CVT的电压互感

电容式电压互感器(CVT)在国外已有四十多年的发展历史，在72.5～800kV电力系统中得到普遍应用。国产CVT从1964年在西安电力电容器厂诞生以来，也积累了三十五年的制造和运行经验，现已进入成熟期。尤其是近几年，国产CVT在准确度及输出容量的提高以及成功地采用速饱和电抗型阻尼器使铁磁谐振阻尼特性和瞬变响应特性明显改善等方面有了突破性进展。电力部门广大用户普遍认识到：国产CVT已达到或超过电磁式电压互感器(VT)的各项性能指标，同时还具有绝缘强度高、不会与系统发生铁磁谐振、高电压下价格较低以及可兼作耦合电容器用于载波通信(PLC)等优点。所以，“九五”以来，国产CVT得到广泛应用，产品电压范围覆盖35～500kV。在110～220kV，CVT用量已占绝对优势，不仅在新站优先选用，在老站改造中往往用CVT取代VT，330～500kV等级无一例外地选用了CVT。即使在35～66kV，CVT价格并不占优势，考虑到从根本上消除VT与系统产生的铁磁谐振，有的电站也选用了CVT。1995年以来，CVT产销量平均以每年25%的高速增长，1998年达到4700台，占110kV及以上电压互感器的90%。
在此期间，随着电力电容器绝缘技术和材料科学的发展，国外CVT在设计和制造工艺方面又有了很大改进，还有一些新型产品的发展动向。我们应当及时总结国内外CVT的制造和运行经验，进一步促进国产CVT的发展，为我国的城乡电网建设改造和超高压电网建设提供优质、可靠的产品。 CVT的高电压主要由电容分压器承受，因而电容器的介质材料选用是十分重要的。八十年代后期，国内外几乎同时用聚丙烯薄膜与电容器纸复合浸渍有机合成绝缘油介质取代电容器纸浸矿物油介质。由于薄膜耐电强度是油浸纸的4倍，介质损耗则降为后者的1/10，加之合成油的吸气性能良好，采用膜纸复合介质后可使CVT电容量增大，介损降低，局部放电性能改善，绝缘裕度提高。同时由于薄膜与油浸纸的电容温度特性是互补的，合理的膜纸搭配可使电容器的电容温度系数大幅降低。这些都为CVT准确度提高和额定输出增大以及运行可靠性的提高创造了条件。
近几年，所用介质材料性能不断提高，电容器制造工艺和绝缘结构设计不断改进。国外薄膜与纸的搭配按层数分有1膜2纸、2膜1纸、2膜2纸等，绝缘浸渍剂有烷基苯(ABB称FARADOL300)、M/DBT和SAS-40等。国内采用的固体介质一般为2膜3纸，也有用2膜1纸的；浸渍剂主要是烷基苯，有的产品用PXE，特殊情况下也有用M/DBT的。国内外介质结构和浸渍剂的应用的发展基本上也是同步的。为降低电容器元件边缘场强，国外采用了铝箔折边、突出的新结构。有的采用较厚铝箔作元件电极的引出，而不用传统的铜引线片，这可防止引线片对介质的损伤并能使边缘场强均匀。电容器心子的支架很早就采用电工纸板而不用胶纸板。国内参照国外先进技术现已开始采用铝箔引出电极并已用电工纸板取代传统的酚醛纸板，这有利于支架绝缘的真空干燥浸渍，充分排除气泡和水份，消除了引起内部故障的可能性。 CVT内部含有电容和非线性电感元件(中间变压器、补偿电抗器)，在一次突然合闸或二次短路消除产生的过电压作用下有可能产生内部分次谐波铁磁谐振现象，危及CVT本身的安全，影响二次测量、保护的正常工作，所以采用适当的阻尼器是CVT的一项关键技术。国外CVT从八十年代就开始采用速饱和电抗器型阻尼器，在正常运行情况下阻抗很大，消耗功率很小，不影响测量准确度。当谐振过电压产生后电抗器饱和，大电流通过与其串联的电阻，消耗功率很大，能在10个工频周期内迅速阻尼铁磁谐振。西容厂在国内率先进行了各种阻尼器的研究和应用，经历了电阻型、谐振型到速饱和型阻尼器的发展过程，1990年开发成功的速饱和型阻尼器，现已在国内全行业推广应用。
象任何新技术的应用一样，速饱和阻尼器在应用中也遇到和解决了一些新的技术难题。问题就在于按IEC标准和国标做铁磁谐振试验合格的产品，有的在投运时还会发生内部持续的铁磁谐振现象，伴随着输出电压波形畸变和异常响声。为此我们进行了技术攻关，采取一系列的技术和质量控制措施：首先对外购的速饱和电抗器用坡莫合金铁心特性参数进行严格检测，并适当降低了中间变压器的磁密。而后又经过深入研究，得到了新的认识，总结出一套新的铁磁谐振试验方法，用它试验合格的产品能确保在任何电冲击下(包括现场在额定电压下合闸突加电压)都能有效防止铁磁谐振的产生，用这种试验方法重新选择了阻尼器参数，并用来进行CVT的出厂检验。经过在天津杨柳青电厂和宜昌供电局的现场验证，以及1998年生产的1500多台CVT无一发生谐振的实践，说明改进措施是有效的，是国产CVT的一大技术进步，同时也否定了所谓“国产CVT解决不了谐振问题”的说法。其实，国外CVT在中国运行中也曾发生过谐振问题，近几年也进行过改进，能否确保不再发生谐振，尚未在中国得到验证。
采用先进的速饱和电抗型阻尼器，不仅能有效地阻尼铁磁谐振，而且会使CVT的瞬变响应特性得到明显改善。采用谐振型阻尼器的CVT在一次侧短路后，经20ms，二次侧剩余电压不超过10%，采用速饱和阻尼器后剩余电压可降到5%以下，能满足现代快速继电保护的要求。 国外CVT普遍注意造型美观，防腐性能较好。外露金属件由铝合金制成或是热镀锌的，油箱是铝合金焊接或铸造而成，螺栓、螺母等紧固件由耐酸钢制成，可以做到现场不必重新涂漆。内部结构上也有许多独到之处，变压器用环形铁心，电抗器用C形铁心，中压套管由环氧树脂真空浇注而成，中压端子与电磁装置连接用弹簧片实现压力接触，不用连接导线。为了使用方便，ABB公司CVT将电压调节抽头引出油箱，当运行中二次负荷变化时经过调节可使精度不变或提高，甚至还可实现电磁装置和电容分压器在现场重新组合。为节省安装面积和费用，国外CVT一般都允许将线路阻波器装在顶部。
国产CVT在这方面有一定差距。加工粗糙，防腐性能差，在结构上为用户考虑不够。近几年情况开始转变，工厂购置了数控机床、加工中心等精密设备提高加工精度，开始使用真空浇注环氧树脂的中压套管，有的产品如(TYD4500)已将误差调节端子引出，开发出CVT耦合电容器顶上装有阻波器的一体化装置(内含结合滤波器)并通过了抗地震试验。在防腐方面，国内热镀锌质量尚差，我们采用了油箱喷塑新工艺，紧固件经过渗锌处理，显著提高了防腐性能。 ①绝缘可靠性高。作为承受高电压的电容分压器，其介质强度是最重要的因素，介质击穿不仅会影响CVT的测量准确度，更严重的是有可能造成电容器爆炸、起火的恶性事故。国产CVT中电容器介质工作场强一般为进口产品的70%以下，加之绝缘结构的改进，严格控制油中微量水份，降低了电容器介损和局部放电量，其绝缘特性明显高于进口产品，这在国内大量的运行经验中得到了验证。最近我国进口国外某公司的500kV和220kV CVT发生了严重的爆炸事故和电容器介质击穿故障，更换为西容厂生产的CVT后投入了正常运行。所以，正如无功补偿用国产并联电容器可靠性高一样，国产CVT的绝缘可靠性也比进口产品高，能更好地适应国内市场的需要。
②能可靠地阻尼铁磁谐振。经过对速饱和阻尼器进行大量的应用研究和改进，并按严格的工厂标准进行质量控制，确保出厂的每一台CVT均能够在从低到高至额定电压因数的任何电压下有效阻尼各种频率的铁磁谐振，这已在大量的运行实践中得到了证实。
③优良的瞬变响应特性。由于设计参数选择合理，采用速饱和阻尼器的国产CVT均能保证在一次短路后其二次剩余电压在20ms内降到5%以下。而国外CVT一般只保证剩余电压为10%，仅个别产品能达到5%。这样，国产CVT在配合快速继电保护方面也有一定优势。
④能用来进行电网谐波的监测。一般说来，由于采用工频下电感和电容互补原理，在CVT的二次端子测量高次谐波电压就会有较大误差。然而，西容厂在CVT上配备一个部件，提供一对谐波监测端子，就可利用电容分压器来准确测试电网谐波，其误差满足国标GB/T14549《电能质量——公用电网谐波》的要求。该技术已批准为国家实用新型专利。 ①外观设计与制造工艺与国外差距较大。整体造形不够美观，加工和装配质量粗糙，这与基础件水平低(如瓷套外观质量)、工艺装备落后和质量控制不严有关。
②金属外露件防腐处理差。国外铸铝合金或铝合金焊接件且不说，其热镀锌质量也远比国内好。国内不仅热镀锌质量差，油漆也有脱落和退色现象，使用中需多次涂漆。
③对用户的使用要求注意不够。有的参数和特性尚未提供试验数据，如电网频率变化对CVT测量精度的影响、电容器1A高频电流的承受能力试验、介损随温度的变化曲线等。国外CVT大都允许装载线路阻波器，国产CVT只有110kV的产品在个别场合下是由用户自己组装使用的。 4.1　首先针对国产CVT目前存在的差距改进设计和制造工艺，全面满足IEC标准、国家标准、电力标准与规程以及使用部门的特殊要求，降低故障率，真正实现免维修、少维护。
4.2　采用当代新技术，大力开发新型CVT产品。国外电容分压式光电电压互感器已经问世，IEC《电子式电压互感器》标准草案正在讨论中，国际大电网会议也把研制光电互感器作为未来开发的新技术进行研究。国外专家普遍认为，由于有接口、容量、习惯等各方面的问题，近十年光电互感器不会有大规模的发展， 但在十年后会有一个大发展，在发展的数路上先会是低电压的，取得经验后逐步向高电压发展。国内已有人投入力量开发电子式电压互感器，今后会跟踪国外新技术的发展，逐步达到实用化并实现规模化生产和应用。
4.3　产品向难燃、防爆和更高电压等级发展。采用硅橡胶合成套管和充SF6气体的独立式CVT和G1S配套用CVT具有耐污、防爆、难燃和绝缘可靠等优点，近期有望开发成功。随着我国西电东送的实施，西北电网更高电压等级750kV已基本确定，研制750kV CVT已成当务之急。 近几年CVT在我国发展迅速，也积累了丰富的使用和监测经验。但由于制造厂对产品性能的介绍和技术服务未能跟上，也出现了一些有待解决的应用技术问题。随着产品的发展和供电可靠性要求的提高，CVT的应用技术也将相应发展和提高。
①二次输出的合理选择。CVT的二次额定输出是由二次所接测量和保护装置所需负荷的总和决定的，CVT输出越大，制造成本和价格就越高。根据国外经验，一般按二次实际负荷的1.3～1.5倍来确定CVT的额定输出较为合理。现代继电保护和测量的负荷不大，根据标准，当实际负荷低于CVT额定输出的25%时，误差就有可能超出相应准确级的规定值。所以，应当走出“输出越大越好”的误区，从实际需要出发提出要求。
②现场试验方法的改进。CVT是全密封、免维修设备，在安装投运前和每年一次的预防性试验中不必要按出厂试验项目逐一测试，更不要打开产品检查内部结构和进行试验。现场试验目的是检查运输和运行过程有无异常变化，试验项目和要求已在产品使用说明书中给出，它包括电容器的电容和介损(tanδ)测量及中间变压器各绕组的绝缘电阻测量。必要时也可进行准确度的比对(同型号、规格产品相互比较)测试。
对单柱式结构CVT的下节电容器测试时，只需测试整台电容器的C和tanδ，而无必要分别测C1和C2。因为C1和C2由同样的电容器元件串联而成，装在同一瓷套内，内部绝缘油也是连通的，在整体测试时得到的是C1和C2串联数据，可以与出厂数据或上次试验数据相比较，来判断电容器是否良好，完全能反映C1和C2的元件击穿或受潮情况。过去曾有用所谓“自激法”从二次加压来分别测C1和C2的，大量的实践表明“自激法”问题较多。一方面试前、试中和试后恢复有很多注意事项，容易出现差错造成设备仪器的损伤；第二是测试电压很低，回路本身又有较大误差，致使测量结果误差很大，难以判断产品是否正常。只测电容器整体C(即C1和C2串联)和tanδ是既简单又可靠的方法，这是很多地区运行监测人员实践经验的总结。
③运行监视。CVT本身是计量器具，二次电压的幅值、相位和波形能反映出设备本身的运行状况，可以说是自具在线检测功能的。应当利用这一有利条件，在运行中注意监视和比较同组或同一次电压产品的二次电压的幅值、相位和波形，某相电压有突变可能是内部故障的信号。另外，开口三角电压的突然升高或产品在运行中发出异常响声时也应引起高度重视，及早对产品作进一步检查。
④现场误差调整和电容器调配。通常结构的CVT在现场是不能进行误差调整的；带有电压、相位调节端子引出结构的CVT有可能在现场根据二次负荷的变化来调节输出电压以保证产品的准确度，或者实现单元电容器的重新调配，这些工作应在确有必要时，并且要有制造厂专业人员参加的情况下才能进行。
CVT（无级变速器）与其他变速器的区别及优势：
1．自动变速器（AT）：
CVT 与 AT 相比，变速连续不间断、没有换挡冲击现象，变速范围宽，起步较快，高速 行驶发动机转速低，油耗比 AT 减少 10%以上。
2．双离合自动变速器（DSG）
CVT 与 DSG 相比结构简单且变速范围比 DSG 宽，在高速状态油耗较低，CVT 起步使用液力变矩器，以传动液传动动力，没有部件发生摩擦，可以做到与车同寿命，终身免维护。
3．链条传动无级变速器
CVT 采用钢带传动，与链条的传动方式刚好相反，为推式传动（主动轮通过钢带的推 片推动被动轮）推片侧面的下半部分与带轮接触，摩擦面积较大，推式传动比拉式传动可以传递更大 的扭矩，所以东风日产的 CVT 可以匹配 3.5L 大排量的发动机。
4．离合器式无级变速器
CVT 采用了液力变矩器，有增加转矩的作用使起步加速性能有很大的提高。液力变矩器的超低转速使斜坡起步和倒车入库时能精准操作。与液力变矩器搭配的 CVT 可以装在需要超强扭矩的 越野车上，这种组合提高了汽车的爬坡能力，大大提升了汽车行驶崎岖路段的能力。另外，液力变矩 器以传动液传递动力，没有摩擦现象，延长了 CVT 的使用寿命，可以做到终身免维护。