一種多電壓等級用電容式電壓互感器的設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高壓電力測量領(lǐng)域，特別涉及一種多電壓等級用電容式電壓互感器的 設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電容式電壓互感器（以下簡稱CVT)在電力系統(tǒng)中的主要用途為用于電能計量和電 壓測量、繼電保護及兼做耦合電容器進行載波通信?，F(xiàn)有的電容式電壓互感器設(shè)備只適用 于一種電壓的系統(tǒng)。例:額定一次電壓為220/，3kV的產(chǎn)品只能用于220kV電力系統(tǒng)，不能適 用其它不同電壓等級的電力系統(tǒng)，使用具有局限性。在電容式電壓互感器中壓變壓器二次 繞組中抽取中間端子，使該二次繞組每兩個端子之間滿足一種電壓等級要求，能使電容式 電壓互感器在多種電壓等級的電力系統(tǒng)中均能使用，但是如何準(zhǔn)確地設(shè)置中壓變壓器二次 繞組中間端子，確定中壓變壓器匝數(shù)，使電容式電壓互感器滿足多電壓等級下各項參數(shù)的 要求，成為目前急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種多電壓等級用電容式電壓互 感器的設(shè)計方法，通過該方法使一種電容式電壓互感器產(chǎn)品可同時適用于兩種或多種電壓 等級的電力系統(tǒng)中。
[0004] 為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0005] -種多電壓等級用電容式電壓互感器的設(shè)計方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟(1)、按最高電壓等級進行電容分壓器、中壓變壓器、補償電抗器設(shè)計；
[0007] 步驟(2)、中壓變壓器一次繞組的匝數(shù)選取固定值；
[0008] 步驟(3 )、中壓變壓器二次繞組設(shè)計；
[0009] 先根據(jù)兩個電壓等級確定二次繞組的匝比誤差，設(shè)定兩個系統(tǒng)電壓分別為UA1、 Ua2,設(shè)Uai為較尚電壓等級，在電壓Uai下，電容分壓器中壓電壓為Uti，則在電壓UA2下，中壓電 壓Ut2為：
[0010] Ut2 = Ua2XUti/Uai
[0011] 在電壓υΑ1下二次繞組匝數(shù)W21，固定一次繞組的匝數(shù)時，則在電壓U A2下，二次繞組 匝數(shù)W22為：
[0012] W22=ff2lXUAl/UA2
[0013] w22/w21 = uA1/UA2
[0014] 當(dāng)UA1不是UA2整數(shù)倍時，將UA1/UA2化簡為最簡分數(shù)，中壓變壓器二次繞組匝數(shù)分別 對應(yīng)相應(yīng)分子和分母的整數(shù)倍，再按相應(yīng)的匝電勢要求范圍選擇二次繞組匝數(shù)；
[0015] 步驟(4)、二次輸出設(shè)計
[0016] 對電容式電壓互感器二次輸出設(shè)計時按較低電壓等級進行誤差校核;使中壓變壓 器在正常工作電壓范圍內(nèi)工作磁密保持在線性工作區(qū)域。
[0017] 進一步，所述步驟(1)中電容分壓器、中壓變壓器、補償電抗器設(shè)計時，先根據(jù)電容 式電壓互感器二次額定輸出先選定電容分壓器的電容，預(yù)估中壓電壓值，進行中壓變壓器 的設(shè)計，補償電抗器按照電容分壓器的容抗和中壓變壓器的漏抗進行設(shè)計，其后進行誤差 計算校核;在中壓變壓器一次繞組側(cè)和補償電抗器設(shè)有多組調(diào)節(jié)繞組，用于電容式電壓互 感器的誤差調(diào)節(jié)。
[0018] 進一步，進行中壓變壓器的設(shè)計是，中壓變壓器的一次繞組、二次繞組匝數(shù)按以下 方式計算確定：
[0019] 選取中壓變壓器繞組的工作匝電勢e，先確定二次繞組匝數(shù)W2:
[0020] ff2 = U2/e
[0021] 其中U2為二次繞組的額定電壓，12按上述計算結(jié)果取整；
[0022] 一次繞組匝數(shù)1為：
[0023] ffi = UT/U2
[0024] 其中UT為電容分壓器的中間電壓，上式計算結(jié)果取整。
[0025] 進一步，誤差計算校核包括空載誤差和負荷誤差計算；
[0026] 空載誤差是由中壓變壓器鐵心損耗和一次回路繞組損耗帶來的誤差，空載誤差的 電壓誤差fo和相位誤差知按下式計算：
[0027] Π )
[0028] (2)
[0029] 式中：1〇為中壓變壓器勵磁電流，θ〇為鐵心損耗角，1〇 · sin9〇為有功分量;1〇 · cos θ〇為無功分量；
[0030] ΧΑ-次回路剩余電抗，XfXu-Xc;
[0031] 心為一次回路電阻，包括補償電抗器繞組和中壓變壓器一次繞組的直流電阻以及 電容分壓器的等值電阻；
[0032] 負荷誤差是由二次負荷帶來的誤差，負荷誤差的電壓誤差f η和相位誤差δη按下式 計算：
[0033] (3)
[0034] ⑷
[0035] 式中：s2為二次負荷，φ為二次負荷功率因數(shù)角；
[0036] R為負荷運行時回路等效總電阻，Rzfo+R/ ;
[0037] X為負荷運行時回路剩余電抗，_Xc。
[0038] R/為折算至一次側(cè)的二次繞組短路直流電阻
[0039] XL1為一次回路漏抗，包括中壓變壓器一次繞組漏抗和補償電抗器的電抗
[0040] Xu/為折算到一次側(cè)的二次繞組漏抗
[0041] XC為等值電容的容抗。
[0042]本發(fā)明提供的電壓等級用電容式電壓互感器的設(shè)計方法，對中壓變壓器二次繞組 設(shè)計、二次輸出設(shè)計給出了明確的方法，解決了多電壓等級用中壓變壓器的設(shè)計問題，使電 容式電壓互感器滿足多電壓等級下各項參數(shù)的要求。根據(jù)本發(fā)明提供的設(shè)計方法，可設(shè)計 出一種適用于多種電壓系統(tǒng)的電容式電壓互感器產(chǎn)品。解決了原來一臺產(chǎn)品只能用于一種 電壓系統(tǒng)的現(xiàn)狀，現(xiàn)在只使用一臺產(chǎn)品就能滿足不同電壓等級的電力系統(tǒng)中的負載要求， 克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，應(yīng)用靈活，既可節(jié)約使用成本，又增強產(chǎn)品的實用性。
【附圖說明】
[0043]圖1(a)是現(xiàn)有電容式電壓互感器原理圖；圖1(b)現(xiàn)有電容式電壓互感器的等效電 路圖
[0044]圖2是本發(fā)明提供的電容式電壓互感器中壓變壓器二次繞組的示意圖 [0045]圖3是適用兩個電壓等級電壓系統(tǒng)用電容式電壓互感器電氣原理圖 [0046] 圖中：山-一次電壓;U T-中間電壓-高壓電容;C2_中壓電容;T-中壓變壓器;L-補 償電抗器汰廣一次回路電感(包括補償電抗器電感和中壓變壓器一次繞組漏電感）;心-一次 回路電阻(包括補償電抗器繞組和中壓變壓器一次繞組的直流電阻以及電容分壓器的等值 電阻）；r2'-折算至一次側(cè)的二次繞組短路直流電阻;L' 2-折算至一次側(cè)的二次繞組短路漏 電抗;Z2-二次負荷阻抗；h--次回路電流；r2-折算到一次側(cè)的二次回路電流;z〇-中壓變 壓器勵磁阻抗;Z' 2-折算到一次側(cè)的二次負荷阻抗;u'2-折算到一次側(cè)二次電壓。
【具體實施方式】
[0047]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步詳細說明，但本發(fā)明不限于這些實施例。
[0048] CVT其原理是由電容分壓器通過電容分壓，將一次側(cè)高壓轉(zhuǎn)換為中壓電壓，中壓變 壓器將中壓電壓再轉(zhuǎn)換為規(guī)定的二次低電壓。
[0049] CVT主要由電容分壓器、中壓變壓器、補償電抗器等部件組成。電容分壓器包含高 壓電容&和中壓電容C2,高壓電容&和中壓電容C 2的接點處連接中壓變壓器T，補償電抗器L 與中壓變壓器T串聯(lián)連接，其可處于中壓變壓器T的高壓側(cè)，也可處于中壓變壓器T的低壓 側(cè)。補償電抗器用于補償電容分壓器的容抗。CVT原理線路圖如圖1(a)所示。
[0050] CVT的設(shè)計主要基于經(jīng)戴維南等效發(fā)電機原理變換后的等效電路圖進行分析計 算，如圖1(b)所示。在CVT設(shè)計中，通常使回路的感抗與容抗大致相等，即：Χ(^Χ^+Χ? 中壓變壓器兩端的電壓更接近于電容分壓器的中壓UT，由于回路中直流電阻不可消除，考 慮到其對相位誤差的影響，一般感抗略大于容抗。
[0051] CVT產(chǎn)品設(shè)計流程主要是根據(jù)二次額定輸出先選定電容分壓器的電容，預(yù)估中壓 電壓值，進行中壓變壓器的設(shè)計，補償電抗器則按照電容分壓器的容抗和中壓變壓器的漏 抗進行設(shè)計，其后進行誤差計算校核。在中壓變壓器一次繞組側(cè)和補償電抗器設(shè)有多組調(diào) 節(jié)繞組，用于CVT的誤差調(diào)節(jié)。
[0052]中壓變壓器的一次繞組、二次繞組匝數(shù)按以下方式計算確定：
[0053] 選取中壓變壓器繞組的工作匝電勢e，先確定二次繞組匝數(shù)W2:
[0054] ff2 = U2/e
[0055] 其中u2為二次繞組的額定電壓，我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定二次電壓一般為100AT3V或100V。 由于匝數(shù)為整數(shù)，12按上述計算結(jié)果取整。
[0056] 一次繞組匝數(shù)1為：
[0057