摘要：对单极电容式电压互感器的试验进行研究，能够有效提高电力系统的监测质量。基于此，本文将对单极互感器的设计原理进行简单介绍，并对单极电容式互感器的试验进行具体分析，其中主要包括互感器的仿真计算、互感器与极间电容的关系以及互感器稳定性的测量三方面内容。
关键词：单极电容；电压互感器；仿真计算
前言：
电压互感器是电力检测系统中的主要组成部分，其运行质量直接决定整个电力检测系统的运行质量。目前，主要的互感器类型可大致分为两种，一种为电磁电压互感器，另一种为电容电压互感器。其中电磁电压互感器的占地面积较大，绝缘性能好但是制作成本较高。电容电压互感器通过降压的方式将高压侧的电压逐渐降低，从而完成对信号的测量。这种方式在测量过程中存在较大的延迟性，所不适合应用在当前的电力监测系统中。
一、单极互感器的设计原理
单极互感器在实际运行过程中利用的设计原理为电场耦合原理，该种原理主要指的是将带电导体放置在电场中，观察电场强度发生变化的规律。在此过程中，由于导体的电位分布在导体中，因此导体与电场强度存在一定的联系。而单极互感器在设计的过程中，通过在导体周围安装互感器的方式，降导体电位中的信号，并将信号进行详细的计算处理，最终得出一个准确的电位值。在对带电体的电场分布情况进行计算的过程中，利用单极互感器的设计原理能够知道带电金属中的导体的表面积，同时还能够计算出电场中绝缘体的位置，通过对以上条件进行整理计算，最后利用高斯定理能够得出电场的分布情况。
另外，单极互感器在设计过程中主要的设计方式为不接地设计，电极之间的差值是互感器信号输出的主要来源。在互感器中安装了同轴电缆，同轴电缆能够对电路中的信号进行放大，进而避免互感器在接地过程中出现及绝缘困难的现象。这种设计方式能够有效降低设计过程中的成本应用，同时提高单极互感器中的绝缘质量。同时，单极互感器采用差动式的设计模式，该种模式能够避免互感器在运行过程中出现信号干扰，同时提高信号测量的准确程度。除此之外，单极互感器采用的结构模式为开放性模式，降低了安装难度[1]。
二、单极电容式电压互感器的试验
（一）互感器的仿真计算
互感器的仿真计算主要包括互感器在电场中的畸变以及绝缘系统的设计两方面内容。假设在仿真计算的过程中，带电导体的电压为10千伏，通过建立仿真模型的方式能够得出互感器中在绝缘套管内外电场的分布情况。带电导体的场强为250千伏，靠近绝缘体的场强为65千伏。通过对数据的测量能够得出，距离套管的距离越远，电场的场强就越小。另外，将互感器放到电场中，通过对互感器周围场强进行计算能够发现，互感器周围的场强明显降低，而在互感器周围，电场的场强逐渐升高，并且以均匀的形式分布在互感器周围。通过试验结果能够看出，互感器的引用对电场强度产生了一定的影响作用，引入之前的电场强度为65，引入之后的电场强度为48。虽然互感器的应用改变了电场强度，但是由于影响程度不大，所以并不会对互感器的试验结果产生影响。
在进行仿真计算时，在电场中确定一个固定点，并对该点的场强进行测量，在放置互感器之前测量一次，在放置互感器之后测量一次。并将该点场强的变化情况制成表格。通过表格中数据的变化可知，在互感器没有放入电场中时，该点的场强随着电压升高而升高，当互感器放入电场中时，场强虽然有所下降，但是仍然随着电压的升高而升高。由此而可以看出，互感器对电场中场强的变化情况没有影响，只对电场中的场强大小产生影响。
在对互感器进行绝缘设计的过程中，如果设计的绝缘性能不够高或者设计出现失误，都会导致互感器在实际应用过程中出现短路或者放电等情况，进而影响互感器的正常运行。导致互感器绝缘性能较差的原因主要是绝缘材料电解质承受电场的强度大于该绝缘材料中临界电场强度。所以，要想提高互感器的绝缘性能，就要提高互感器本身以及边缘电场的分布值，进而提提高互感器的绝缘性能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过试验结果能够得出，在场强不变的情况下，在电场中放入一导体，互感器周围的场强较高，而导体内部的场强几乎没有。其中互感器周围场强强度为8千伏，而正常场强为200千伏，由此可以看出，该互感器的绝缘性能较好。
（二）互感器与极间电容之间的关系
在对极间电容进行优化设计的过程中，主要通过计算电容值的方式确定电容的设计方案，进而完成对互感器的优化。根据实验能够得出，当互感器中的电极范围扩大时，电极之间的电容值降低，但是杂散电容值增大，并且电容值的变化量远远大于杂散电容的变化量。在研究互感器宽度对电容值的影响时，增加互感器宽度，电容值不变，但是杂散电容值增加。改变互感器并联数量使，并联数量增加，电容值不变，杂散电容值变大。通过以上结果能够得出，要想减低杂散电容对试验过程的影响程度，应在试验过程中缩短互感器的范围，减小互感器的宽度，同时增加电极的并联数量，进而增加等效电容，以上几种方式都能够达到提高互感器测量准确程度的效果[2]。
（三）互感器稳定性测量
在对互感器的稳定性进行测量时，主要包括以下三方面内容，第一方面，互感性负载能力的测量。互感器的负载能力直接影响整个互感器的运行质量，因此对其稳定性进行测量，能够对互感器的实际应用性能进行准确认识。在进行该实验的过程中，在互感器外部安装绝缘套，保证互感器在运行过程中保持稳定的运行状态。同时将电阻器安装在互感器两端，并将其与显示器相互连接，通过显示器中数据的变化情况，对互感器的负载能力进行观察。在此试验过程中应注意的是保持电压值不变，避免由于电压出现波动进而影响最终的试验结果。另外，将实验中的阻抗值设置为50欧姆，接入电源后，逐渐增加变阻器中的阻值，观察显示器中数据的变化情况。通过试验结果能够得出，电阻在100-300之间时，显示器中数据变化幅度最大。因此，在计算过程中选择二者之间的中间值进行计算，当阻值为150欧姆时，电压为3伏，当电阻为240欧姆时，电压为3.4伏，通过计算可以得出互感器中电阻值为92欧姆，该数据将作为互感器负载能力的重要设计指标。
第二方面，互感器的线性度测量。在此过程中利用变压器以及导线等材料进行试验。在试验之前将绝缘套安装在互感器表面，同时对导线的电压信号进行测量，并将显示器与互感器信号相互连接，研究此过程中信号的变化规律。本次试验利用的探头为电容探头，补偿范围在7-49之间，降低倍数为1000，并且保持电压在10千伏左右，电力测量的准确性要在98.5%以上。通过试验结果能够得出，当电压为2千伏时，变化规律为互感器的变化波形。由此可以看出，对互感器的信号进行检测能够对电压的波形变化情况进行深入研究，同时能够得出互感器的线性度较好。
第三方面，互感器准确度测量。在此过程中，互感器中的电压为10千伏、频率为50赫兹，相移为0，交流电压的变化范围在0-4伏之间，同时准确度的等级控制在0.2及以内。通过试验结果能够得出，互感器测量结构与实际测量结果之间存在一定误差，导致误差形成的原因主要包括互感器在测量过程中没有呈水平方向放置[3]。
结论：随着人们对单极电容式电压互感器的关注程度越来越高，如何对其进行深入研究，成为有关人员关注的重点问题。本文通过对互感器在的试验结果进行研究发现，对其进行研究，能够提高互感器测量的稳定性，同时还能够确定互感器与电容之间的关系。由此可以看出，对单极电容式互感器的试验进行深入分析，能够为今后单极电容式互感器的发展奠定基础。
参考文献：
[1]彭庆华,陈龙,康文斌,梅刚,史明明,查志鹏.电容式电压互感器谐波测量误差分析[J].高电压技术,2015,4103:956-962.
[2]陈龙.电容式电压互感器谐波传递特性研究[D].中国矿业大学,2015.
[3]王黎明,方斌.500kV电容式电压互感器暂态特性仿真[J].高电压技术,2016,3809:2389-2396.
作者简介：
陈树东，江苏射阳人，专业方向：变压器，互感器试验
论文作者:陈树东
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/3/23
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