祁?lèi)?ài)軍　郭亮　張東

摘要：電磁式電壓互感器作為計(jì)量電能裝置的重要組成部分，其誤差特性直接關(guān)系到電能計(jì)量的準(zhǔn)確性。本文通過(guò)對(duì)額定容量不足、額定功率因數(shù)低、諧波、過(guò)電壓、熱作用等因素引起的誤差特性惡化進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的政策建議，進(jìn)而為防止電磁式電壓互感器誤差特性隱形惡化提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電壓互感器 誤差分析

1 電磁式電壓互感器誤差特性概述

電磁式電壓互感器（TV）是計(jì)量電能的重要裝置，其誤差特性直接關(guān)系到計(jì)量電能的準(zhǔn)確程度。檢測(cè)TV的誤差特性，通常情況下是按照檢定規(guī)程的相關(guān)要求和銘牌的參數(shù)進(jìn)行。在某些情況下，在實(shí)際條件下運(yùn)行的TV，其誤差可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相關(guān)規(guī)定的允許值。在使用TV的過(guò)程中，往往會(huì)忽視上述因素，導(dǎo)致TV的誤差特性被進(jìn)一步惡化，然而相關(guān)工作人員卻沒(méi)有察覺(jué)，這就是所謂的TV為隱性惡化。所以，為了降低因計(jì)量誤差造成的電能損失，通過(guò)采用其他措施進(jìn)行改進(jìn)，使得TV誤差特性造成進(jìn)一步惡化。因此，對(duì)引起TV誤差特性惡化的原因需要進(jìn)行研究分析。

2 TV誤差特性惡化的原因

通常情況下，額定容量不足、實(shí)際功率因數(shù)低、諧波、過(guò)電壓、熱作用等是引起TV誤差特性惡化的主要原因。

2.1 額定容量不足

在繞組時(shí)，在TV中由于存在直流電阻和漏電抗，壓降因負(fù)載連接而出現(xiàn)，隨著負(fù)載的變化二次電壓也發(fā)生相應(yīng)的變化，TV誤差也隨之出現(xiàn)很大的變化。根據(jù)相關(guān)的規(guī)定，在選擇TV二次額定容量Sn過(guò)程中，控制實(shí)際二次容量S，使之在（1/4）Sn≤S≤Sn，通常情況下根據(jù)下列公式計(jì)算TV實(shí)際的二次容量：

S=[（∑Skcosφk）2+（∑Sksinφk）2]1/2=[（∑Pk）2+（∑Qk）2]1/2，

其中：cosφk 和Sk分別為接在TV二次側(cè)的各設(shè)備的功率因數(shù)和視在功率。

在選擇TV額定容量的過(guò)程中，其容量出現(xiàn)不足的原因包括先天不足和后天性形成兩方面。

先天不足：

①設(shè)計(jì)人員由于缺乏計(jì)量專(zhuān)業(yè)知識(shí)，在選取額定容量的過(guò)程中，經(jīng)常透露出認(rèn)識(shí)方面的不足；

②工作人員自身能力存在不足，對(duì)電壓回路參數(shù)和結(jié)構(gòu)不熟悉、不清楚，在工作過(guò)程中，遇到相應(yīng)的問(wèn)題又不愿意去查詢(xún)使用手冊(cè)，在一定程度上造成計(jì)算錯(cuò)誤；

③工作人員工作時(shí)，粗心馬虎，對(duì)計(jì)量工作缺乏必要的重視，對(duì)于系統(tǒng)中接入的設(shè)備數(shù)量更是不清楚，計(jì)算時(shí)沒(méi)有將后備線路歸入計(jì)算范圍；

④在選擇TV的過(guò)程中，工作人員為了節(jié)省成本，貪圖便宜，導(dǎo)致投入使用的TV額定容量小。

后天形成：

工作人員在安裝計(jì)量設(shè)備時(shí)，雖然額定容量的TV已經(jīng)確定，但是為了后期的工作，為了檢測(cè)和管理的需要，在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，在系統(tǒng)中又接入了用于遙測(cè)的電壓變送器、功率變送器，電壓監(jiān)測(cè)儀等設(shè)備，在運(yùn)行多年的變電所中這種想象最容易發(fā)生。更為嚴(yán)重的是，還要通過(guò)TV來(lái)給這些設(shè)備中的部分設(shè)備進(jìn)行供電。另外，因用電形勢(shì)的不斷增加，在短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)中增加新的線路和許多TV回路設(shè)備。在系統(tǒng)中，隨著設(shè)備的不斷接入，TV二次回路的實(shí)際總?cè)萘吭谝欢ǔ潭壬铣鲎畛踹x定的額定容量。

2.2 TV的實(shí)際功率因數(shù)比較低

電壓線圈功率因數(shù)大小方面，對(duì)于感應(yīng)式三相電能表來(lái)說(shuō)其值為0.2～0.3。然而在電子式電能表中，由于通過(guò)小型的TV作隔離和采樣，進(jìn)一步處理電壓回路，所以功率因數(shù)一般在0.3～0.5。另外，在系統(tǒng)中由于感性負(fù)載的接入，在整個(gè)電壓二次回路中，電子式電能表的功率因數(shù)通常為0.3左右。當(dāng)前，電磁式TV在電力系統(tǒng)中得到廣泛使用，其功率因數(shù)通常會(huì)為0.8。

2.3 諧波

在電力網(wǎng)中，由于在系統(tǒng)中接入了大容量用電整流設(shè)備、換流設(shè)備，以及一些非線性負(fù)荷等，進(jìn)而在一定程度上導(dǎo)致在系統(tǒng)中出現(xiàn)諧波。在電壓等級(jí)為中、低檔的系統(tǒng)中，電磁感應(yīng)式TV得到廣泛使用。電磁感應(yīng)式TV在運(yùn)行的過(guò)程中，由于原、副邊存在漏阻抗和電容，以及副邊負(fù)載存在附加誤差等，在滿(mǎn)足高次諧波條件時(shí)，當(dāng)TV鐵芯出現(xiàn)不飽和現(xiàn)象，或者一次繞組的漏抗較小時(shí)，在一定程度上將會(huì)導(dǎo)致誤差特性繼續(xù)惡化。TV誤差隨正弦波畸變率的增大而非線性地增加，與此同時(shí)，偶次諧波對(duì)TV誤差的影響程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)奇次諧波對(duì)TV誤差的影響程度。如果TV運(yùn)行在諧波環(huán)境中，其誤差特性通過(guò)采用接線形式的方式是無(wú)法降低的。通過(guò)對(duì)諧波進(jìn)行多年的測(cè)試，對(duì)比檢測(cè)結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)：在電力系統(tǒng)中注入的諧波，電壓畸變程度與該點(diǎn)的短路容量、運(yùn)行方式符合數(shù)學(xué)的反比關(guān)系。

2.4 電力系統(tǒng)過(guò)電壓

電力系統(tǒng)中存在的形式各異的電感元件（變壓器、TV、發(fā)電機(jī)、消弧線圈等）與各式的電容（對(duì)地、相間電容，補(bǔ)償用的串、并聯(lián)電容，高壓設(shè)備的寄生電容等），有可能形成振蕩回路，在滿(mǎn)足一定條件便會(huì)出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，形成諧振過(guò)電壓。通常情況下，諧振過(guò)電壓產(chǎn)生的原因主要包括：一方面操作或發(fā)生故障產(chǎn)生過(guò)電壓，另一方面諧振條件被破壞時(shí)也容易產(chǎn)生過(guò)電壓。另外，在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，系統(tǒng)處于輸電線路出現(xiàn)折斷、斷路器非全相操作、熔斷器熔斷一相等非全相運(yùn)行狀態(tài)下，這時(shí)以容易產(chǎn)生諧振過(guò)電壓。在電力系統(tǒng)中出現(xiàn)單相接地故障，造成非故障相的電壓升高，在一定程度上可能會(huì)超出線電壓三角形之外，進(jìn)而發(fā)生中性點(diǎn)位移或者不穩(wěn)定的現(xiàn)象。在系統(tǒng)中，當(dāng)熄滅單相接地電弧后，中性點(diǎn)的不穩(wěn)定電壓被TV的鐵芯飽激發(fā)起。當(dāng)條件具備的情況下，上述現(xiàn)象均可能造成TV嚴(yán)重超差。對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，出現(xiàn)單相短路接地時(shí)，那么帶著故障運(yùn)行的時(shí)間會(huì)超過(guò)兩小時(shí)，在一定程度上會(huì)造成TV超差，過(guò)熱嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞設(shè)備。

2.5 熱作用

如果熱作用的影響時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，在一定程度上降低TV鐵芯的磁導(dǎo)率，進(jìn)一步惡化誤差特性。如果TV的運(yùn)行時(shí)間超過(guò)5年，通常情況下鐵芯的各種損耗都是通過(guò)熱能的形式揮發(fā)。如果熱作用的影響時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，鐵芯的磁導(dǎo)率進(jìn)一步降低，出現(xiàn)誤差偏負(fù)，甚至超差現(xiàn)象的發(fā)生。

3 總結(jié)

在誤差允許的范圍內(nèi)，要確保TV正常平穩(wěn)地運(yùn)行，通暢情況下可以如下措施：

①選擇科學(xué)、合理的TV接線方式。在條件允許的情況下，計(jì)量變電所的電能，利用專(zhuān)用的TV二次繞組，對(duì)TV繞組——負(fù)載結(jié)線方式進(jìn)行單一化處理，便于計(jì)算所選TV容量與功率因數(shù)。

②為了避免諧振損壞設(shè)備，引發(fā)事故，在TV的二次回路中，選擇電容補(bǔ)償方法要慎重。

③選取容量的過(guò)程中，留出較大的裕量。

④定期測(cè)量TV二次回路的導(dǎo)納。

⑤遵守定期輪換制度。

⑥在額定功率因數(shù)方面，盡量與實(shí)際功率因數(shù)保持一致。

⑦為了避免用戶(hù)向電網(wǎng)輸送諧波，需要對(duì)電網(wǎng)諧波進(jìn)行管理。

⑧通過(guò)合理的措施消除過(guò)電壓。

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作者簡(jiǎn)介：祁?lèi)?ài)軍（1968-），工程師，本科，畢業(yè)于內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)電力工程自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事電廠電氣專(zhuān)業(yè)檢修工作；郭亮（1973-），工程師，本科，2001年畢業(yè)于內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)電力工程系電力工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事電廠電氣運(yùn)行工作；張東（1975-），工程師，本科，1999年畢業(yè)于中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)電氣工程自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事電網(wǎng)輸配電管理工作。