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摘要：本文介绍了电容式电压互感器介质损耗的原理，首先介绍了电容式电压互感器的结构，再从介质损耗分类和高压介损仪工作原理两个方面来介绍介质损耗的原理，最后举例说明高压介损仪监测绝缘的缺陷。
关键词：电容式电压互感器 介质损耗 高压介损仪
电介质（绝缘材料）在有外加电压作用下，会使部分电能转变为热能，使电介质发热。电介质损耗的电能被称为介质损耗。介质损耗过大会造成绝缘温度上升，且损耗愈大，温度就愈高，如果介质温度高得能使绝缘体烧焦、熔化，那么绝缘体就会失去绝缘性能而被热击穿，甚至产生爆炸。电流互感器的爆炸事故主要是由于绝缘局部放电或是受潮，聚集大量能量形成热击穿，使设备内部压力不断增加，以致超过外瓷套的强度造成的。
介质损耗的测量可以发现电力设备绝缘劣化变质、整体受潮以及小体积被试设备贯通和未贯通的局部缺陷，在电力设备交接、电工制造及预防性试验中得到了广泛应用。
一、电容式电压互感器结构
用于继电保护、电压测量、载波通讯的电容式电压互感器，简称CVT，已取代电磁式电压互感器，在35~500kV变电站的母线和线路上都获得了广泛应用。由于设备处于高电压运行环境，其绝缘状态会受到外部潮气和污秽侵蚀的影响，会遭到系统操作或雷电等过电压的侵害，于是需要人们对CVT进行常规预防性试验，测量其绝缘的介质损失角正切，诊断其运行状态，以保证其安全、准确、可靠地运行，这成为电力行业的一项重要任务。
CVT可以分成两个主要部件：一是电容分压器，由高压电容器C1及中压电容器C2组成，110kV CVT的C1(C11、C12、C13)、C2共装于一个瓷套内， 110kV以上产品为C，分别装于多个瓷套，并且一部分C1与C2装于一个瓷套内；二是电磁单元，外形是一个铁壳箱体，内部有中间变压器、补偿电抗器、阻尼器及补偿电抗器两端的限压器，靠电磁感应原理给出二次电压输出，达到测量母线或线路电压的目的。由于C2上的电压会随负荷发生变化，为此在分压回路中串接一个电感L，使之与电容(C1十C2)产生串联谐振，借以补偿负荷电流流过电容所产生的电压降，使电容分压器输出电压稳定，不受负荷电流变化的影响。因为在二次电压回路中电压较低，电流较大，如果仅用电容分压，要得到57.7V的低压，一则C2电容量须很大，二则因电流大，所以阻抗电压降将影响到互感器的准确度，故电容分压器的输出端不能直接与测量仪表相接，而要经过一个电磁式电压互感器降压后再接仪表。国产CVT大部分采用电压为13kV的电容器C2(也即分压变压器的一次电压)，与电压比为13kV/(57V～100V)的电磁式电压互感器结合起来。电磁式电压互感器的一次侧并接在C2两端，具有供调整比差用的可调整线圈，二次侧有多个绕组，分别是主绕组(al，x1)、(a2，x2)等，其额定电压为100V，用于测量或保护；另一个为辅助二次绕组(af，Xf)，其额定电压为100V，用于监视三相电压平衡度。
二、介质损耗原理分析
1.介质损耗分类
按绝缘材料介质损耗的物理性质，可以分为以下几种基本形式：
（1）漏电导损耗：任何电介质总有一定的导电能力。所以，在电压作用下电介质中流过泄漏（电导）电流，造成能量损耗。这种损耗在交、直流电压作用下都存在。
（2）极化损耗：电介质在交流电压作用下，发生周期性的极化。此时介质中的带电质点（主要是离子）在交变电场作用下，做往复有限位移并重新排列，这种损耗称为极化损耗。如果电源频率增加，质点往复运动的频率也增加，极化损耗增大。在交流电压作用下，电介质（指不均匀的）的夹层极化反复引起电荷重新分布（吸收电流），这个过程也要消耗能量。
（3）局部放电损耗：常用的固体绝缘材料中总有气隙（或油隙）。绝缘材料各层的电场强度几乎与该层材料的相对电容率（介电系数）ε成反比。气体的介电系数较固体绝缘材料低得多，所以气隙部分的电场强度较大。但是，气隙的耐压强度却远低于固体绝缘材料。
2.高压介损仪工作原理
通过一个可程控的调频调幅变频电源，产生40～70Hz可调的正弦波，经过激磁变压器，驱动谐振回路工作，最终输出试验要求的电压，加到被试电流互感器上。经过电流互感器的三相被试回路的电流信号，以及标准回路的电流信号，通过高压介损测量板高精度实时高速采样，并经单片机分析计算，从而得出被试品的电容量及介损值。
三、高压介损检测绝缘缺陷实例
某单位1台LCWB2-220W 电流互感器在预试中被发现tanδ较上一次试验值有较大增长，但在合格范围内，且电容量无变化。为准确判断互感器绝缘水平，进行了高电压下的介损测量。
从试验数据可以看出，该只电流互感器在10kV时介损试验合格，但电压升至运行电压 127kV后，介损tanδ变化值为 0.8％，远远超出了《电力设备预防性试验规程》要求的±0.3％范围，应退出运行。用油色谱分析气体组分明显发生变化。
通过tanδ－U曲线和油色谱数据分析，该互感器存在严重绝缘缺陷，tanδ－U曲线与局部放电缺陷的曲线形状大体一致，解体检查无缺油现象和受潮痕迹，外观上未见异常。因此判断互感器局部放电缺陷，油中由于存在放电而产生了大量气体，如继续运行有可能在运行中造成绝缘损坏，后经互感器局部放电测量验证，互感器存在局部放电绝缘缺陷。由本例可见高压介损试验发现绝缘缺陷的有效性，该电流互感器10kV介损合格，若不进行高电压下介损试验，很难发现绝缘缺陷，继续投入运行势必会给电网安全造成隐患。有许多这样的例子，试验结果合格的电流互感器运行中却发生故障，甚至引起爆炸，这主要是因为10kV下的介损测量很难发现一些内部潜在的缺陷和高电压下的局部放电性的缺陷。可见，进行高电压下的介损试验对进一步分析判断绝缘的性质是十分关键的。
四、结论
从上述高压介损监测绝缘缺陷试验可以看出，合格的电流互感器运行中经常发生故障，需要在高电压下做介损试验，判断绝缘的性质。
参考文献：
[1]王亚辉.介质损耗测试仪变频电源研究[D]．石家庄：河北农业大学，2005.
[2]魏永清.强电场干扰下介质损耗因数的测量[J].水力发电，2002，（2）.
[3]汪宏正，何志兴，张古银.绝缘介质损耗与带电测试[M]．合肥：安徽科学技术出版社，1988.
[4]宋庆贵，高升云.220KV电流互感器运行电压下的介质损耗测定[J].黑龙江电力，2004，（3）.
（作者单位：江西科晨高新技术发展有限公司）
关键词：电容式电压互感器 介质损耗 高压介损仪
电介质（绝缘材料）在有外加电压作用下，会使部分电能转变为热能，使电介质发热。电介质损耗的电能被称为介质损耗。介质损耗过大会造成绝缘温度上升，且损耗愈大，温度就愈高，如果介质温度高得能使绝缘体烧焦、熔化，那么绝缘体就会失去绝缘性能而被热击穿，甚至产生爆炸。电流互感器的爆炸事故主要是由于绝缘局部放电或是受潮，聚集大量能量形成热击穿，使设备内部压力不断增加，以致超过外瓷套的强度造成的。
介质损耗的测量可以发现电力设备绝缘劣化变质、整体受潮以及小体积被试设备贯通和未贯通的局部缺陷，在电力设备交接、电工制造及预防性试验中得到了广泛应用。
一、电容式电压互感器结构
用于继电保护、电压测量、载波通讯的电容式电压互感器，简称CVT，已取代电磁式电压互感器，在35~500kV变电站的母线和线路上都获得了广泛应用。由于设备处于高电压运行环境，其绝缘状态会受到外部潮气和污秽侵蚀的影响，会遭到系统操作或雷电等过电压的侵害，于是需要人们对CVT进行常规预防性试验，测量其绝缘的介质损失角正切，诊断其运行状态，以保证其安全、准确、可靠地运行，这成为电力行业的一项重要任务。
CVT可以分成两个主要部件：一是电容分压器，由高压电容器C1及中压电容器C2组成，110kV CVT的C1(C11、C12、C13)、C2共装于一个瓷套内， 110kV以上产品为C，分别装于多个瓷套，并且一部分C1与C2装于一个瓷套内；二是电磁单元，外形是一个铁壳箱体，内部有中间变压器、补偿电抗器、阻尼器及补偿电抗器两端的限压器，靠电磁感应原理给出二次电压输出，达到测量母线或线路电压的目的。由于C2上的电压会随负荷发生变化，为此在分压回路中串接一个电感L，使之与电容(C1十C2)产生串联谐振，借以补偿负荷电流流过电容所产生的电压降，使电容分压器输出电压稳定，不受负荷电流变化的影响。因为在二次电压回路中电压较低，电流较大，如果仅用电容分压，要得到57.7V的低压，一则C2电容量须很大，二则因电流大，所以阻抗电压降将影响到互感器的准确度，故电容分压器的输出端不能直接与测量仪表相接，而要经过一个电磁式电压互感器降压后再接仪表。国产CVT大部分采用电压为13kV的电容器C2(也即分压变压器的一次电压)，与电压比为13kV/(57V～100V)的电磁式电压互感器结合起来。电磁式电压互感器的一次侧并接在C2两端，具有供调整比差用的可调整线圈，二次侧有多个绕组，分别是主绕组(al，x1)、(a2，x2)等，其额定电压为100V，用于测量或保护；另一个为辅助二次绕组(af，Xf)，其额定电压为100V，用于监视三相电压平衡度。
二、介质损耗原理分析
1.介质损耗分类
按绝缘材料介质损耗的物理性质，可以分为以下几种基本形式：
（1）漏电导损耗：任何电介质总有一定的导电能力。所以，在电压作用下电介质中流过泄漏（电导）电流，造成能量损耗。这种损耗在交、直流电压作用下都存在。
（2）极化损耗：电介质在交流电压作用下，发生周期性的极化。此时介质中的带电质点（主要是离子）在交变电场作用下，做往复有限位移并重新排列，这种损耗称为极化损耗。如果电源频率增加，质点往复运动的频率也增加，极化损耗增大。在交流电压作用下，电介质（指不均匀的）的夹层极化反复引起电荷重新分布（吸收电流），这个过程也要消耗能量。
（3）局部放电损耗：常用的固体绝缘材料中总有气隙（或油隙）。绝缘材料各层的电场强度几乎与该层材料的相对电容率（介电系数）ε成反比。气体的介电系数较固体绝缘材料低得多，所以气隙部分的电场强度较大。但是，气隙的耐压强度却远低于固体绝缘材料。
2.高压介损仪工作原理
通过一个可程控的调频调幅变频电源，产生40～70Hz可调的正弦波，经过激磁变压器，驱动谐振回路工作，最终输出试验要求的电压，加到被试电流互感器上。经过电流互感器的三相被试回路的电流信号，以及标准回路的电流信号，通过高压介损测量板高精度实时高速采样，并经单片机分析计算，从而得出被试品的电容量及介损值。
三、高压介损检测绝缘缺陷实例
某单位1台LCWB2-220W 电流互感器在预试中被发现tanδ较上一次试验值有较大增长，但在合格范围内，且电容量无变化。为准确判断互感器绝缘水平，进行了高电压下的介损测量。
从试验数据可以看出，该只电流互感器在10kV时介损试验合格，但电压升至运行电压 127kV后，介损tanδ变化值为 0.8％，远远超出了《电力设备预防性试验规程》要求的±0.3％范围，应退出运行。用油色谱分析气体组分明显发生变化。
通过tanδ－U曲线和油色谱数据分析，该互感器存在严重绝缘缺陷，tanδ－U曲线与局部放电缺陷的曲线形状大体一致，解体检查无缺油现象和受潮痕迹，外观上未见异常。因此判断互感器局部放电缺陷，油中由于存在放电而产生了大量气体，如继续运行有可能在运行中造成绝缘损坏，后经互感器局部放电测量验证，互感器存在局部放电绝缘缺陷。由本例可见高压介损试验发现绝缘缺陷的有效性，该电流互感器10kV介损合格，若不进行高电压下介损试验，很难发现绝缘缺陷，继续投入运行势必会给电网安全造成隐患。有许多这样的例子，试验结果合格的电流互感器运行中却发生故障，甚至引起爆炸，这主要是因为10kV下的介损测量很难发现一些内部潜在的缺陷和高电压下的局部放电性的缺陷。可见，进行高电压下的介损试验对进一步分析判断绝缘的性质是十分关键的。
四、结论
从上述高压介损监测绝缘缺陷试验可以看出，合格的电流互感器运行中经常发生故障，需要在高电压下做介损试验，判断绝缘的性质。
参考文献：
[1]王亚辉.介质损耗测试仪变频电源研究[D]．石家庄：河北农业大学，2005.
[2]魏永清.强电场干扰下介质损耗因数的测量[J].水力发电，2002，（2）.
[3]汪宏正，何志兴，张古银.绝缘介质损耗与带电测试[M]．合肥：安徽科学技术出版社，1988.
[4]宋庆贵，高升云.220KV电流互感器运行电压下的介质损耗测定[J].黑龙江电力，2004，（3）.
（作者单位：江西科晨高新技术发展有限公司）