耿建坡，王永輝，岳國義，陶 鵬，鄭光明

(河北省電力研究院，石家莊 050021)

按照電能計(jì)量技術(shù)管理規(guī)定，作為電能計(jì)量裝置重要組成部分的電壓互感器在投運(yùn)時(shí)必須經(jīng)過誤差測試試驗(yàn)。近2年，在變電站10 kV電壓互感器現(xiàn)場測試中，使用JJG 1201-2007《電力互感器檢定規(guī)程》進(jìn)行現(xiàn)場檢定時(shí)，由于在二次負(fù)荷的規(guī)定上，現(xiàn)場驗(yàn)收規(guī)定執(zhí)行的規(guī)程要嚴(yán)格于出廠檢定所執(zhí)行的規(guī)程，造成新出廠的電壓互感器經(jīng)常出現(xiàn)誤差測試不合格的現(xiàn)象。另外,現(xiàn)場還遇到三相三柱式電壓互感器和中性點(diǎn)經(jīng)消弧裝置接地的三相一體式電壓互感器，這2種電壓互感器使用一般的單相法進(jìn)行誤差檢定都會帶來原理性誤差錯(cuò)誤，不能正確判斷互感器在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的誤差是否合格，因此，必須施加三相對稱電壓對這些電壓互感器進(jìn)行誤差測量，而且需要二次負(fù)荷箱模擬不同組合形式的三相負(fù)荷。

1 電壓互感器下限負(fù)荷誤差超差的原因及解決措施

1.1 情況介紹

隨著電子式電能表在電能計(jì)量裝置中的普遍應(yīng)用，由于電子式電能表電壓回路的視在容量比機(jī)械式電能表電壓回路的視在容量小很多，因此對電壓互感器二次容量的要求相應(yīng)減小很多。目前，電子式電能表沒有統(tǒng)一進(jìn)行設(shè)計(jì)，各種型號電能表電壓回路的容量相差較大(0.4～1.6 VA)，而且隨著設(shè)計(jì)出線路數(shù)變化，電壓互感器的實(shí)際二次負(fù)荷有較大變化。為了使電壓互感器的工作負(fù)荷滿足現(xiàn)場所帶表計(jì)的負(fù)荷數(shù)，JJG 1201-2007要求測試誤差的下限負(fù)荷為2.5 VA，也就是說要求電壓互感器從2.5 VA到額定負(fù)荷時(shí)的誤差均滿足等級指數(shù)要求，而GB 1207-2006《電磁式電壓互感器》要求的下限負(fù)荷為額定負(fù)荷的1/4，因此，在對電能計(jì)量用電壓互感器按照J(rèn)JG 1201-2007進(jìn)行檢定時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)1/4額定負(fù)荷時(shí)檢定合格，而在下限負(fù)荷選2.5 VA時(shí)檢定不合格的情況?，F(xiàn)場對1臺二次有2個(gè)輸出繞組，額定負(fù)荷均為50 VA的電壓互感器進(jìn)行誤差測試，測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 1臺電壓互感器實(shí)測誤差值

誤差參數(shù)80%Un100%Un120%Un二次負(fù)荷S/VA比差f/%-0.104-0.104-0.10角差δ/(')2.092.172.2350/50比差f/%0.1720.1720.172角差δ/(')0.050.060.0712.5/12.5比差f/%0.2650.2650.264角差δ/(')0.120.220.272.5/0

1.2 原因分析

電壓互感器設(shè)計(jì)時(shí)的誤差主要包括匝數(shù)補(bǔ)償誤差、空載激磁誤差和二次負(fù)荷誤差。按照GB 1207-2006的規(guī)定，制造廠在設(shè)計(jì)互感器時(shí)，為節(jié)省材料和成本，一般會讓互感器額定負(fù)荷下的比值差與1/4額定負(fù)荷下的比值差變化15個(gè)化整單位，按線性影響計(jì)算，1/4額定負(fù)荷的變化對比值差影響就是5個(gè)化整單位?？梢怨烙?jì)出，互感器在零負(fù)荷下的比值誤差比1/4額定負(fù)荷下的比值誤差要偏正5個(gè)化整單位，對于0.2級的互感器，運(yùn)行在小負(fù)荷下，實(shí)際的比值誤差可能達(dá)到0.25%。

按照GB 1207-2006正常設(shè)計(jì)額定負(fù)荷為30 VA時(shí)，誤差設(shè)計(jì)為-0.15%，1/4額定負(fù)荷(7.5 VA)時(shí)誤差為0.15%，其誤差變化原因是電壓互感器存在內(nèi)阻抗Z0，在負(fù)荷不同輸出電流引起的電壓降不同。此時(shí)，按照J(rèn)JG 1201-2007的要求在二次負(fù)荷為2.5 VA檢定時(shí)，誤差接近0.25%，誤差已經(jīng)超出互感器等級要求。

1.3 解決措施

為解決該問題，應(yīng)設(shè)計(jì)額定負(fù)荷30 VA時(shí)誤差為-0.15%，下限負(fù)荷2.5 VA時(shí)誤差為0.15%。首先需要對下限負(fù)荷2.5 VA時(shí)誤差進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，方法是直接調(diào)整補(bǔ)償匝數(shù)，使下限負(fù)荷2.5 VA時(shí)誤差為0.15%，這時(shí)如果其他參數(shù)不變，額定負(fù)荷時(shí)的誤差將小于-0.2%，需要減小內(nèi)阻抗，降低內(nèi)阻抗壓降，使誤差回升到-0.15%以內(nèi)，滿足正常設(shè)計(jì)指標(biāo)。由上述誤差調(diào)整原理可看出，為解決下限負(fù)荷誤差超差的問題需要減小內(nèi)阻抗，增大二次導(dǎo)線的截面積，使線包加大，電壓互感器的材料體積加大。因此,新規(guī)程對電壓互感器的制造提出了更高要求，但生產(chǎn)廠家沒有按照新的規(guī)程進(jìn)行生產(chǎn)檢驗(yàn)，這是造成下限負(fù)荷誤差超差的原因。

2 三相電壓互感器誤差測試的問題分析及解決措施

2.1 現(xiàn)場特殊三相電壓互感器誤差測試存在的問題

2.1.1 三相三柱式電壓互感器

三相三柱式電壓互感器的結(jié)構(gòu)見圖1，一次、二次繞組分別裝在各自鐵心柱上，正常運(yùn)行情況下互感器加三相對稱電壓，因此3個(gè)鐵心的磁通ΦU、ΦV、ΦW是對稱的，其三相磁路2個(gè)邊相略長，三相的磁場強(qiáng)度HU、HV、HW也是對稱的。三相激磁電流iU0、iV0、iW0與HU、HV、HW的關(guān)系由U、V、W三相等效磁路長度LU、LV、LW來確定，且與鐵心材料和面積有關(guān)。激磁誤差是由激磁電流與一次內(nèi)阻抗產(chǎn)生的，因此三相三柱電壓互感器激磁誤差與每相的等效磁路長度直接相關(guān)。假設(shè)電壓互感器的一次匝數(shù)為N，按照圖1所示，三相磁場強(qiáng)度、三相等效磁路長度和三相激磁電流有如下關(guān)系。

HU×LU-HV×LV=Niu0-Niiv0

HU×LU-HW×LW=Niu0-Niw0

HW×LW-HV×LV=Niw0-Niv0

圖1 三相三柱式電壓互感器的結(jié)構(gòu)示意

由以上分析可看出，在對三相三柱式電壓互感器作誤差測試時(shí)，加單相電壓與加三相電壓的電壓互感器內(nèi)部磁路分布不同。加三相對稱電壓時(shí)，電壓互感器的磁路磁勢由三相激磁電流提供，每相磁路近似為一個(gè)磁柱長；而加單相U相電壓時(shí)，由于V、W相沒有電壓,激磁電流為0，無磁勢產(chǎn)生，U相磁通需要通過V相、W相鐵心構(gòu)成回路，其U相等效磁路LU′相對于單相時(shí)的LU，會發(fā)生很大的變化，其激磁電流iU0′與三相升壓時(shí)的iU0有很大變化，激磁誤差會與加三相電壓時(shí)不同，不能用單相電壓法測試出運(yùn)行情況下的誤差，因此三相電壓互感器進(jìn)行誤差測試時(shí)，必須使用三相對稱電壓進(jìn)行測試?，F(xiàn)場對1臺0.2級二次只有1個(gè)輸出繞組的電壓互感器分別用2種方法測試下限負(fù)荷誤差，其誤差測試數(shù)據(jù)見表2。

表2 單相法和三相法測試電壓互感器誤差比較

誤差參數(shù)80%Un100%Un120%Un二次負(fù)荷S/VA三相法U比差f/%0.2100.2160.219角差δ/(')1.611.772.102.5V比差f/%0.2680.2560.291角差δ/(')1.361.021.212.5W比差f/%0.2370.2310.213角差δ/(')-0.620.100.562.5單相法U比差f/%0.1610.1790.186角差δ/(')1.421.251.352.5V比差f/%0.1550.1700.176角差δ/(')1.130.890.822.5W比差f/%0.1660.1810.186角差δ/(')1.301.221.362.5

從表2數(shù)據(jù)可以看出，用單相法測試的電壓互感器誤差小于用三相法測試的誤差，且V相變化最大，得出的檢定結(jié)論也不相同。

2.1.2 中性點(diǎn)帶高阻抗一體式三相電壓互感器

某種10 kV電壓互感器箱三相做成了一個(gè)整體，外接端子只有一次高壓U、V、W和接地鈕N，二次端子只有u、v、w、n端子，其內(nèi)部接線示意見圖2。

圖2 中性點(diǎn)帶高阻抗一體式三相電壓互感器內(nèi)部接線示意

按照以上互感器的工作原理，當(dāng)對一體式三相電壓互感器進(jìn)行誤差測試時(shí)，在U相加單相電壓時(shí)，電壓施加于U相、N相之間，由于UN之間串聯(lián)一個(gè)高阻抗Z，使加在電壓線圈上的電壓不等于外電壓UUN，而中性點(diǎn)N′沒有引出，因此測出的電壓互感器誤差會有很大的負(fù)值，不能用單相電壓法測試出運(yùn)行情況下相電壓的誤差；但在UV相加線電壓時(shí)，電壓施加于U相、V相之間，當(dāng)負(fù)荷相等時(shí)UU、UV為UUV的1/2且方向相反，與實(shí)際工作時(shí)一次電壓幅值和相位有很大差別，其測出的線電壓UUV的誤差不能正確反映實(shí)際運(yùn)行下的UUV合成誤差，因此，三相一體式電壓互感器進(jìn)行誤差測試時(shí)必須使用三相對稱電壓。

2.1.3 三相負(fù)載不對稱的電壓互感器

當(dāng)電壓互感器按照Y/y型接線時(shí)，10 kV線路一般使用三相三線電能表，多數(shù)電能表只有YUV、YWV兩相負(fù)荷，此時(shí)對于Y/y型接線的電壓互感器各相負(fù)荷不相同，其負(fù)荷接線示意見圖3。

U、V、W相電壓互感器的負(fù)荷導(dǎo)納分別為：

圖3 三相不對稱情況下電壓互感器負(fù)載接線示意

此時(shí)如果用單相法進(jìn)行各相互感器接線，在測試誤差時(shí)需要給互感器二次側(cè)接相應(yīng)負(fù)荷，但由上述三相負(fù)荷計(jì)算公式可以看出，由于有相移而無法找到合適的負(fù)荷箱模擬實(shí)際工作狀態(tài)下的互感器誤差，因此，必須用三相電壓法進(jìn)行誤差測試。

2.2 一體式三相電壓互感器現(xiàn)場校驗(yàn)方法

通過以上分析可看出，必須使用三相電壓法對三相一體式電壓互感器進(jìn)行誤差試驗(yàn)，為此以下對一體式三相電壓互感器現(xiàn)場校驗(yàn)校驗(yàn)方法進(jìn)行介紹。

2.2.1 現(xiàn)場校驗(yàn)裝置

SHS3510-A型一體式三相電壓互感器現(xiàn)場校驗(yàn)裝置是在總結(jié)國內(nèi)電力系統(tǒng)三相電壓互感器使用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，將三相電壓互感器試驗(yàn)成套裝置有效地集成為一體，既方便試驗(yàn)室使用又方便現(xiàn)場測試。該成套設(shè)備將互感器校驗(yàn)儀及三相電壓負(fù)荷箱與三相調(diào)壓器進(jìn)行最大程度的技術(shù)集成和合理控制，設(shè)備整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，集成性優(yōu)良，便于現(xiàn)場移動(dòng)。將現(xiàn)場接線的工作量減小到最低的程度，實(shí)現(xiàn)了方便、安全、快捷的易用性目標(biāo)，推動(dòng)了傳統(tǒng)高壓測試的技術(shù)進(jìn)步。其主要特征有：

a. 采用一體式三相升壓器和一體式三相電壓負(fù)荷箱以及三相調(diào)壓器，并將現(xiàn)場互感器校驗(yàn)儀和一體式三相電壓負(fù)荷箱，以及三相調(diào)壓器集合在一臺小拉車上，提供了三相平衡試驗(yàn)電源。

b. 一體式三相電壓負(fù)荷箱可根據(jù)被試互感器負(fù)荷接線的不同，直接進(jìn)行V、Y、Δ方式切換，并分別模擬實(shí)際不同接線的負(fù)荷形式。

2.2.2 升三相電壓進(jìn)行電壓互感器現(xiàn)場校驗(yàn)法

變電站10 kV、35 kV側(cè)的電能計(jì)量裝置一般使用三相三線電能表，電壓互感器通常接成Y/y形式，中性點(diǎn)經(jīng)高阻抗接地，因此計(jì)量裝置綜合誤差只與線電壓UUV和UWV有關(guān)，只需要進(jìn)行3個(gè)線電壓的一次到二次的比差和角差測量。三相電壓互感器整體檢定的接線示意見圖4。

2.2.3 采用三相校驗(yàn)法應(yīng)注意的事項(xiàng)

a. 加于被校驗(yàn)互感器一次繞組上的三相電壓應(yīng)平衡對稱。

圖4 三相電壓互感器整體檢定的接線示意

b. 電源電壓的輸出相序和被校驗(yàn)互感器標(biāo)明的相序一致。特別是對于帶有角差補(bǔ)償繞組的三相電壓互感器，如果相序不一致，將會帶來附加誤差。

c. 保證電源波形失真度小于5%。

d. 在對電壓互感器三相電壓法校驗(yàn)時(shí)，當(dāng)直接進(jìn)行線電壓誤差測試時(shí)，所采用的單相標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器必須為全絕緣型，其額定線電壓及變比與被?；ジ衅飨嗤?/p>

e. 如果互感器校驗(yàn)儀回路中已有一處接地，則被校驗(yàn)互感器的二次側(cè)(包括中性點(diǎn)在內(nèi))不應(yīng)再接地，否則會造成繞組短路。

f. 采用三相電壓校驗(yàn)法時(shí)，為確定三相電壓互感器合格，應(yīng)分別測定在額定負(fù)荷和下限負(fù)荷下的誤差。為此二次繞組應(yīng)接以三相平衡負(fù)荷，即每相負(fù)荷為額定負(fù)荷的1/3(對于要求用V型負(fù)荷的應(yīng)為1/2)。

3 結(jié)束語

現(xiàn)場電壓互感器應(yīng)按照J(rèn)JG 1021-2007的規(guī)定進(jìn)行誤差測試，使互感器適應(yīng)更寬的負(fù)荷范圍，滿足實(shí)際運(yùn)行要求。使用三相電壓互感器校驗(yàn)裝置解決了三相三柱式電壓互感器單相校驗(yàn)存在的原理性誤差問題，克服了中性點(diǎn)帶高阻抗三相一體式電壓互感器不能單相法校驗(yàn)的困難。直接進(jìn)行線電壓誤差測量簡化了單相校驗(yàn)后進(jìn)行誤差合成的復(fù)雜過程，使不同的二次負(fù)荷轉(zhuǎn)換接線方式更加方便。