的應用技術也將相應發(fā)展和提高。
①二次輸出的合理選擇。CVT的二次額定輸出是由二次所接測量和保護裝置所需負荷的總和決定的，CVT輸出越大，制造成本和價格就越高。根據國外經驗，一般按二次實際負荷的1.3～1.5倍來確定CVT的額定輸出較為合理?，F(xiàn)代繼電保護和測量的負荷不大，根據標準，當實際負荷低于CVT額定輸出的25%時，誤差就有可能超出相應準確級的規(guī)定值。所以，應當走出“輸出越大越好”的誤區(qū)，從實際需要出發(fā)提出要求。
②現(xiàn)場試驗方法的改進。CVT是全密封、免維修設備，在安裝投運前和每年一次的預防性試驗中不必要按出廠試驗項目逐一測試，更不要打開產品檢查內部結構和進行試驗。現(xiàn)場試驗目的是檢查運輸和運行過程有無異常變化，試驗項目和要求已在產品使用說明書中給出，它包括電容器的電容和介損(tanδ)測量及中間變壓器各繞組的絕緣電阻測量。必要時也可進行準確度的比對(同型號、規(guī)格產品相互比較)測試。
對單柱式結構CVT的下節(jié)電容器測試時，只需測試整臺電容器的C和tanδ，而無必要分別測C1和C2。因為C1和C2由同樣的電容器元件串聯(lián)而成，裝在同一瓷套內，內部絕緣油也是連通的，在整體測試時得到的是C1和C2串聯(lián)數(shù)據，可以與出廠數(shù)據或上次試驗數(shù)據相比較，來判斷電容器是否良好，完全能反映C1和C2的元件擊穿或受潮情況。過去曾有用所謂“自激法”從二次加壓來分別測C1和C2的，大量的實踐表明“自激法”問題較多。一方面試前、試中和試后恢復有很多注意事項，容易出現(xiàn)差錯造成設備儀器的損傷；第二是測試電壓很低，回路本身又有較大誤差，致使測量結果誤差很大，難以判斷產品是否正常。只測電容器整體C(即C1和C2串聯(lián))和tanδ是既簡單又可靠的方法，這是很多地區(qū)運行監(jiān)測人員實踐經驗的總結。
③運行監(jiān)視。CVT本身是計量器具，二次電壓的幅值、相位和波形能反映出設備本身的運行狀況，可以說是自具在線檢測功能的。應當利用這一有利條件，在運行中注意監(jiān)視和比較同組或同一次電壓產品的二次電壓的幅值、相位和波形，某相電壓有突變可能是內部故障的信號。另外，開口三角電壓的突然升高或產品在運行中發(fā)出異常響聲時也應引起高度重視，及早對產品作進一步檢查。
④現(xiàn)場誤差調整和電容器調配。通常結構的CVT在現(xiàn)場是不能進行誤差調整的；帶有電壓、相位調節(jié)端子引出結構的CVT有可能在現(xiàn)場根據二次負荷的變化來調節(jié)輸出電壓以保證產品的準確度，或者實現(xiàn)單元電容器的重新調配，這些工作應在確有必要時，并且要有工廠專業(yè)人員參加的情況下才能進行。
電容式介紹
科技名詞定義中文名稱：電容式電壓互感器英文名稱：capacitive 電壓 變壓器定義：一種由電容分壓器和電磁單元組成的電壓互感器。其設計和內部接線使電磁單元的二次電壓實質上與施加到電容分壓器上的一次電壓成正比，且在連接方法正確時其相位差接近于零。應用學科：電力（一級學科）；變電（二級學科）以上內容由全國科學技術名詞審定委員會審定公布簡介電容式電壓互感器是由串聯(lián)電容器抽取電壓，再經變壓器變壓作為表計、繼電保護等的電壓源的電壓互感器，電容式電壓互感器還可以將載波頻率耦合到輸電線用于長途通信、遠方測量、選擇性的線路高頻保護、遙控、電傳打字等。因此和常規(guī)的電磁式電壓互感器相比，電容式電壓互感器器除可防止因電壓互感器鐵芯飽和引起鐵磁諧振外，在經濟和安全上還有很多優(yōu)越之處。
組成
電容式電壓互感器主要由電容分壓器和中壓變壓器組成。電容分壓器由瓷套和裝在其中的若干串聯(lián)電容器組成，瓷套內充滿保持0.1MPa正壓的絕緣油，并用鋼制波紋管平衡不同環(huán)境以保持油壓，電容分壓可用作耦合電容器連接載波裝置。中壓變壓器由裝在密封油箱內的變壓器、補償電抗器、避雷器和阻尼裝置組成，油箱頂部的空間充氮。一次繞組分為主繞組和微調繞組，一次側和一次繞組間串聯(lián)一個低損耗電抗器。由于電容式電壓互感器的非線性阻抗和固有的電容有時會在電容式電壓互感器內引起鐵磁諧振，因而用阻尼裝置抑制諧振，阻尼裝置由電阻和電抗器組成，搭電啟動在二次繞組上，正常情況下阻尼裝置有很高的阻抗，當鐵磁諧振引起過電壓，在中壓變壓器受到影響前，電抗器已經飽和了只剩電阻負載，使振蕩能量很快被降低。
異常判斷
（1）二次電壓波動。二次連接松動，分壓器低壓端子未接地或未接載波線圈；如果阻尼器是速飽和電抗器，則有可能是參數(shù)配合不當。（2）二次電壓低。二次連接不良，電磁單元故障或電容單元C2損壞。（3）二次電壓高。電容單元C1損壞，分壓電容接地端未接地。（4）電磁單元油位過高。下節(jié)電容單元漏油或電磁單元進水。（5）投運時有異音。電磁單元中電抗器或中壓變阻器螺栓松動。
等效電路模型
在穩(wěn)態(tài)條件下，整個CVT等效電路可看成線性系統(tǒng)，補償電抗器寄生電容C。和中間變壓器一次側雜散電容C:在高頻下的影響不可忽視。
CVT中間變壓器鐵芯可視為工作在磁化曲線的線性段，忽略鐵芯的激磁感抗，中間變壓器的一二次側漏抗歸算至補償電抗器。
諧波測量方法論
通過CVT進行諧波測量，測量結果的幅值和相位均存在很大的誤差，在某些頻率下，幅值最大可能達到實際值的2倍以上，最小可能僅為實際值的10%左右;相位也存在將近1200突變的問題。
各廠家CVT實測頻率特性曲線均在一定的頻率范圍內出現(xiàn)峰谷現(xiàn)象，且相位在其峰值和谷值頻率處出現(xiàn)突變。不同廠家之問CVT諧波測量出現(xiàn)峰值和谷值的頻率有所差別，在峰值和谷值處對真實幅值和相位的測量誤差大小也不相同。而相同廠家同一型號的CVT諧波測量誤差結果基本一致。
因此電力系統(tǒng)中通過CVT測量得到的諧波數(shù)據已經是如上述頻率特性曲線畸變后的結果，不能真實地反映一次側系統(tǒng)諧波情況。在110kV及以上電網現(xiàn)場大量使用CVT的情況下，諧波電壓的測量準確性問題函待解決，針對此問題以下兒點改進方法建議以供參考。
1)現(xiàn)場條件允許時，應采用電容式分壓器測量諧波電壓。對已裝設電容分壓器的現(xiàn)場應使用電容分壓器測量，如沒有裝設且需對諧波電壓情況詳細了解的測試點應臨時裝設電容分壓器再進行測量。
2)在CVT的高低壓電容接地回路接入兩個電流傳感器，可測得CVT高低壓側電容回路的電流，分別計算兩個電容器的壓降，向量迭加后可得CVT對應頻率下一次側電壓值?，F(xiàn)有基于該原理的裝置有ABB公司的PQ Sensor等，使用該裝置在150kV某CVT上模擬試驗，與并聯(lián)的電磁式電壓互感器比較，結果具有較好的一致性，此設備可安裝在已投運的CVT上，不影響CVT原有性能。
3)新建或改造變電站，如對諧波測量功能更為重視，可使用具有諧波測量功能的特種CVT。帶諧波測量功能的特種CVT具有常規(guī)CVT的電壓計量、繼電保護等功能，也可應用于中高壓電網諧波的測量。但由于110kV及以上電壓等級現(xiàn)場對諧波測量的需求仍處于較低階段，且部分學者認為該類型CVT可能存在一定的安全隱患，因此該類型CVT在現(xiàn)場兒乎沒有應用。
4)針對已建設電能質量監(jiān)測網的地區(qū)，大量的電能質量在線監(jiān)測裝置源源不斷地傳回現(xiàn)場電能質量數(shù)據，其中諧波數(shù)據為CVT測量畸變后的結果，采用以上方法均不易實現(xiàn)。但如果廠家在CVT出廠時提供CVT頻率特性曲線，則可以根據曲線進行諧波測量結果的修正，修正后的結果將具有更大的實際參考價值。
總結
1）論證了諧波條件下CVT可等效為一線性電路，并級聯(lián)分級分析方法用以分析CVT各組成部分及整體的諧波傳變特性，得到了CVT電路參數(shù)變化對其諧波傳變特性的定量影響規(guī)律，明確了利用CVT測量諧波電壓的影響因素。
2)幅頻特性在50-1000Hz的頻段內呈“帶通”特性，符合對CVT諧波傳變特性的傳統(tǒng)認識，阻尼器參數(shù)將影響此“帶通”特性的變化率并起到“平抑”幅頻峰值的作用，因此在CVT產品設計中，需要考慮等效雜散電容與阻尼器參數(shù)的配合問題。
3)由于各電壓等級CVT參數(shù)的不同，不影響CVT諧波傳變特性的中間變壓器勵磁參數(shù)變化范圍等參量可能會有所不同，因此有必要掌握各電壓等級CVT的典型參數(shù)以明確上述參量的具體范圍，用以指導CVT產品設計以及通過CVT實現(xiàn)電網諧波電壓的測量。
參考資料 >