（内蒙古电力集团（公司）呼和浩特供电局 内蒙古呼和浩特市 010000）
摘要：随着电力系统的迅速发展和各种非线性电气设备的大量接入，电力系统的谐波问题日趋严重。目前，电压等级的变电站已普遍采用电容式电压互感器（CVT），但国家标准明确规定，电容式电压互感器不能用于谐波测量。深入研究CVT 的谐波传递特性和测量误差，对于全面掌握CVT 的谐波特性，并在此基础上寻求合适的测量误差减小方法等都具有重要意义。
关键词：电容式电压互感器电路参数；电网谐波电压测量；影响；
在当代，随着电网中非线性负荷的不断增多，谐波已成为一个日益严重、亟需解决的电能质量问题。谐波的监测与治理，是目前电网应对谐波危害的主要技术手段，两者均需以获得准确的谐波测量信息为首要前提和基础。这就要求电力互感器具有良好的谐波传变特性（谐波频段内的频率响应特性），或其谐波传变特性有规律可循，以实现对谐波的准确测量。
一、CVT 基本结构介绍
CVT 主要是由电容分压器、中压变压器、补偿电抗器、阻尼器等部分组成，后3 部分总称为电磁单元。当施加电压于C1、C2组成的电容分压器时，如不考虑电磁单元，从U1向系统侧看，可用戴维南定理等效，电容器分压比为C1 /（C1 C2）。为保证CVT一次侧电压与二次侧电压之间获得正确基波相位关系需加补偿电抗。一般使补偿电抗的电抗值加上中间变压器漏抗值与分压电容容抗值相等。由于CVT电路中含有电容和非线性电感会产生铁磁谐振，为抑制铁磁谐振水平，CVT 中均装设阻尼器。阻尼器的型式有固定接入电阻型、电子型、谐振型和速饱和型，目前国内外较为常用的是速饱和型阻尼器。
二、电容式电压互感器电路参数对电网谐波电压测量的影响
1.CVT 线性等值模型。CVT 的基本结构可表现出非线性的元件有限压器、阻尼器和中间变压器。限压器用于限制CVT 二次侧发生短路和开断等暂态过程中补偿电抗器两端的过电压，一般按补偿电抗器额定工况下电压的4 倍考虑。CVT 谐波传变特性研究属稳态分析的范畴，且电网谐波电压不足以造成补偿电抗器两端电压超过其额定工况的4 倍，因此在谐波条件下限压器将不起作用，可以忽略。阻尼器主要有谐振型、速饱和型。前者由线性元件构成，后者由速饱和电抗器串联电阻构成。当CVT 发生二次侧瞬时短路或一次侧突然合闸等电流冲击时，CVT 回路会产生2~3 倍额定电压的谐振过电压。此时速饱和电抗器将深度饱和，电阻起到阻尼铁磁谐振的作用。在正常运行时，电网谐波电压不足以造成CVT 回路出现2~3 倍额定电压的过电压，此时速饱和型阻尼器相当于开路状态，将不起作用，可以忽略。选用谐振型阻尼器，所得结论适用于速饱和型阻尼器。中间变压器的运行特点不同于电力变压器。电网供电电压偏差的标准规定供电电压正、负偏差绝对值之和不超过标称电压的10%，这使得电力变压器的饱和电压与其额定电压之比小于CVT 中间变压器的饱和电压与其额定电压之比。CVT 测量绕组需在120%额定电压下、保护绕组需在1.5 倍额定电压下满足一定准确度要求，因此中间变压器至少在1.5 倍过电压时不会饱和，实际上在CVT 产品设计中还会考虑一定裕度。额定电压时的情况进行分析。由法拉第电磁感应定律可知中间变压器的一次侧电压与其铁心中的主磁通以及一次侧绕因此中间变压器铁心不可能饱和，中间变压器始终工作在线性状态。补偿电抗器等效杂散电容、一次侧绕组对地杂散电容、一次侧与二次侧绕组间耦合电容对CVT 谐波传递特性产生显著的影响，而补偿电抗器等效电阻和负载对CVT 谐波传递特性产生一定的影响，二次侧绕组对地杂散电容对CVT 谐波传递特性基本不产生影响。
2.谐波测量误差。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于频率的变化以及杂散电容等的存在，谐波情况下CVT 存在多种谐振电路，造成二次侧输出无法反映一次侧谐波的真实状况，出现了较大的误差。同时，由于存在串联和并联谐振，使得二次侧输出的幅值和相角较真实值偏大或偏小。对采用2 种阻尼器的CVT，这2 个并联谐振电路由补偿电抗器线圈和铁芯电感与其他杂散电容构成，与阻尼电路无关。由上述分析可知谐振频率约为1 550 Hz。2 种CVT 都存在阻尼器与分压电容器等效电容和补偿电抗器构成的串联谐振电路，由于阻尼器参数的不同，采用速饱和型阻尼器的CVT 的谐振频率为12Hz，而采用谐振型阻尼器的CVT 的谐振频率为23 Hz。由于这2 个谐振频率均低于工频频率，对于谐波测量没有影响。采用速饱和型阻尼器的CVT 存在由分压电容器等效电容、补偿电抗器和中间变压器一次侧对地杂散电容构成的650Hz 串联谐振电路，由于在该频率下中间变压器一次侧对地杂散电容阻抗远小于阻尼器阻抗，可忽略阻尼器的影响。对于采用谐振型阻尼器的CVT 而言，由于阻尼器的存在使中间变压器和阻尼器组成的电路呈电感性，不能忽略阻尼器对该谐振模式的影响。因此，在高频条件下阻尼器和中间变压器一次侧对地杂散电容并联后与分压电容器和补偿电抗器构成3 200 Hz 的串联谐振电路。由采用速饱和型阻尼器的CVT 的3个谐振频率的计算结果可以看出，谐振频率的计算仅需考虑分压电容器等效电容、补偿电抗器和中间变压器一次侧对地杂散电容，无需考虑阻尼器。对采用谐振型阻尼器的CVT 等效电路，存在谐振频率为110 Hz，由阻尼器一次侧与分压电容器等效电容、补偿电抗器构成的串联谐振电路。对于等效电路相对复杂的谐振型阻尼器，CVT内部的并联谐振电路不可能只有一条。同时阻尼器与中间变压器一次侧对地杂散电容构成400 Hz 并联谐振电路。由以上分析可以看出，采用谐振型阻尼器的CVT 的阻尼器对谐振频率的求解影响很大。对比分析采用2 种阻尼器的CVT 的谐振点可明显看出，采用速饱和型阻尼器的CVT 的谐振频率的分析比采用谐振型阻尼器的CVT 的更为简单，同时速饱和型阻尼器对谐振频率的影响远小于谐振型阻尼器。
3.关键参数对CVT 谐波传递特性的影响。利用对CVT 谐波阻抗模型的传递函数进行深入的仿真研究，并提升仿真频率分辨率为5 Hz。确定CVT 的实测参数，基于定量分析法的原理，分别研究补偿电抗器等效杂散电容、补偿电抗器等效电阻、一次侧绕组对地杂散电容二次侧绕组对地杂散电容、一次侧与二次侧绕组间耦合电容和负载对CVT 谐波传递特性的影响。论证了谐波条件下CVT 可等效为一线性电路，并提出级联分级分析方法用以分析CVT 各组成部分及整体的谐波传变特性，得到了CVT 电路参数变化对其谐波传变特性的定量影响规律，明确了利用CVT 测量谐波电压的影响因素。幅频特性频段内呈“带通”特性，符合对CVT 谐波传变特性的传统认识，阻尼器参数将影响此“带通”特性的变化率并起到“平抑”幅频峰值的作用，因此在CVT 产品设计中，需要考虑等效杂散电容与阻尼器参数的配合问题。由于各电压等级CVT 参数的不同，幅频特性峰值的对应频率、不影响CVT 谐波传变特性的中间变压器励磁参数变化范围等参量可能会有所不同，因此有必要掌握各电压等级CVT 的典型参数以明确上述参量的具体范围，用以指导CVT 产品设计以及通过CVT 实现电网谐波电压的测量。
本文介绍CVT 关键参数规律，以此为基础可实现CVT 谐波测量功能和为满足CVT 谐波测量一致性要求的制造参数的设计与优化。对尖峰和低谷的频率分布不产生影响；补偿电抗器等效电阻对相频特性最低点相位值大小产生影响，而负载变化不仅对相频特性最低点相位值大小产生影响，而且对相位最低点之后的曲线也产生一定的影响。
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论文作者:康智慧,白洁
论文发表刊物:《河南电力》2018年17期
论文发表时间:2019/3/4
标签：谐波论文; 谐振论文; 电压论文; 电容论文; 阻尼器论文; 特性论文; 变压器论文; 《河南电力》2018年17期论文;