（吉林省长春市供电公司 吉林 长春 130000）
摘 要：基于电容式电压互感器的谐波传递特性，从整体上对影响因素进行有效的考虑，建立等效的电路模型，使用函数有效的计算与分析电容式电压互感器的谐波传递特性。本文通过对CVT等效电路模型；CVT谐波传递特性分析；仿真验证三个方面进行简单的论述。
关键词：电容式电压互感器；谐波传递；特性探讨
随着电力行业的快速发展，各种非线性的电气设备被大量的接入，严重的影响电力系统的谐波。其中比较典型的有35kV及其以上电压等级的电网中的电容式电压互感器工作特性的影响都很大。本文主要是针对电容式电压互感器的工作原理，对谐波传递特性进行了有效的分析与计算，通过仿真试验，总结出准确的结果。
一、CVT等效电路模型
（一）CVT基本结构与工作原理
CVT基本结构分为组合式单柱与分立式两种，由电容分压器与电磁单元组成。电容分压器分为高、中压电容器两种。高压电容器C1和中压电容器C2是叠装在电容分压器中的。
电磁单元由中间变压器、补偿电抗器、抑制铁磁谐振的阻尼器等组成，并被完整的密封在钢箱中。在每个CVT内部安装避雷器，连接在补偿电抗器的两端，可以有效的预防二次侧短路突然电压升高对补偿电抗器线圈的击穿现象。
CVT电容分压器将输入电压进行分压处理，将每个等级的电网高压降至中压，再通过变压器转化成标准电压，供给计量仪表与继电保护装置。由于电容分压器等值电容与中间变压器一次侧线圈漏电感共同与补偿电抗器的等值电容在额定频率下进行有效的调谐作用，使得在工频下的CVT的内部阻力降至最小，负载变化不对电容分压器的输出产生影响。
（二）CVT等效电路模型
CVT等效电路模型，是基于CVT谐波传递的特性背景下，进行有效的分析与计算。在进行CVT的设计过程中，应用了中间变压器漏抗与补偿电抗之和与电容分压器等值容抗发生谐振，所以，将变压器漏抗归类到补偿电抗中，省略了单独介绍的步骤。
二、CVT谐波传递特性分析
（一）计算方法
使用传递函数计算CVT输出电压与输入电压之间的关系，下面①式表示的
是各级端口的等效阻抗。
①
依据电压在串联阻抗中的分压关系，②式表示的是各级电压的传递函数式。
②
式中：Up是CVT的一次侧电压；Us是二次侧电压；N是中间变压器变比；s=jω，ω是角频率。
因为CVT的等效电路是由多个元件的串联和并联共同组成的，所以使用计算机编程的方法结合①、②式对各级端口的等效阻抗数值进行逐级式的计算，避免发生总体表达的复杂，得到了准确的传递函数G(s)的频率特性。
（二）计算实例
如表1所示，是某型号35kV电容式电压互感器基本参数，选择速饱及型阻尼器组成阻尼装置。并对其传递出的函数频率特性进行有效的计算与分析，本文使用的幅频特性曲线都是相对的数值，将CVT标称变比的倒数作为基准值。
因为杂散电容CS, CS1，与CVT的内部线路和组件的结构和布局等很多因素都有关系，所以，本次研究重点选择了杂散电容取值对传递函数G(s)频率特性的影响。在进行CVT二次侧接额定负载的计算过程中，假如在不考虑杂散电容的情况下，影响传递函数频率特性最大的因素是杂散电容。在忽略虑杂散电容的情况下，随着谐波次数的不断增加，传递函数幅值会出现单调减小趋势；在考虑杂散电容的情况下，在很低的谐波频率范围之内，会出现传递函数的极点和零点，出现了幅频曲线的尖峰与低谷效应，而极点与零点的周围的角度发生了很大的变化。极点和零点随着总杂散电容数值的不断增大，而向低频段转移。
通常在进行CVT的设计过程中，为了更好的提高电容分压器的等值负载阻抗，可以提高额定中间电压，从而归算至中间变压器一次侧的负载阻抗数值很大，在谐波频率下杂散电容容抗的数量级与之相比已经较为接近，因此杂散电容的影响不能忽略。
当杂散电容CS=240pF, CS1=500pF时，比较CVT二次侧空载和额定负载时传递函数的频率特性曲线，得出：负载变化对CVT极点频率的影响较小。
三、仿真验证
（一）仿真试验
本次研究使用的是Matlab/Simulink仿真工具，有效的将理论与实际结合在一起，进行了分析与计算，基于CVT的谐波传递特性进行仿真计算的一种仿真模型。假设CVT二次侧带额定负载，杂散电容CS=240pF, CS1=500pF,其它参数与理论计算采用的参数相同。35kV CVT传递函数频率特性的仿真结果是：理论计算和Simulink仿真的CVT传递函数频率特性的曲线趋势是一致的，由此得出，当考虑杂散电容以后，存在传递函数极点和零点的。
（二）实际物理试验
将TYD35/ -0.02HF型电容式电压互感器作为本次研究的对象，表示的是CVT谐波传递特性与测量误差试验系统和互感器。电能质量综合试验研究平台输出电压同时接至CVT、阻容式电压互感器(RCVT)、电磁式电压互感器(TV)一次侧，采用FLUKE 1760电能质量分析仪对二次侧电压进行频谱分析和测量。本次试验是在国家电网公司对电能质量进行评估与分析的研究平台下进行的，对电网在实际生产、运行过程中出现的各种现象进行了模拟，给电力设备测试与性能评价提供了新的依据。
阻容式电压互感器主要是通过电阻、电容并联产生出的分压原理，起主要的特点是测量的频率范围广，线性度非常的好。本次研究实验的设备，已经对其在不同频率值的电压的误差进行了测试，误差范围小于1%，在进行谐波传递特性的试验过程中，将电压升至额定值35/ kV，在基波电压上分别叠加不同次数的谐波电压，通过对CVT, TV的二次侧输出电压进行频谱分析和测量，得到实测的CVT和TV传递函数频率特性曲线。CVT二次侧接额定负载时，实测的传递函数幅频特性曲线的峰值幅度要比仿真曲线小，但曲线峰、谷对应的谐波次数基本相同。
结束语
综上所述，随着各种非线性设备的广泛应用，使得电网中的谐波问题也越来越严重，直接威胁到电力设备的生产与工作，其中，影响最大的是35kV及其以上等级的电网中的电容式电压互感器的运行。本次研究对CVT的工作原理、特性、计算、工作误差等的影响进行了细致的分析，并使用仿真试验，准确的证明了分析结果的可靠性。
参考文献
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论文作者:王迪
论文发表刊物:《电力设备》2016年第5期
论文发表时间:2016/6/15
标签：谐波论文; 电压互感器论文; 电容论文; 特性论文; 电压论文; 函数论文; 频率论文; 《电力设备》2016年第5期论文;