電容式電壓互感器（下文簡稱“CVT”）作為電力系統(tǒng)的電壓測量工具已有數(shù)十年的歷史。相比于電磁式電壓互感器，CVT憑借其“抑制諧振”、“一專多能”等優(yōu)越的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，逐漸成為了電壓測量單元的主流設(shè)備。

正如黑格爾在其《法哲原理》一書中寫道，“凡是合乎理性的東西都是現(xiàn)實(shí)的；凡是現(xiàn)實(shí)的東西都是合乎理性的?！盋VT的出現(xiàn)及其內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)是電機(jī)學(xué)、電路原理等諸多學(xué)科內(nèi)在邏輯的具象化。

本文將結(jié)合CVT三維模型電容式電壓互感器，對設(shè)備進(jìn)行拆解分析，從具體與抽象兩個(gè)維度，討論CVT的設(shè)計(jì)邏輯，透過表象認(rèn)清其實(shí)質(zhì)。

一、CVT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)邏輯

結(jié)合CVT外觀與等效電路圖，對設(shè)備整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，CVT可分為電容分壓器與電磁單元兩大部分。

電容分壓器：

其中，電容分壓器由多個(gè)串聯(lián)電容組成，并封裝于絕緣套管中，內(nèi)部充滿絕緣油。

依據(jù)一定的比例在電容分壓器內(nèi)部設(shè)立抽頭，將其分為高壓電容區(qū)C1與中壓電容區(qū)C2。并通過高壓電容區(qū)（容抗較大）承受來自一次系統(tǒng)的高壓，而在中壓電容區(qū)（容抗較?。┇@得較低電壓。

由電路原理中串聯(lián)電容的分壓原理可知，在中壓電容區(qū)（抽頭處）測得的電壓Uc可通過以下關(guān)系折算出整個(gè)電容分壓器承擔(dān)的電壓（一次系統(tǒng)電壓）：

Un=Uc*K；其中，K =（C1+C2）/C1

電磁單元：

為測量中壓電容區(qū)所分得的電壓值，在中壓電容抽頭處裝設(shè)中壓變壓器。中壓變壓器與補(bǔ)償電抗器以及阻尼元件組成電磁單元，一同封裝于CVT套管下部的油箱中，結(jié)構(gòu)及油路上與電容分壓器獨(dú)立。

由電路原理中串聯(lián)電容的分壓原理可知，在中壓電容區(qū)(抽頭處)測得的電壓Uc可通過以下關(guān)系折算出整個(gè)電容分壓器承擔(dān)的電壓(一次系統(tǒng)電壓)：Un=Uc*K；

其中，K =（C1+C2）/C1

二、加裝補(bǔ)償電抗的內(nèi)在邏輯

電容分壓器正常工作的情況下，等效電路滿足以下方程：

其中，U1表示一次系統(tǒng)高壓，Uc表示中壓電容抽頭處電壓；I表示中壓變壓器原邊電流，Ic2表示流經(jīng)中壓電容電流；Zc1、Zc2分別表示高壓、中壓電容容抗。

由以上方程可知：

其中，

Zc表示電容分壓器的等效容抗，綜上，可得到：

分析公式可知，可得到以下兩個(gè)結(jié)論：

1）在電容分壓器分壓比K一定的情況下，中壓電容抽頭處電壓Uc只與中壓變壓器原邊電流I相關(guān)；

2）由于Zc數(shù)值較大電容式電壓互感器，Uc及U2（實(shí)際測量電壓）必將受到原邊電流I較大影響，其精度不滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的負(fù)荷變化范圍內(nèi)的要求。

若以中壓電容抽頭與接地端子為基準(zhǔn)，將左側(cè)接線看成二端口網(wǎng)絡(luò)，右側(cè)接線看成網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。那么根據(jù)戴維南等效原理，二端口網(wǎng)絡(luò)可等效于開路電壓Uc與等效容抗Zc的串聯(lián)電路。

因此，為在中壓變壓器二次側(cè)得到精確的測量值U2，需要在電磁單元一次回路中串入補(bǔ)償電抗，確保Zc≈XL，使得實(shí)際測量到的電壓U2乘以變比后，近似于中壓電容抽頭處電壓Uc，消除原邊電流I對于電壓測量精度的影響。

補(bǔ)充電抗器電路圖與實(shí)際設(shè)備位置比對如下圖所示：

三、加裝阻尼裝置的內(nèi)在邏輯

由于補(bǔ)償電抗器的串入，使得電磁回路的一次側(cè)工頻情況下在諧振點(diǎn)附近運(yùn)行。系統(tǒng)稍有擾動(dòng)，回路易產(chǎn)生諧振，因此需要在二次繞組中并入阻尼裝置。

針對老舊CVT，阻尼裝置通常簡單采用阻尼電阻Rd，長期運(yùn)行與互感器二次側(cè)，令二次負(fù)荷避開分次諧波區(qū)域，防止過電壓的產(chǎn)生。但此種阻尼裝置雖然有效，卻使得CVT的輸出容量受限并降低其精度，新型CVT已不再采用；轉(zhuǎn)而使用諧振型阻尼裝置。

由上圖可見，諧振型阻尼裝置由阻尼電阻Rd、阻尼電抗L、阻尼電容C組成。工頻情況下，阻尼電抗L、阻尼電容C工作于并聯(lián)諧振狀態(tài)，回路呈現(xiàn)高阻抗，僅消耗很小的功率。

在CVT受到擾動(dòng)，進(jìn)入分頻諧振過電壓時(shí)，阻尼電抗L、阻尼電容C由于頻率改變，停止諧振工作狀態(tài)，回路呈現(xiàn)低阻抗，由阻尼電阻Rd抑制諧振過電壓。

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CVT電壓式互感器的結(jié)構(gòu)及工作原理、內(nèi)在邏輯 - 百度文庫?

文章由啟和科技編輯