CVT电压式互感器的结构及工作原理、内在逻辑.docx

CVT结构的结构及工作原理、内在逻辑 电容式电压互感器（下文简称“CVT”）作为电力系统的电压测量工具已有数十年的历史。相比于电磁式电压互感器，CVT凭借其“抑制谐振”、“一专多能”等优越的技术及经济指标，逐渐成为了电压测量单元的主流设备。 正如黑格尔在其《法哲原理》一书中写道，“凡是合乎理性的东西都是现实的；凡是现实的东西都是合乎理性的。”CVT的出现及其内部组成结构是电机学、电路原理等诸多学科内在逻辑的具象化。 本文将结合CVT三维模型，对设备进行拆解分析，从具体与抽象两个维度，讨论CVT的设计逻辑，透过表象认清其实质。 一、CVT的内部结构与设计逻辑 结合CVT外观与等效电路图，对设备整体结构进行划分，CVT可分为电容分压器与电磁单元两大部分。 电容分压器： 其中，电容分压器由多个串联电容组成，并封装于绝缘套管中，内部充满绝缘油。 依据一定的比例在电容分压器内部设立抽头，将其分为高压电容区C1与中压电容区C2。并通过高压电容区（容抗较大）承受来自一次系统的高压，而在中压电容区（容抗较小）获得较低电压。 由电路原理中串联电容的分压原理可知，在中压电容区（抽头处）测得的电压Uc可通过以下关系折算出整个电容分压器承担的电压（一次系统电压）： Un=Uc*K；其中，K =（C1+C2）/C1 电磁单元： 为测量中压电容区所分得的电压值，在中压电容抽头处装设中压变压器。中压变压器与补偿电抗器以及阻尼元件组成电磁单元，一同封装于CVT套管下部的油箱中，结构及油路上与电容分压器独立。 由电路原理中串联电容的分压原理可知，在中压电容区(抽头处)测得的电压Uc可通过以下关系折算出整个电容分压器承担的电压(一次系统电压)：Un=Uc*K； 其中，K =（C1+C2）/C1 二、加装补偿电抗的内在逻辑 电容分压器正常工作的情况下，等效电路满足以下方程： 其中，U1表示一次系统高压，Uc表示中压电容抽头处电压；I表示中压变压器原边电流，Ic2表示流经中压电容电流；Zc1、Zc2分别表示高压、中压电容容抗。 由以上方程可知： 其中， Zc表示电容分压器的等效容抗，综上，可得到： 分析公式可知，可得到以下两个结论： 1）在电容分压器分压比K一定的情况下，中压电容抽头处电压Uc只与中压变压器原边电流I相关； 2）由于Zc数值较大，Uc及U2（实际测量电压）必将受到原边电流I较大影响，其精度不满足标准规定的负荷变化范围内的要求。 若以中压电容抽头与接地端子为基准，将左侧接线看成二端口网络，右侧接线看成网络负载。那么根据戴维南等效原理，二端口网络可等效于开路电压Uc与等效容抗Zc的串联电路。 因此，为在中压变压器二次侧得到精确的测量值U2，需要在电磁单元一次回路中串入补偿电抗，确保Zc≈XL，使得实际测量到的电压U2乘以变比后，近似于中压电容抽头处电压Uc，消除原边电流I对于电压测量精度的影响。 补充电抗器电路图与实际设备位置比对如下图所示： 三、加装阻尼装置的内在逻辑 由于补偿电抗器的串入，使得电磁回路的一次侧工频情况下在谐振点附近运行。系统稍有扰动，回路易产生谐振，因此需要在二次绕组中并入阻尼装置。 针对老旧CVT，阻尼装置通常简单采用阻尼电阻Rd，长期运行与互感器二次侧，令二次负荷避开分次谐波区域，防止过电压的产生。但此种阻尼装置虽然有效，却使得CVT的输出容量受限并降低其精度，新型CVT已不再采用；转而使用谐振型阻尼装置。 由上图可见，谐振型阻尼装置由阻尼电阻Rd、阻尼电抗L、阻尼电容C组成。工频情况下，阻尼电抗L、阻尼电容C工作于并联谐振状态，回路呈现高阻抗，仅消耗很小的功率。 在CVT受到扰动，进入分频谐振过电压时，阻尼电抗L、阻尼电容C由于频率改变，停止谐振工作状态，回路呈现低阻抗，由阻尼电阻Rd抑制谐振过电压。