一种多电压等级用电容式电压互感器的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高压电力测量领域，特别涉及一种多电压等级用电容式电压互感器的 设计方法。
【背景技术】
[0002] 电容式电压互感器（以下简称CVT)在电力系统中的主要用途为用于电能计量和电 压测量、继电保护及兼做耦合电容器进行载波通信。现有的电容式电压互感器设备只适用 于一种电压的系统。例:额定一次电压为220/，3kV的产品只能用于220kV电力系统，不能适 用其它不同电压等级的电力系统，使用具有局限性。在电容式电压互感器中压变压器二次 绕组中抽取中间端子，使该二次绕组每两个端子之间满足一种电压等级要求，能使电容式 电压互感器在多种电压等级的电力系统中均能使用，但是如何准确地设置中压变压器二次 绕组中间端子，确定中压变压器匝数，使电容式电压互感器满足多电压等级下各项参数的 要求，成为目前急需解决的问题。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种多电压等级用电容式电压互 感器的设计方法，通过该方法使一种电容式电压互感器产品可同时适用于两种或多种电压 等级的电力系统中。
[0004] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0005] -种多电压等级用电容式电压互感器的设计方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤(1)、按最高电压等级进行电容分压器、中压变压器、补偿电抗器设计；
[0007] 步骤(2)、中压变压器一次绕组的匝数选取固定值；
[0008] 步骤(3 )、中压变压器二次绕组设计；
[0009] 先根据两个电压等级确定二次绕组的匝比误差，设定两个系统电压分别为UA1、 Ua2,设Uai为较尚电压等级，在电压Uai下，电容分压器中压电压为Uti，则在电压UA2下，中压电 压Ut2为：
[0010] Ut2 = Ua2XUti/Uai
[0011] 在电压υΑ1下二次绕组匝数W21，固定一次绕组的匝数时，则在电压U A2下，二次绕组 匝数W22为：
[0012] W22=ff2lXUAl/UA2
[0013] w22/w21 = uA1/UA2
[0014] 当UA1不是UA2整数倍时，将UA1/UA2化简为最简分数，中压变压器二次绕组匝数分别 对应相应分子和分母的整数倍，再按相应的匝电势要求范围选择二次绕组匝数；
[0015] 步骤(4)、二次输出设计
[0016] 对电容式电压互感器二次输出设计时按较低电压等级进行误差校核;使中压变压 器在正常工作电压范围内工作磁密保持在线性工作区域。
[0017] 进一步，所述步骤(1)中电容分压器、中压变压器、补偿电抗器设计时，先根据电容 式电压互感器二次额定输出先选定电容分压器的电容，预估中压电压值，进行中压变压器 的设计，补偿电抗器按照电容分压器的容抗和中压变压器的漏抗进行设计，其后进行误差 计算校核;在中压变压器一次绕组侧和补偿电抗器设有多组调节绕组，用于电容式电压互 感器的误差调节。
[0018] 进一步，进行中压变压器的设计是，中压变压器的一次绕组、二次绕组匝数按以下 方式计算确定：
[0019] 选取中压变压器绕组的工作匝电势e，先确定二次绕组匝数W2:
[0020] ff2 = U2/e
[0021] 其中U2为二次绕组的额定电压，12按上述计算结果取整；
[0022] 一次绕组匝数1为：
[0023] ffi = UT/U2
[0024] 其中UT为电容分压器的中间电压，上式计算结果取整。
[0025] 进一步，误差计算校核包括空载误差和负荷误差计算；
[0026] 空载误差是由中压变压器铁心损耗和一次回路绕组损耗带来的误差，空载误差的 电压误差fo和相位误差知按下式计算：
[0027] Π )
[0028] (2)
[0029] 式中：1〇为中压变压器励磁电流，θ〇为铁心损耗角，1〇 · sin9〇为有功分量;1〇 · cos θ〇为无功分量；
[0030] ΧΑ-次回路剩余电抗，XfXu-Xc;
[0031] 心为一次回路电阻，包括补偿电抗器绕组和中压变压器一次绕组的直流电阻以及 电容分压器的等值电阻；
[0032] 负荷误差是由二次负荷带来的误差，负荷误差的电压误差f η和相位误差δη按下式 计算：
[0033] (3)
[0034] ⑷
[0035] 式中：s2为二次负荷，φ为二次负荷功率因数角；
[0036] R为负荷运行时回路等效总电阻，Rzfo+R/ ;
[0037] X为负荷运行时回路剩余电抗，_Xc。
[0038] R/为折算至一次侧的二次绕组短路直流电阻
[0039] XL1为一次回路漏抗，包括中压变压器一次绕组漏抗和补偿电抗器的电抗
[0040] Xu/为折算到一次侧的二次绕组漏抗
[0041] XC为等值电容的容抗。
[0042]本发明提供的电压等级用电容式电压互感器的设计方法，对中压变压器二次绕组 设计、二次输出设计给出了明确的方法，解决了多电压等级用中压变压器的设计问题，使电 容式电压互感器满足多电压等级下各项参数的要求。根据本发明提供的设计方法，可设计 出一种适用于多种电压系统的电容式电压互感器产品。解决了原来一台产品只能用于一种 电压系统的现状，现在只使用一台产品就能满足不同电压等级的电力系统中的负载要求， 克服了现有技术的不足，应用灵活，既可节约使用成本，又增强产品的实用性。
【附图说明】
[0043]图1(a)是现有电容式电压互感器原理图；图1(b)现有电容式电压互感器的等效电 路图
[0044]图2是本发明提供的电容式电压互感器中压变压器二次绕组的示意图 [0045]图3是适用两个电压等级电压系统用电容式电压互感器电气原理图 [0046] 图中：山-一次电压;U T-中间电压-高压电容;C2_中压电容;T-中压变压器;L-补 偿电抗器汰广一次回路电感(包括补偿电抗器电感和中压变压器一次绕组漏电感）;心-一次 回路电阻(包括补偿电抗器绕组和中压变压器一次绕组的直流电阻以及电容分压器的等值 电阻）；r2'-折算至一次侧的二次绕组短路直流电阻;L' 2-折算至一次侧的二次绕组短路漏 电抗;Z2-二次负荷阻抗；h--次回路电流；r2-折算到一次侧的二次回路电流;z〇-中压变 压器励磁阻抗;Z' 2-折算到一次侧的二次负荷阻抗;u'2-折算到一次侧二次电压。
【具体实施方式】
[0047]下面结合附图对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
[0048] CVT其原理是由电容分压器通过电容分压，将一次侧高压转换为中压电压，中压变 压器将中压电压再转换为规定的二次低电压。
[0049] CVT主要由电容分压器、中压变压器、补偿电抗器等部件组成。电容分压器包含高 压电容&和中压电容C2,高压电容&和中压电容C 2的接点处连接中压变压器T，补偿电抗器L 与中压变压器T串联连接，其可处于中压变压器T的高压侧，也可处于中压变压器T的低压 侧。补偿电抗器用于补偿电容分压器的容抗。CVT原理线路图如图1(a)所示。
[0050] CVT的设计主要基于经戴维南等效发电机原理变换后的等效电路图进行分析计 算，如图1(b)所示。在CVT设计中，通常使回路的感抗与容抗大致相等，即：Χ(^Χ^+Χ? 中压变压器两端的电压更接近于电容分压器的中压UT，由于回路中直流电阻不可消除，考 虑到其对相位误差的影响，一般感抗略大于容抗。
[0051] CVT产品设计流程主要是根据二次额定输出先选定电容分压器的电容，预估中压 电压值，进行中压变压器的设计，补偿电抗器则按照电容分压器的容抗和中压变压器的漏 抗进行设计，其后进行误差计算校核。在中压变压器一次绕组侧和补偿电抗器设有多组调 节绕组，用于CVT的误差调节。
[0052]中压变压器的一次绕组、二次绕组匝数按以下方式计算确定：
[0053] 选取中压变压器绕组的工作匝电势e，先确定二次绕组匝数W2:
[0054] ff2 = U2/e
[0055] 其中u2为二次绕组的额定电压，我国标准规定二次电压一般为100AT3V或100V。 由于匝数为整数，12按上述计算结果取整。
[0056] 一次绕组匝数1为：
[0057