电磁式电压互感器空载励磁电流异常的原因分析

2010-11-15吴尊东王晓明

浙江电力 2010年1期

吴尊东，朱旭，王晓明

（金华电业局，浙江金华 321000）

为了提高电磁式电压互感器(以下简称TV)测量的准确度和抗铁磁谐振性能，TV在工作电压范围内的励磁曲线需保持良好的线性[1-3]。在现场交接试验时需对TV的空载励磁电流进行测量，测量点至少包括额定电压的0.2，0.5，0.8，1.0，1.2倍及相应于额定电压因数下的电压值，测出各测量点对应的励磁电流，并提供励磁特性曲线，为继电保护提供数据。励磁电流的测量结果与型式试验对应的结果差异不应大于30%，同一批生产的同型电压互感器，其励磁特性的差异不应大于30%。

1 TV励磁特性的测量

图1为TV励磁特性测量接线图。试验时应将TV一次绕组的末端出线端子可靠接地，其它绕组开路，在TV二次绕组上测量损耗值和励磁电流值，试验电源的频率应为50 Hz，电源波形应为正弦波。

图1 TV励磁特性测量接线图

当用平均值电压表和方均根值电压表同时测量时，如果测取的电压值相同或差异不大于2%，则测量的损耗值不需校正，应以平均值电压表读数为准。当平均值电压表读数显示为规定的试验电压时，分别从电流表和功率表上读取励磁电流值和损耗值。如果从平均值电压表和方均根值电压表同时读取的电压数值差异超过2%时，则必须校正。校正电压波形的方法有两种：

一种是以平均值电压表为准，施加电压到规定值，读取电流值和损耗值。然后以方均根值电压表为准，施加电压到规定值，读取电流值。最后取两次实测电流值的平均值作为校正后的电流值，以平均值电压表为准，读取的损耗值就是校正后的损耗值。

另一种校正方法是读取平均值电压表及方均根值电压表上数值，通过计算来取校准后的损耗值。计算公式如下（对于使用冷轧硅钢片的铁芯）：

式中：Pm为平均值电压表读取的损耗值；U′为以平均值电压表读数为准，从方均根值电压表上读取的电压值；Un为额定电压方均根值。

以上两种校正方法中，第一种校正比较方便，因此比较常用。

测量点一般选取额定电压的0.2，0.5，0.8，1.0，1.2倍，根据各电压下的电流绘制出TV的励磁曲线，TV在各电压下均应保持着良好的线性。

2 110 kV线路TV空载励磁曲线的测量

110 kV国贸变大国1505线路A相TV是GIS中的一个元件，型号JSQX1-110，由苏州东光技优电气有限公司生产。测量点选取了额定电压的 0.2，0.5，0.8，1.0，1.2，1.5倍，测试数据见表1。图2是TV空载励磁特性曲线。

从现场测试的空载励磁特性曲线可以看出，在一次电压低于额定电压时，励磁电流随施加电压的升高而增大，属正常现象；但当一次电压高于额定电压时，励磁电流随电压的升高反而减小，与通常的测试结果不相符，TV的空载励磁电流出现了异常。

表1 TV励磁特性测试数据

图2 大国1505线路A相TV励磁特性曲线

3 TV空载励磁电流异常的原因分析

线路TV空载励磁电流发现异常后，即与出厂试验数据进行了比较，且对影响线路TV空载励磁电流的各个因素进行了认真的排查和分析。发现现场测试与出厂测试时TV的连接状态不一样，即出厂测试时是单个进行，而现场测试时，TV已经安装在GIS中，且已与隔离开关连接。虽然试验时隔离开关已经拉开，但在一次试验电压达到一定值后，不能忽视高压端与GIS外壳及隔离开关断口间的电容影响。结合TV的出厂数据对现场测量的空载励磁电流数据进行计算分析如下。

TV在空载的情况下，励磁电流主要包括阻性电流和激磁电流两部分[4-5]。TV空载时，铁芯存在涡流损耗和磁滞损耗，因而存在阻性电流Ir。激磁电流Im在铁芯中产生磁通，因TV高压端存在对地电容C0，因此励磁电流中还将包含一个电容电流Ic[6]。现场测试时的等值线路如图3所示。

图3 TV励磁特性测量等值线路

大国1505线路A相TV空载励磁电流的出厂数据见表2，以额定电压测量点为例进行分析计算：

当TV一次电压达到额定值时，二次电压U=57.7 V，功率损耗P=28 W，励磁电流I0=2.3 A，对地电容C0=125 pF。

因出厂时高压侧的对地电容为125 pF，因此可得：

同理可以算出0.2，0.5，0.8，1.2，1.5倍额定电压下的阻性电流Ir，激磁电流Im和电容电流Ic，计算结果见表2，三者的励磁曲线如图4所示。

图4 不同试验电压下的励磁电流

从出厂的励磁特性曲线可以看出，阻性电流Ir，激磁电流Im和电容电流Ic均随着施加电压的升高而增大，三者合成的励磁电流I0在施加电压低于额定电压时，随电压的升高而增大。但施加电压在Un～1.2Un范围内时，激磁电流Im增长较快，与电容电流Ic增长值基本相等，使励磁电流I0保持基本不变。当电压高于1.2Un后，激磁电流Im增长变缓，小于电容电流Ic增长值，结果励磁电流又随着电压的升高而增大，整个过程中没有出现随施加电压的增大，励磁电流反而减小的情况。

大国1505线路A相TV空载励磁电流现场测试数据见表3，同样以额定电压测量点为例进行分析计算：

当TV一次电压达到额定值时，二次电压U=57.7 V，因为对地电容的增大主要影响的是无功功率，有功功率不变P=28 W，励磁电流I0=2.7 A，对地电容C0发生了变化。

根据出厂数据，此时激磁电流Im=0.50 A，因此可得：

同理可以算出0.2，0.5，0.8，1.2，1.5倍额定电压下的阻性电流Ir，激磁电流Im和电容电流Ic，计算结果见表3，三者的励磁曲线如图5所示。

图5 线路TV现场测试的励磁特性曲线

表2 出厂TV空载励磁电流出厂测试数据

表3 线路TV现场空载励磁电流测试数据

从上面的计算分析可以看出，现场测试时，阻性电流Ir，激磁电流Im和电容电流Ic也均随着施加电压的升高而增大，三者合成的励磁电流I0在施加电压低于额定电压时，随电压的升高而增大，与出厂时相一致。但当施加电压高于Un时，激磁电流Im急剧增大，超过了电容电流Ic的增长值，抵消了容性电流Ic，造成励磁电流I0随电压的升高反而减小。出现这一情况的主要原因是由于线路TV已安装到GIS中，且在TV的高压侧安装有隔离开关，使高压端的对地电容比出厂时大了19 pF造成的。