摘要：电力系统中除电弧炉、电焊机、变频器这些非线性阻抗设备外，新能源接入、充电站等都会产生谐波的可能性，严重污染到电网。为防止谐波的影响，必须正确测量电网中的谐波，把握好治理的环节。但多数现场不具备测量谐波电压的电容式分压器等设备，而80%采用绝缘性能好、价格较低的电容式电压互感器（CVT）进行电压测量，获取谐波水平的含量，实现对谐波的监测。因此，有必要对电容式电压互感器的频率特性进行研究，以免增加谐波测量的误差。
关键词：电容式电压互感器；谐波；电压测量
前言
随着能源产业的快速发展，各种非线性电器的使用量大大受到电力系统谐波的严重影响，轻则干扰正常运行的设备，对人们的生活造成影响，重则致使工业上的大型生产线、飞机场、大型医院、金融大厦等重要场合的计算机系统运行瘫痪，使经济损失严重。此外，还有35kV以上电网当中所应用的电容式电压互感器的工作特性影响也较大，应予以重视。
一、谐波对电容式电压互感器测量的影响
对于供电网络，谐波产生的主要来源可以分为两类：第一类是非线性元件的电子元件，第二类是电弧具有磁铁和非线性的器件。目前对于电力能耗的测量已按照50Hz的标称频率计量，高于二次谐波后其特征逐渐衰减，谐波衰减的频率和幅度成正比。由于感应计数器引起的磁通量频率的变化，导致电压和电流出现一定的振幅并改变它们之间的相位角，使得电容式电压互感器出现一定的驱动力矩，转矩抑制，补偿力矩以及内核损耗发生相对变化，导致测量负偏向的误差变化[1]。
二、谐波电压测量方法
1、利用高压分压器精确测量谐波，通过分压电阻，电容分压器，并联串联分压器RC分压器，如果现场未准备安装系统的分压，则需要特殊分压器。当使用电容分压器时，其低压接触臂的电容输入阻抗是测量仪器纯电阻，如果能引起误差，如小电磁测量仪PT输入使用的电容分压器是电容式电压互感器，引入了一个很大的错误。电阻式或电容式分压器的共同缺点是高压系统和测量仪器系统未绝缘（恒定），瞬态过程（例如开关操作或故障）可以使共模测量系统产生非常高的电压，从而危及设备的安全性以及测量系统的输入必须安装或保护变阻器抑制瞬态电压。更合适的做法是采取手臂和分压器低增益光分离器的测量系统或安装绝缘，高压系统和测量系统无法共同作用。
2、使用高压电流互感器构成电容式分压板的一端，这将是屏幕的末端解锁接地端子电流互感器的壳体，串联连接的低压电容器和初始套管电容CT形成分压器。电压信号采用双频单屏蔽射频测量装置引脚进行，该方法简单准确，但操作前要注意事项的过程应严格制定综合操作，安全程序。
3、单独变压器电容式电压互感器电磁电压和电容分压器，谐波测试仪直接从电容式分压器的低压电容器采样，尽管这样做可以克服电磁变压器与分频器之间的电容效应的共振，但如电压互感器或电磁继电器触点指示器将失去电压信号。
4、不是为了确定出厂测试频率特性所需的电容式电压互感器而制造的，需要测量在电容式电压互感器监测中要求的生产故障和维护时的频率特性。然后，在系统分析软件包中加入高级数学分析（如小波型变换，数学形态学等）时，可以使用有效补偿过程的频率特性曲线。
三、电容式电压互感器谐波传递特性分析
现在以某个型号35kV的CVT参数为例（见表1），阻尼的装置由一个速饱和一个型阻尼器组合而成。并计算、分析其传递出的函数频率特性，基准值是以CVT标称变比的倒数来计算，所用都是相对数值的幅频特性曲线[2]。
表1 35kV电容式电压互感器参数
CVT的内部线路和组件的结构、布局等因素与杂散电容CS和CS1有关，因而现在着重探讨传递函数频率的特性会受到杂散电容所取的数值发生变化。在实际计算电容式电压互感器二次侧接额定的负载时，如果杂散电容暂时作不为考虑因素，杂散电容对函数频率的特性传递带来较大的影响。若杂散电容忽略考虑时，谐波次数在不断增加的过程中，出现了传递函数幅值减小的趋势；若杂散电容考虑在内时，在谐波频率很低的情况下，传递函数出现零点和极点，以及幅频曲线的尖峰也出现了与低谷效应，而发生很大的变化是零点和极点周围的角度。而且随着总杂散电容数值的不断增大，零点和极点反而向低频段转移。
在设计电容式电压互感器时，如果想有效提升等值负载阻抗的电容分压器，要将额定中间电压先提升，归算到一次侧负载阻抗的中间变压器数值就会变大，如果在谐波的频率下，其比较靠近杂散电容的容抗数量级。可见，要重视杂散电容所受的因素影响。
在CS=240pF，CS1=500pF的杂散电容数值，电容式电压互感器的额定负载和二次侧空载相比较，函数频率特性曲线传递的结果是：电容式电压互感器极点频率受负载变化的影响会比较小。
四、仿真验证
1、仿真试验
本文利用Matlab/Simulink仿真工具有效地结合理论与实践，基于电容式电压互感器传输谐波特性的仿真模拟仿真进行了分析和计算。假设电容式电压互感器额定负载，寄生电容CS=240pF，CS1=500pF，使用与理论二次侧相同的参数和其他参数计算。35kV电容式电压互感器的传递函数的频率特性仿真结果如下：电容式电压互感器的传递函数Simulink仿真频率特性的理论计算和趋势图是一样的，结果是考虑到后来的电容杂散，存在极点、传递函数和零点。
2、实际物理试验
本研究的目的是代表谐波电容式电压互感器和变压器测量误差控制系统的传递特性的TYD35/-0.02HF电容式电压互感器型。电力质量实验研究平台连接电容式电压互感器的输出电压，RC电压互感器（R电容式电压互感器），初级侧电磁互感器（TV），采用高品质分析仪FLUKE1760电压测量二次侧和频谱分析。测试是根据国家电网公司对电网研究平台的能源质量评估和分析进行模拟实际生产，研究中发生的各种现象，运行情况，为基础电力的性能提供新的设备测试和评估。
RC电压互感器原理主要由电阻分压，电容并联，从主要特点是测量的频率范围宽，线性度非常好。该器件的实验研究，其频率误差电压具有不同的测试值，误差范围小于1％，执行特性测试谐波传输，额定电压为35kV，分别从基波电压叠加通过频谱分析和电容式电压互感器二次侧的输出电压，电视以及由此得到的电容式电压互感器TV特性测量出的传输函数的频率来测量不同的电压谐波。二次额定负载侧面为电容式电压互感器，测量的峰值振幅频率特性的传递函数幅度小于模拟曲线的曲线，但曲线和谷的峰值基本相同。
综上所述，各种非线性器件的扩展应用，使谐波问题的电网也越来越严重，对生产和电力设备运行的直接威胁，其中最大的影响是35kV和以上级别以上的网络运行在电容式电压互感器中。
五、结语
在电力技术不断更新的形势下，要不断提高员工综合自动化水平，通过参加变电仿真培训和变电站的模拟训练，不断提高应变事故的能力和快速处理效率，并加强精密的应急管理，以满足电网发展需要。
参考文献：
[1]王昕，沈鑫，曹敏，魏龄，赵旭，蒋婷婷，翟少磊.电容式电压互感器谐波测量特性研究[J].电测与仪表，2016：（S1）.
[2]冯宇，王晓琪，陈晓明，吴士普，毛安澜.电容式电压互感器电路参数对电网谐波电压测量的影响[J].中国机电工程学报，2014：34（28）4968-4975.
论文作者:方堪超
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
标签：电压互感器论文; 谐波论文; 电容式论文; 测量论文; 电容论文; 电压论文; 频率论文; 《电力设备》2017年第16期论文;