电容式电压互感器电容、介损测试原理和注意事项
前言
电容式电压互感器(capacitor voltage transformer，CVT)与传统电磁式电压互感器相比具有体积小、冲击绝缘强度高、电场强度裕度大，可防止因电压互感器铁心饱和引起铁磁谐振，而且电容部分可兼作耦合电容器用于高频载波通信等诸多优点。目前，在CVT在110 kV及以上电力系统中得到广泛应用【1】。
CVT的电容和介损测试作为其预防性试验项目之一，可发现存在的缺陷故障，是判断CVT 的运行状况的重要方法。目前，我国大量使用的是无中间抽头的叠装式CVT，由于设备安装现场的限制和各节电容的电气位置不同，测量方法也不同。本文主要分析介绍了各节电容器测量原理，并提出了现场测试时的几点注意事项
1 CVT电气原理图
无中间抽压端子的叠装式CVT电气原理图如图1所示。其中，高压电容器C1由耦合电容C11、C12、C13串联组成，C2为分压电容器。T为中间变压器，F 为保护装置，L为补偿电抗器，Z为阻尼电抗器，N为电容分压电容器低压端子，X为电磁单元低压端子， 1a、1n、2a、2n、3a、3n 为二次绕组,da～dn为剩余电压绕组。整套CVT由电容分压器和电磁单元两部分组成（以图中虚线为界），下节分压电容器C２和电磁单元在产品出厂时连为一体，并且C11与C2
中间无试验用连接线引出。在额定频率下，补偿电抗器 L的感抗值近似等于分压器两部分电容并联(C1+C2)的容抗值。根据谐振原理使中压变压器高压端与母线电压的比值为C1/(C1+C2)。
图1 CVT 的电气原理图
Fig. 1 Electrical schematic diagram of CVT
2 各节电容的测量方法
2.1 上节耦合电容C13测量原理
拆除高压母线工作量大，对一次设备的安全也构成一定威胁。而进行现场介损测试时母线是停电并接地的，所以C13满足西林电桥反接线法的试验条件—“被试品的一极是固定接地的”。因此对C13采取反接线法测试。试验原理图如图2。
图2 反接线法测C13原理图
Fig.2 Schematic diagram of testing C13 by reverse connection method of Schering Bridge
其中，R13为C13的等值并联电阻，C N为高压标准电容， R3为可调无感电阻，C4为可调电容，R4为定值无感电阻，P为交流检流计【2】。
通过调节R3和C4，使得检流计P电流为零，此时电桥达到平衡。根据电学原理知，此时：
Z13 Z3=Z N
Z4
( 1 )
式中
Z13=R13
1+jωC13 R13 ,Z N=1
jωC N
, Z3=R3 ,Z4=R4
1+jωC4 R4
( 2 )
将( 2 )式代入( 1 )式运算，根据实部、虚部相同可求出：
C13=R4C N
R3(1+ω2C42R42) , R13=R3(1+ω2C42R42)
ω2C4R42C N
( 3 )
根据并联等值电路介损公式可得：
tg δ13=1
ωC13R13
=ωC4R4 ( 4 ) 以上是采用西林电桥反接线法测量C13电容和介损的试验原理，现场测试使用的基于上述原理，运用微处理器技术的试验仪器，可以直接运算出C13与tgδ13 。试验时为减少泄漏电流的干扰，要用屏蔽线将C12进行屏蔽，即用高压线的屏蔽线接C12下端。
2.2 中节耦合电容C12测量原理
因为中节耦合电容C12两端均对地绝缘，且方便试验接线，所以宜采用西林电桥正接线法测试。试验原理图如图3。
图3 西林电桥正接线法测C12原理图
Fig.3 Schematic diagram of testing C12 by positive connection method of Schering Bridge 正接线法和2.1节所述的反接线法测量原理与试验方法均是一致的，不同之处是此处被试品的两端均是对地绝缘的，且处于高压桥臂。
2.3 使用串联法测电容C11、C2原理及缺陷分析
因为电容C11与C2之间无试验用引出端子，所以无法像电容C12、C13那样采用常规接线法分别进行测量。串联法测电容C11、C2的电容和介损是指：将电容C11与C2看作一个等效电容C进行测量，测出其电容和介损值，并根据相关的公式对电容C11、C2出厂电容和介损值进行转换，进而对电容C11与C2的健康状况做出判断。
断开电容C2低压端子N和中压变压器T高压侧绕组低压端子X，将电容C11与C2看作一个等效电容C，则电容C两端均是对地绝缘的。因此可以采用2.2节正接线法对其进行测试。试验原理图如图4。
图4 串联法测C11与C2原理图
Fig.4 Schematic diagram of testing C11 and C2 by series connection method 串联法测电容C11、C2原理与正接线法测量C12原理相同，下边探讨等效电容C的电容与介损和电容C12、C13的电容与介损之间的关系。
在分析有损电介质既可以将其等效为一只无损电容和一个电阻的并联的等值电路，也可以将其等效为一只无损电容和一个电阻的并联的等值电路，两种等值电路得出的介损值是相同的，且两种等值电路中的无损电容也可以认为是相同的【3】。这里，为便于分析将电容C11、
C2用串联等值电路进行替代。原理图如图5。
图5 C11、C2串联等效原理图
Fig.5 Schematic diagram of series connection of C11 and C2
( 5 ) 图5中，r=r11+r2 , C=C11C2
C11+C2
根据有损电介质串联等值电路的介损公式：tg δ=ωC s r ( 6 ) 所以有：
tg δ11=ωC11R11 , tg δ2=ωC2R2 , tg δeq=ωCR=C11tg δ2+C2tg δ11
（ 7 ）
C11+C2
所以将电容C11、C2的出厂值按照式（5）、（7）进行运算，并将结果与试验测量值进行比较，即可对电容C11、C2的工作状况进行判断。
采用上述方法测试电容C11、C2，虽然试验原理和方法都比较简单，但存在下述缺点：
（1）串联法所得介损介于电容单元C11与C2介损之间，且接近电容较小者，即tgδ11；
（2）串联测试法所得电容小于电容单元C11与C2的值，接近电容值较小者，即C11；
（3）由于受中间变T一次线圈泄漏电流的影响，容易出现负介损；
（4）当电容C2绝缘存在缺陷时，此方法容易产生误判。当电容C2电容、介损值超标，C11电容、介损值正常时，此方法测得的串联电容与介损合格或只是处于警戒值【4】。
2.4使用自激法测电容C11、C2原理
自激法是以CVT的中压变压器T作为试验变压器,通过介损测试仪在二次侧施加电压对其进行激磁,在一次侧感应出高压作为电源来测量C11和C2的电容及介损。采用自激法测量C11、C2的电容和介损可以不用换线，仪器内部自动进行切换。现在数字介损电桥已广泛应用,既可以有效避免传统西林式介损电桥采用自激法可能引起的谐振现象，也可以很好的限制CVT 高、低压侧电流。
2.4.1自激法测量C11及tgδ11基本原理
自激法测量C11 及tgδ11基本原理如图6。由于C N电容远小于C2，测量过程中用C N作为测
