现场CVT介损值和电容量测试需注意的一些问题——葛占雨

摘要：CVT电容量和介损值测试结果会受到测试方法、环境条件、测试接线、试品本身等因素的影响而出现偏差，使得所测数据不能正确反映CVT各元件绝缘状况，本文通过具体案例并结合理论分析，说明只要在CVT介损值和电容量测试过程中选择正确的试验方法（如自激法）并注意某些问题，就能取得较准确的试验数据，并能通过对试验数据的比较分析正确判断CVT各元件的绝缘状况。 关键词：CVT；自激法；分压电容器；中间变压器；电容量；介损值

1 引言

CVT是电容式电压互感器的简称，由电容分压器和中间变压器两部分组成。中间变压器将分压电容器上的电压降低到所需的二次电压，供继电保护、计量和测量等回路使用。因CVT具有绝缘强度高、能够降低雷电冲击波头陡度、避免与系统发生铁磁谐振、造价低且能兼作耦合电容器用于载波通信等优点，而广泛应用于我国110kV及以上电力系统。

做为电力系统重要的一次设备，CVT绝缘性能稳定与否直接关系到电力系统的安全运行，而分压电容器电容和介损值的变化量是衡量CVT绝缘性能的重要指标，CVT分压电容量发生变化或介损值异常升高有可能引发继电保护动作甚至CVT爆炸事故，国标《电气装置安装工程 电气设备交接试验标准》GB 50150及《电力设备预防性试验规程》DL/T 596对其电容量的变化及介质值均作了严格的规定。因此，在现场交接试验和预防性试验中准确测量CVT电容量及介损值是非常重要的。 2 CVT结构及原理接线图 2.1 CVT结构

CVT结构有分装式和叠装式两种。分装式由电容分压器构成一个单元，电抗器和中间变压器构成另一个单元，分开安装；叠装式将电容分压器单元叠置在电抗器单元上，联成一体。叠装式CVT又有两种情况：一种是下节电容器瓷套有中间电压引出端子，该端子专供试验使用，一种是无引出端子。目前国内普遍使用的是叠装式CVT。 2.2 CVT原理接线图

CVT原理接线，以某500kV CVT为例，如图1所示。 3 自激法测试CVT介损和电容量

3.1 常规方法测试CVT介损及电容量的弊端

叠装式CVT有中间电压引出端子的试验方法比较方便，无引出端子的（中间变压器高压绕组端与C2的上端连接点在油箱内，无法解开）现场无法用常规试验方法分别测量主电容C1及分压电容C2的电容量和介损值。以往现场采用整体反接线测试方法，但该测试方法有很多弊端。反接线的缺点是被试设备高压电极及引线对地杂散电容与被试设备电容并联，将产生测量误差，尤其是被试设备容量较小时，误差会更大，更主要的是反接线测得的数据为主电容C1及分压电容C2的串联值，包括中间变压器电容量及介损值，一旦某个元件出现问题，很难做出准确判断。因此所得数据不能正确反映各元件绝缘状况。 3.2 测试CVT介损值及电容量的自激法简介

基于常规方法现场测试CVT介损及电容量的弊端，《电力设备预防性试验规程》DL/T 596 修订说明中推荐使用电磁单元本身作为试验电源的自激法对C1和C2进行分别测量，这就是自激法测试CVT介损及电容量的由来。

所谓自激法是针对下节电容器瓷套无中间电压引出端子的叠装式CVT测试介损和电容量的一种方法。利用中间变压器替代常规试验方法用的电压互感器进行升压，即从CVT中间变压器二次绕组加压，通过CVT自身中间变压器获得所需试验电压，以满足利用介损测试仪对分压电容器介损值和电容量的测量。目前国内多采用AI-6000型介损测试仪对CVT的C1和C2做自激法测量，先测量C1，然后自动倒线测量C2，并自动校准分压影响。 3.3 自激法原理接线

自激法测量C1、C2 接线图如图2、图3所示。

4 现场CVT自激法测试需注意的一些问题 4.1 自激法试验方法本身需注意的几个问题

① 试验时应在接有阻尼电阻的辅助绕组afxf加压，因阻尼器的额定功率一般为400W，二次

电流不能超过4A。

② 分压电容器C2的下端点(图1中δ位置)的绝缘水平较低，出厂时工频试验电压为4kV, 同

时中间变压器的一、二次绕组的最大热容量仅为2kVA，即允许通过的最大热稳定电流不能超过150mA，否则会烧损绕组。

③ 试验电压不能加得太高，要严格控制在3000V以下，通常取2.5kV。

④ 由于存在谐振和容升效应，不能简单地用变比衡量中间变压器一次侧电压。CVT分压电

容的容量很大(＞40000pF)，几伏电压加在二次侧，一次侧电压就能达上千伏。

⑤ 因δ位置的保护球隙放电电压只有1kV，试验时应将其间隙距离调大，试验后再将间隙

距离恢复。

⑥ 测C1时高压线芯和屏蔽带高电压，CX线芯和屏蔽是电低压。测C2时高压线芯和屏蔽、CX

线芯和屏蔽都是低电压。

⑦ 高压线应悬空不能接触地面，否则其对地附加介损会引起误差，可用细电缆连接高压插

座与CVT试品并悬挂起来。

⑧ 在测量C2介损值时，分压电容C2与中间变压器的一、二次绕组电感及补偿电抗器L电感形

成谐振回路，可能会出现危险的过电压，AI-6000型介损测试仪具有高压电压、高压电流、低压电压和低压电流四个保护限制功能，可准确调制电压，确保试验仪器和被试设备的安全。

4.2 环境条件对测试结果的影响

多数试验人员在进行CVT介损和电容量测试时，只关注环境温度和湿度的影响，而对其它环境条件关注较少，下面的例子即可说明其它环境条件对CVT介损和电容量测试也很重要。 案例1：2010年3月对某220kV变电站型号为WVB220-10H的CVT进行介损值和电容量测试。使用AI-6000型介损测试仪，用自激法在辅助绕组afxf加压，使CVT分压电容器C2的下端点δ处产生2.5～3kV电压，试验过程中CVT中间变压器内部有轻微的“啪啪”放电声，但能正常测出

电容量和介损值，重复试验现象一致。后经解体发现电容分压器中分压电容C2末端N与中间变压器尾端N连线间距离过近，且有放电痕迹，据此判断试验时该处产生放电声响。

该故障属于产品质量问题，厂内装配时没有满足相关工艺要求。出厂试验和现场交接试验应能发现此问题却未能发现，了解到的原因如下：按出厂试验程序，本应在CVT误差试验之后进行的介损值和电容量测试，安排在误差试验之前进行，此时的CVT中与N点邻近的调节绕组尚未接入，故自激法试验时不会产生放电现象，因而未能发现此缺陷；在投运前的交接试验期间，现场附近有施工作业，背景噪音较大，在测试介损值和电容量均无异常的情况下，背景噪音很大的环境，试验试验人员难以听到如此轻微的放电声，也未能发现此问题。

所以在安排现场CVT测试时应尽可能避开较大的噪声环境；在保证安全的情况下,试验过程中安排专人靠近被试品下方, 仔细聆听试品内部是否有异常声音，以便及时发现此类设备缺陷问题。

另外，现场进行CVT测试时，常常需要在被试品周围搭设脚手架，以便测试接线。而脚手架与被试品间距离太近时（尤其是脚手架靠近各节电容连接法兰部位时），往往造成试验数据偏差过大。 案例2：2013年6月份进行委内瑞拉比西亚电站项目230kV升压站24只CVT测试时，因脚手架搭设原因，造成8只CVT测试数据偏差过大，通过调整脚手架搭设位置重新进行测试。测试数据见下表1：

表1 委内瑞拉比西亚电站230kV站CVT测试数据

脚手架与电容器间距较近时数据 CVT电容器编号 出厂值（pF） 脚手架与法兰间距（mm） 220 237 230 239 255 234 228 235 调整脚手架与电容器间距后数据 C（pF） 10410 10260 10450 10320 10180 10210 10290 10280 与出厂值差别（%） 1.20 1.03 1.29 0.97 0.89 1.04 0.79 1.13 调整后脚手架与出厂值C（pF） 与法兰间距差别（%） （mm） 12930 12380 12740 12460 11980 12560 12740 12520 25.69 21.91 23.49 21.91 18.73 24.30 24.79 23.17 510 500 498 513 515 520 512 506 03T5592U 10287 03T5596U 10155 03T5590U 10317 03T5594U 10221 03T5612U 10090 03T5608U 10105 03T5610U 10209 03T5606U 10165 由表1可见，脚手架与电容器间距小于250mm时，测试试品电容量与出厂值偏差均在20%以上，而当脚手架与电容器间距大于500mm时，测试试品电容量与出厂值偏差只有1%左右，所以进行CVT测试时，周围物体对其电容量的影响还是比较大的，在试验准备阶段应考虑这些影响因素，并采取相应措施，以取得较准确的测试数据。 4.3 测试线接触不良对介损试验结果的影响

正常情况下,CVT的分压电容器C2可以等效为一个电阻Rx和电容Cx的串联电路,如图4所示。此时C2的tgδ2=ωCxRx，而电桥的测量线“Cx”与接线端子接触不良就相当于在这个回路中又串联了一个附加电阻Rf,其等值电路图如图5。

图4 C2的等值电路图 图5 与C2接触不良的等值电路图

这时所测量的C2中: tgδ2=ωCxRx+ωCxRf，正是因为Rf的影响,使测量结果增加了ωCxRf

的测量误差。通常220kV CVT分压电容C2的数值是55000pF～65000pF,当Rf=50Ω时，测量误差ωCxRf≈0.1%，即当接触电阻达到50Ω时就可以使C2的tgδ2增加0.1%，当Rf=100Ω时，测量误差ωCxRf≈0.2%，而对于膜纸复合绝缘的电容器，其介损的标准值为不大于0.2%，此时的误差就已经达到了0.2%，已经严重影响了测试结果的正确性。

因此在测量CVT分压电容器的介损时，一定要认真检查测量线是否接触良好，否则可能会得到与实际值相差很大的数据，甚至得到错误的结论。 案例3：对某110kV CVT进行预防性试验时，用介损电桥正接法测量分压电容C2的电容量和介损值，发现其介损值超过电力部DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》的规定值tgδ≤0.2%(膜纸绝缘耦合电容器的介质损耗应不大于0.2%)。该CVT的试验结果如表2所示。

表2 某110kV CVT电容量和介损值试验结果

试验电压（kV） tgδ（%） Cx（pF） C1 10 0.085 8706 C2 10 0.8583 32936

试验人员查找介损超标的具体原因，对试品检查时发现，该CVT的δ接线端螺栓锈蚀严重，随后进行了螺栓锈迹的清除，并确保测量引线接触良好。再次试验，测试结果为: tgδ=0.082%，C2=32940pF。可见经过处理后，测得的CVT的试验数据符合规程要求。

因此在测量大电容小介损试品时，必须注意因测量引线接触不良造成的偏大误差，尤其当实测介损值不合格时必须排除引线接触电阻的影响。 4.4 中间变压器对介损测量的影响

在对CVT测试中，中间变压器会对分压电容器的电容量及介损值测试结果产生影响，且在不同测量接线时其影响也不同。

以图1为例，叠装式CVT电容C13和C2装在一个瓷套里并与中间变压器相连, A点一般没有引出点，这就给测试分压电容带来了困难。由于A点无法作为屏蔽点引出，只能用δ端或XL端作为屏蔽点，但由于中间变压器的存在，将有电流通过中间变压器一次绕组、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XL点悬空以δ点为屏蔽点，测量结果会使电容量减小，介损值偏大较多；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C13串C2时，中间变压器状态也严重影响测量结果，例如XL点悬空，一次绕组、二次绕组不短接时将得到负的介损值。

在测量CVT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。为减小中间变压器对CVT分压电容介损测量的影响，对于C11、C12的测量，可采用XL端屏蔽法；对于C13与C2串联的测量，可采用XL端悬空并短接中间变压器的一次或二次绕组的方法。 4.5 中间变压器的测试和叠装部分整体测试需注意的问题

中间变压器的介损测试可采用图6的接线。试验时X点必须与地断开(油箱应接地), 所有低压绕组首尾短接并接地，球隙S的放电电压调至3～4kV,试验电压保持在2.5 kV。这种接线高压回路仍是谐振回路,试验时必须小心避免谐振发生。被试回路C13和C2并联后与中间变压

器高压绕组对铁心、外壳和二次绕组的电容CB串联，因C13+ C2CB，因此测得的tgδ近似为中间变压器高压绕组对铁心、外壳和二次绕组的介损，由于中间变压器的高压绕组无法首尾短接，tgδ中含有铁心损耗，故误差较大。

图6 测量中间变压器介损的接线图 图7 测量叠装部分电容和介损的接线图

为避免发生谐振, 有些厂家建议整体测量下节分压电容器连同中间变压器的电容和介损，测量接线如图7所示。由于中间变压器高压绕组对铁心、外壳和二次绕组的电容的分流，使得流过C13的电流与流过C2的不同，故测出的整体电容值并不等于C13与C2的并联值，tgδ也不是C13和C2相串联的介损，而是在特定试验接线下的整体的介损。测试结果只能用于不同时间同样试验接线下相互比较，而与解体试验结果比较一般相差较大。又因C2比C13大得多，这种接线很难发现电容器C2及电磁单元的缺陷，如某文献介绍在测得整体介损合格的情况下电容器C2的介损却严重超标。

测试CVT电容分压器各部分的电容及介损值是检查其绝缘状况的有效方法, 当电容器串联或并联时, 往往因电容量的差异使某部分存在的缺陷难以检出, 故必须对每部分进行测量。无中压引出端子的CVT, 其下节分压电容的测量只能采用自激法, 试验时必须避免危险的谐振过电压。电磁单元的绝缘缺陷只能带分压电容进行测量，测量误差较大。

4.6 必须重视CVT电容量的变化

案例4：2000年8月至9月期间，华北某变电站220kV CVT运行中，保护发信号显示二次开口三角电压异常升高，现场测量三相CVT二次电压C相电压偏低，时隔不久B相也发生类似现象，为了分析原因，对3相CVT进行了介损和电容量测试。介损值均正常，两相电容值偏大。电容量测试结果如下表3：

表3 某220kV CVT电容量测试结果（单位：pF） 相别 A B C C1 8099 8256 8384 C12 20880 21752 21969 C2 76244 82507 82066 C总（计算值） 7322 7505 7607 C2/C总 10.41 10.99 10.79 C2变化量（%） 0.43 8.68 8.10 注：名牌电容量参数 C总=7300pF、C1=8077pF、C2=75920pF 由表3数据可看出，A相电容值与名牌电容值相吻合,而B、C相电容值比额定值均偏大，

其中B相CVT的C2的电容变化量达到了8.68%。分析认为B、C相CVT电容器内部元件可能击穿，C2/C总为电容分压器的分压比，电容器分压和电容量成反比，C2增加较多，分压比越大导致中

间变压器一次侧电压降低，输出电压也随之降低，B、C相分压比均大于A相，因此运行中其二次电压也低于A相，符合CVT运行中的故障现象。

在随后对B相CVT的下节电容器进行解体时，发现下节电容器共由72个电容器元件串联组成（其中包括C2的16个电容器元件和C12的56个电容器元件）。分别测量各单个元件的电容量，确认共有4个元件击穿，一个元件放电痕迹轻微，其它3个元件放电损坏严重，其中C2部分有2个元件击穿。通常CVT每节电容器由70～90个电容器元件串联组成，每击穿一个元件，造成总容量变化(1.1～1.4)%，串联元件越多，击穿一个元件造成总电容量变化越小。

C12和上节电容器串联组成C1，根据单个元件电容量为1.17μF，C1的额定电容量为8077pF，可计算出C1大约由145个元件组成。C1部分每击穿一个元件, C1电容量变化只有1/145=0.7%，对二次电压的影响较小，而C2部分每击穿一个元件，C2电容量变化为1/16=6.25%，对二次电压的影响很大，足以使运行中电压互感器三相开口三角电压超过定值，引起继电保护动作。

本案例说明，如果能事先了解被试CVT运行情况（三相开口三角电压是否出现过异常升高、CVT二次电压是否有降低、三相电压是否出现严重不平衡的现象等），结合对CVT电容量的测量和历史比较，能够有效发现电容器内部元件故障。如发现电容量变化较大，在排除了测试原因造成的误差后，也不能机械地执行《规程》中电容值变化量不超过5%的规定，应对电容器各部分分别进行试验（分别测量C1和C2的电容量），并对测量结果进行认真分析。历史比较电容量变化率大于2%时，应引起注意并在试验报告中注明。

5 结论

5.1 采用自激法测试CVT介损和电容量时，必须注意本文4.1所列自激法试验方法本身需注意的几个问题。

5.2 在安排现场CVT测试时应尽可能避开较大的噪声环境，在保证安全的情况下,试验过程中安排专人靠近被试品下方,仔细聆听试品内部是否有异常声音，以便及时发现此类设备缺陷问题；周围物体对CVT电容量的影响还是比较大的，在试验准备阶段应考虑这些影响因素，并采取相应措施，以取得较准确的测试数据。

5.3 在测量CVT分压电容器的介损时，一定要认真检查测量线是否接触良好，否则可能会得到与实际值相差很大的数据，甚至得到错误的结论。尤其在测量大电容小介损试品时，必须注意因测量引线接触不良造成的偏大误差，实测介损值不合格时必须排除引线接触电阻的影响。

5.4 在测量CVT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。为减小中间变压器对CVT分压电容介损测量的影响，对于C11、C12的测量，可采用XL端屏蔽法，对于C13与C2串联的测量，可采用XL端悬空并短接中间变压器的一次或二次绕组的方法（使中间变压器的一次绕组两端的电压为零或很低）；测试CVT电容分压器各部分的电容及介损值是检查其绝缘状况的有效方法, CVT的电容分压器是由几十个元件串联组合而成，总体介损值小于单只电容器的介损值，这样会出现单只介损超标但总体介损合格的情况。因此，CVT在作介损试验时，各电容器应尽可能分别试验。

5.5 了解被试CVT运行情况并结合对CVT电容量的测量和历史比较，有助于发现电容器内部元件故障。当发现电容量变化较大，在排除了测试原因造成的误差后，应对电容器各部分分别进行试验，并对测试结果进行认真分析，以便正确判断设备绝缘状况。

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