曾亞斌，劉梓俊，劉萬民

（萍鄉(xiāng)市綜合檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證院計(jì)量所，江西 萍鄉(xiāng) 337000）

通常情況下，就算是采用完全符合國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的電能表和互感器，仍然會(huì)出現(xiàn)由于電壓互感器二次側(cè)到電能表的二次回路壓降而使得測(cè)量結(jié)果存在誤差，這也是導(dǎo)致電能計(jì)量裝置誤差最主要的原因之一。

1 電壓互感器二次回路的接線形式

對(duì)于從110 kV到35 kV的電壓互感器二極連接，會(huì)在其高電壓端口配置熔斷器，而不會(huì)為二極添加任何其他安全設(shè)備或保護(hù)措施，這有助于降低電壓互感器的二級(jí)電路阻力。通過比較電壓互感和計(jì)量?jī)x表間的實(shí)際距離，可以得到如下結(jié)論：當(dāng)兩者間距超過10 m時(shí)，若要測(cè)試電壓互感的阻抗，需要保持其一極開關(guān)處于開啟狀態(tài)以完成實(shí)驗(yàn)連線。

為避免在檢測(cè)電壓變壓器的電壓損失過程中斷開其主電源開關(guān)并執(zhí)行實(shí)驗(yàn)連接，選擇讓電壓變壓器的次級(jí)輸出進(jìn)入專用的連接箱A中。通常來說，這個(gè)連接點(diǎn)和連接箱的間距不超過0.5 m，因此無需擔(dān)心它們之間可能產(chǎn)生的電壓下降問題。當(dāng)需要對(duì)電壓變壓器的次級(jí)電壓損失進(jìn)行評(píng)估的時(shí)候，可以通過把次級(jí)電纜線接到專門用于計(jì)量設(shè)備的連接箱B來計(jì)算它們的電壓損耗。

通常情況下，電壓互感器的次級(jí)連接到電能計(jì)量設(shè)備的接口模塊中。此種安裝模式常見于電壓互感器被置于移動(dòng)式配電箱內(nèi)，一旦通電之后便不再需要維護(hù)，因此其產(chǎn)生的壓降難以檢測(cè)。然而，實(shí)際上此類“插件”的使用頻率較高，且由于觸點(diǎn)間的電阻不可忽視。

關(guān)于110 kV以上等級(jí)的電壓互感器的二次連接方式。由于其一次側(cè)并未安裝熔斷器，所以二極側(cè)需要配置防護(hù)裝置如熔斷器或者快切式空氣開關(guān)，以便防止由于電壓互感器出現(xiàn)的短路所造成的問題。對(duì)于主供電源而言，在保障計(jì)量準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，為了便于密封，通常會(huì)在電壓互感器桿下方安裝一個(gè)專用的終端箱。在箱體內(nèi)部置入接線盒A和快速空氣開關(guān)ZKK，然后讓二極電纜直通至電能表接線盒B，這樣可以計(jì)算出自接線盒A至電能表間的電壓損失，并且每?jī)赡晷鑼?duì)電壓互感器二極端子接口進(jìn)行一次檢修及清理銹蝕等狀況。ZKK應(yīng)該采用單相式的快切式空氣開關(guān)，這有助于逐個(gè)對(duì)互感器一相性能進(jìn)行檢測(cè)。與此同時(shí)，在測(cè)試時(shí)還需要注意保持安全的距離。除此以外，還必須要保證電壓互感器電纜的前段、中段和后段三個(gè)位置的保護(hù)層金屬部位有效接地，以此來抵御外部磁場(chǎng)產(chǎn)生的電位干擾，從而保障電壓損失測(cè)量的精準(zhǔn)度。

2 降低二次壓降的措施

為了確保電力測(cè)量精確無誤并維持系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)作，應(yīng)減少電壓互感器的二次壓降。這種努力可以概括為三個(gè)主要方向：通過優(yōu)化線路阻抗來減輕其負(fù)擔(dān)；通過縮小電路中的電流以達(dá)到同樣的目的；最后是使用額外的補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)一步提升效果。以下是對(duì)這些方法實(shí)施步驟的詳細(xì)描述。

2.1 降低回路阻抗

所有的研究都聚焦于二次壓降及其降低方法上，其中首次關(guān)注的是電壓互感器的二次回路阻抗作為導(dǎo)致二次壓降的主要原因之一。通過前面的探討，已經(jīng)明確了這個(gè)阻抗由三大部分構(gòu)成：導(dǎo)線的阻抗、連接部件內(nèi)的阻力和觸點(diǎn)電阻。

2.1.1 導(dǎo)線阻抗

因?yàn)殡妷夯ジ衅鞯拇渭?jí)電路長(zhǎng)度通常為100～500 m不等，且其導(dǎo)線尺寸較小，因此次級(jí)電路的導(dǎo)線電阻成為主要關(guān)注點(diǎn)之一。針對(duì)電壓次級(jí)的回路，接入導(dǎo)線的橫截面需要按照可接受的電壓損失來決定，最起碼不能低于2.5 mm。然而，實(shí)際上，電壓互感器的次級(jí)回路線路的橫截面往往會(huì)選擇6 mm。

2.1.2 接插元件內(nèi)阻

由于電壓互感器二次電路中包括了刀閘、保險(xiǎn)、轉(zhuǎn)接端子或者壓力插件等連接元素，在不影響交流阻力大小的情況下，各部分的自阻和可視為一個(gè)固定值，這個(gè)數(shù)值非常微小且難以降低。

2.1.3 接觸電阻

眾多研究報(bào)告顯示，在電壓互感器的次級(jí)線路阻抗里，觸點(diǎn)電阻占據(jù)了相當(dāng)?shù)谋壤?，它的穩(wěn)定度受到與之連接的觸點(diǎn)的狀況、施加于它們的力以及觸點(diǎn)表面的氧化程度等多種因素影響，因此，這個(gè)數(shù)值必然會(huì)產(chǎn)生變動(dòng)，而且這些變動(dòng)具有隨機(jī)性和無法預(yù)知的特點(diǎn)。當(dāng)情況變得惡劣時(shí)，觸點(diǎn)電阻可能超過次級(jí)線的自身電阻，有時(shí)候甚至是好幾倍的大。在檢測(cè)過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)次級(jí)線的壓降遠(yuǎn)大于預(yù)期值，這主要是因?yàn)槲纯紤]到觸點(diǎn)電阻的變化幅度可以這么大。

通過對(duì)以上研究結(jié)果深入探討后發(fā)現(xiàn)：三項(xiàng)構(gòu)成元素中的電氣線路和連接設(shè)備內(nèi)的損耗幾乎保持恒定狀態(tài)而不會(huì)發(fā)生顯著的變化；然而最主要的影響因素是觸點(diǎn)之間的相互作用產(chǎn)生的摩擦力導(dǎo)致的損失并呈現(xiàn)出不可預(yù)測(cè)的特點(diǎn)。因此提出了一種有效減少電力變流器的二極電路負(fù)載的方法如下所述。

一是對(duì)電壓互感器的二級(jí)電路進(jìn)行更大截區(qū)域?qū)Ь€的替換。

二是定期對(duì)接插件和導(dǎo)線的連接部位進(jìn)行打磨，以盡可能降低接觸阻力。

不管是采用哪一種策略，都無法徹底消除二次回路阻力。

2.2 減小回路電流

通常，電壓互感器的二次測(cè)量線圈和保護(hù)線圈是獨(dú)立的。這些測(cè)量線圈的負(fù)載包括電能表等設(shè)備，所負(fù)載的電流不能高于200 ma。因此，實(shí)際檢查時(shí)，倘若發(fā)現(xiàn)電壓互感器的一次回路電流高于200 ma，就需要通過如下幾種措施降低電流。

2.2.1 采用專用計(jì)量回路

現(xiàn)在的電壓互感器二次通常包含幾個(gè)繞組，而且測(cè)量繞組和維護(hù)繞組分別單獨(dú)。如果不這樣做，那么電壓互感器二次回路中的電流將會(huì)增大。

2.2.2 單獨(dú)引出電能表

在存在較多測(cè)量繞組表計(jì)的情況下，雖然該繞組承載了較高的電壓，但因?yàn)橹淮嬖陔娔鼙碛?jì)，所以專用線纜形成的電壓會(huì)下降。這樣一來，電能表計(jì)量回路中的電壓互感器二次回路的壓降也相對(duì)較小。

2.2.3 選用多繞組的電壓互感器

在新增或修改電壓互感器的過程中，部分電壓互感器配備了兩組二級(jí)主變壓器和一套輔助變壓器?？梢赃x擇其中一組成為專門用于計(jì)量電力的二次繞組，這樣就會(huì)因只有電能表接入而使得回路內(nèi)的電流減小，從而降低壓力。

2.2.4 電能表計(jì)端并接補(bǔ)償電容

因?yàn)楦袘?yīng)型電力計(jì)量器的電源線路是電壓繞組，其阻抗較高，導(dǎo)致通過該繞組的電流（也就是電壓變換器的次級(jí)電路中的電流）中含有較大的無功成分，而電壓變換器的次級(jí)電路所承載的負(fù)荷功率因數(shù)也相對(duì)較低。為了減少這種現(xiàn)象，可以在電能表的電壓引腳之間串聯(lián)補(bǔ)償電容，這樣就可以減弱電壓變換器次級(jí)電路電流中的無功部分，進(jìn)而減輕電壓變換器次級(jí)電路電流，最終實(shí)現(xiàn)降低壓降的目標(biāo)。然而，在電能表的電壓引腳上連接電容的時(shí)候，需要選擇合適的電容大小，通常來說，能夠使壓降角度差異最小的就是理想的選擇值。同時(shí)，還需要關(guān)注電容的耐壓能力，確保安全穩(wěn)定運(yùn)行。不過，這個(gè)方法尚未得到相關(guān)部門的一致認(rèn)同，因此并沒有被普遍應(yīng)用，因此建議謹(jǐn)慎實(shí)施。

2.3 增加補(bǔ)償裝置

現(xiàn)在的補(bǔ)償器有很多種類，根據(jù)其工作原理，主要包括三種：固定值補(bǔ)償、電流追蹤以及電壓追蹤。

2.3.1 定值補(bǔ)償式

依據(jù)功能特性來區(qū)分的話，可以把固定型補(bǔ)給設(shè)備劃歸到兩種類型：主動(dòng)式的且具有確定性的補(bǔ)充方式；被動(dòng)型的并且也具備明確的目標(biāo)設(shè)定的方式。對(duì)于后者來說，它的運(yùn)作機(jī)制依賴的是使用自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)去調(diào)整比例差異并通過應(yīng)用偏轉(zhuǎn)線圈技術(shù)實(shí)現(xiàn)角度上的平衡。借助這個(gè)方法能夠使得電力測(cè)量?jī)x器所測(cè)量的終端電源功率及壓力保持一致的狀態(tài)，以此作為彌補(bǔ)手段的一種體現(xiàn)形式存在。這樣一來就可以有效減少電路中的反射系數(shù)及其流動(dòng)流量的影響程度，最終導(dǎo)致二階輸出信號(hào)下降到最小狀態(tài)下限水平。然而一旦該系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或者外部連接出現(xiàn)任何變動(dòng)情況的時(shí)候（比如由于熔化導(dǎo)體而導(dǎo)致的導(dǎo)體的電氣抵抗率增加，或者是因觸頭之間的相互作用力增強(qiáng)）就會(huì)造成系統(tǒng)無法正常運(yùn)行的情況。因此需要采取一種帶有確切目標(biāo)設(shè)定的輔助工具才行——也就是所謂的“帶確認(rèn)”類型的替代方案才能滿足要求。至于前述提到的那個(gè)被動(dòng)的設(shè)置模式則會(huì)因?yàn)樗陨泶嬖诘墓逃械木窒扌院腿毕輪栴}而不適合用于實(shí)際操作中。

2.3.2 電流跟蹤式

基于電氣追蹤式的補(bǔ)救裝置的基本理念在于使用數(shù)字電路來跟隨并生成一種和二極管次級(jí)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納相對(duì)應(yīng)的反向?qū)Ъ{，從而使得整個(gè)二級(jí)系統(tǒng)的總體導(dǎo)納被視為無窮大（0）。如此一來，盡管仍舊有著PT 二級(jí)的循環(huán)流量的影響因素，因?yàn)槠渥陨淼南到y(tǒng)內(nèi)阻已經(jīng)變?yōu)榱?，所以產(chǎn)生的損耗也會(huì)變成0。這樣的設(shè)備能夠有效彌補(bǔ)那些長(zhǎng)度較大的初級(jí)路線中的導(dǎo)體損失問題。同時(shí)也能應(yīng)對(duì)那種初始階段就出現(xiàn)的不穩(wěn)定的電源或者動(dòng)態(tài)的變化性的電力供應(yīng)情況，這主要是因?yàn)樗鼙ＷC任何時(shí)候相同水平上的壓力下降值始終處于最低狀態(tài)上。然而當(dāng)涉及的是一些內(nèi)部連接方式有所變動(dòng)的時(shí)候，這個(gè)方案就會(huì)失靈——也就是一旦斷裂或是短路，它的整體效應(yīng)就不會(huì)再呈現(xiàn)出無限大的數(shù)目上了；因此這也是為什么堅(jiān)決反對(duì)將其應(yīng)用于解決此類問題的緣故所在：即無論如何都不能讓它們參與進(jìn)來！

2.3.3 電壓跟蹤式

基于電壓追蹤型補(bǔ)償設(shè)備的核心機(jī)制在于利用一種采樣線纜，它會(huì)把電壓變壓器二極側(cè)電壓信號(hào)和電力計(jì)量終端電壓信號(hào)相互對(duì)比，從而生成一個(gè)與其二極側(cè)電壓衰減程度一致且反向的電壓加載到電壓變壓器二極側(cè)，使得電壓變壓器二極側(cè)電壓衰減效果被抵消掉。一旦電壓變壓器二極側(cè)電流或者阻抗發(fā)生變動(dòng)引起了電壓波動(dòng)，該補(bǔ)償設(shè)備便能夠主動(dòng)跟進(jìn)這些變化并在必要的時(shí)候添加相應(yīng)的補(bǔ)償電壓來覆蓋電壓變壓器二極側(cè)，以此保證其電壓衰減一直維持在0的狀態(tài)。因此，這類型的補(bǔ)償設(shè)備基本上可以應(yīng)用于各種場(chǎng)景，唯一的缺點(diǎn)就是需要額外鋪設(shè)一條用于采集電壓變壓器二極側(cè)電壓信號(hào)的線纜。

2.4 其他方法

（1）消除PT二級(jí)電路的開關(guān)電源、熔斷器和終端排等電氣設(shè)備：這種做法能夠防止由于開關(guān)電源、熔斷器和終端排交流電阻引起的PT二級(jí)壓力，但是一旦撤銷了開關(guān)電源和熔斷器電氣設(shè)備，計(jì)量二級(jí)電路就會(huì)沒有事故防護(hù)，其危害非常重大，因此不建議使用。

（2）調(diào)整電力計(jì)量設(shè)備：這種方法可以暫時(shí)緩解PT次級(jí)壓降的問題，然而，由于開關(guān)、保險(xiǎn)絲和連接點(diǎn)上的觸點(diǎn)會(huì)隨時(shí)間而發(fā)生變化，導(dǎo)致它們之間的接觸電阻也在不斷增加，從而使得PT次級(jí)的壓降也隨之增長(zhǎng)。此外，根據(jù)電力計(jì)量管理的規(guī)則，這是不允許的行為。

（3）對(duì)PT兩次通路進(jìn)行固定補(bǔ)充：這個(gè)方法與調(diào)整快速電能表的策略類似，只是暫時(shí)緩解了PT兩次壓降問題，并不適用于移動(dòng)補(bǔ)充。

3 結(jié)語

總而言之，通過上述研究發(fā)現(xiàn)：二極線圈電路中的壓力損失是由其對(duì)應(yīng)的外部電氣特性及內(nèi)部工作狀態(tài)所決定的兩個(gè)主要原因造成的。這些條件會(huì)隨著外部情況與操作模式發(fā)生變動(dòng)：外部的電子設(shè)備也會(huì)受到外界的影響從而導(dǎo)致自身性能有所調(diào)整，同時(shí)內(nèi)部分配的工作流程也在不斷更改中以適應(yīng)新的需求或任務(wù)需要。為了滿足我國(guó)發(fā)布的電力測(cè)量?jī)x器的技術(shù)規(guī)范及其檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)Sd 109-83的規(guī)定，就必須深入理解PTS二級(jí)電源下降的原因并且制定相應(yīng)的補(bǔ)救方案來處理這種問題——也就是針對(duì)PTS二級(jí)供電系統(tǒng)實(shí)施必要的修正動(dòng)作或者補(bǔ)充手段。對(duì)于PTS二級(jí)輸送系統(tǒng)的控制策略包括減少導(dǎo)線的損耗程度、削弱傳動(dòng)功率大小還有增加額外的輔助設(shè)施這三個(gè)方面。前兩項(xiàng)舉措可以在保持現(xiàn)有功能的前提下顯著減輕該種現(xiàn)象的發(fā)生頻率但是無法完全避免，它超過規(guī)定的限度值即不超過PTS的輸出端口信號(hào)強(qiáng)度的百分比為0.25%；第三個(gè)選項(xiàng)是安裝一種能夠追蹤輸入源動(dòng)態(tài)特質(zhì)的高精確率調(diào)節(jié)機(jī)制，以此實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定且不會(huì)超出規(guī)定范圍內(nèi)的目標(biāo)設(shè)定。然而需要注意的是這個(gè)過程可能會(huì)出現(xiàn)偏差的情況，因此只有當(dāng)反饋結(jié)果顯示實(shí)際效果低于預(yù)期時(shí)才被認(rèn)為是有益處的。