電壓互感器對電能計量的影響和應對措施

摘要：由于電壓互感器二次回路壓降直接影響電能量計量的準確性，嚴重時會危及電力系統的穩定運行，因此本文從分析電壓互感器二次壓降的形成機理入手，并提出最為合理的二次壓降治理方案。

關鍵字：電壓互感器，二次壓降，補償

一、緒論

隨著電力市場的改革，電能計量關系到直接的經濟利益，做好PT二次回路壓降的管理與改造工作，對保證電能計費的公正合理意義較大。正確的電能計量對核算發、供電電能，綜合平衡及考核電力系統經濟技術指標，節約能源，合理收取電費等都有重要意義。PT二次壓降問題是電力發、輸、變、配企業普遍存在的問題，它使系統電壓量測量產生偏差，不僅影響電力系統運行質量，而且直接導致電能計量誤差，這種計量誤差直接歸算到電能計量綜合誤差之中。

二、降低二次壓降的措施

由于電壓互感器二次壓降直接影響電能計量的準確性，甚至對系統穩定運行產生不良影響，為此人們在改善二次壓降方面做了大量工作，歸結起來可以分為降低回路阻抗、減小回路電流和增加補償裝置等三大類降低二次壓降的措施。下面就這三種降低二次壓降措施進行細致分析。

1.降低回路阻抗

在所有關于二次壓降及降壓措施的文獻中，當分析二次壓降的成因時，電壓互感器二次回路阻抗是第一個被關注的參量。電壓互感器二次回路阻抗包括：導線阻抗、接插元件內阻和接觸電阻等三個組成部分。

1.1導線阻抗

由于電壓互感器二次回路的長度達100米至500米之間，而且導線截面積過小，因而二次回路導線電阻成為回路阻抗中最被關注的因素。為此在《電能計量裝置技術管理規程》DL/T448-2000中，對計量用電壓互感器二次回路的側試作出了相關的規定：互感器二次回路的連接導線應采用銅質單芯絕緣線。對電壓二次回路，連接導線的截面積應按允許的電壓降計算確定，至少應不小于2.5mm。

1.2接插元件內阻

考慮到電壓互感器二次回路中存在刀閘、保險、轉接端子和電壓插件等接插元件，在不考慮接觸電阻的前提下，各元件的自阻和可以認為是一個定值，該值很小，并且不易減小。

1.3接觸電阻

在電壓互感器二次回路阻抗中，接觸電阻占很大的比重，其阻值是不穩定的，受接觸點狀態和壓力以及接觸表面氧化等因素的影響，阻值不可避免地發生變化，且這種變化是隨機的，又是不可預測的。接觸電阻的阻值在不利情況下，將比二次導線本身的電阻還大，有時甚至大到幾倍。

從上述分析中，可以清楚看到，電壓互感器二次回路阻抗的三個組成部分中，可以通過增加導線截面積降低導線阻抗;接插元件內阻基本不變;接觸電阻占主導地位，且其阻抗變化具有隨機性。于是得到降低電壓互感器二次回路阻抗的具體方案為：

（1）電壓互感器二次回路更換更大截面積導線;

（2）定期打磨接插元件、導線的接頭，盡量減小接觸阻抗。

但無論采取何種處理手段，都只能將二次回路阻抗減小到一個數值，不能減小到零。

2.減小回路電流

一般情況下，電壓互感器二次計量繞組與保護繞組是分開的，計量繞組負載為電能表等，負載電流小于200mA，因而現場測試若發現電壓互感器一次回路電流大于200mA時，可采取以下措施減小電流：

（1）采用專用計量回路

目前電壓互感器二次一般有多個繞組，且計量繞組與保護繞組各自獨立。否則電壓互感器二次回路電流較大。

（2）單獨引出電能表

專用電纜對于計量繞組表計較多的情況，即使該繞組負載電流較大，但通過專用電纜的電流因只有電能表計的負載而減小，因而電能表計回路的電壓互感器二次回路壓降也較小。

（3）選用多繞組的電壓互感器

對于新建或改造電壓互感器的情況，有的電壓互感器有兩個二次主繞組和1個輔助繞組，可取主繞組中的1個作為電能計量專用二次繞組，這樣該回路因只接有電能表而使電流較小，從而壓降也較小。

（4）電能表計端并接補償電容

由于感應式電能表電壓回路為電壓線圈，電抗值較大，使得流過電壓線圈的電流即電壓互感器二次回路電流無功分量較大，電壓互感器二次回路負載功率因數較低。采用在電能表電壓端子間并接補償電容的方法，可以降低電壓互感器二次回路電流的無功分量，從而降低電壓互感器二次回路電流，達到降低壓降的目的。實際并接電容時，應選好電容值，一般以壓降的角差最小為最佳選值。還應注意電容的耐壓，以保證可靠性。但是此措施由于未被有關部門完全認可，所以并未被廣泛采用，建議慎重使用。

3.增加補償裝置（雖然是不提倡，但是在方法是卻是可行的，許多文獻上都有這個方法）

目前補償器種類較多，從原理上分，主要有3種：定值補償式、電流跟蹤式、電壓跟蹤式。

3.1定值補償式

定值補償式補償器根據其工作原理可以分為有源定值補償器和無源定值補償器。無源定值補償器的工作原理是利用自禍變壓器補償比差，利用移相器補償角差。利用此補償器可以將電能表計端電壓與電壓互感器二次端電壓幅值與相位調至相等，從而達到補償的目的。

有源定值補償器的工作原理是在電壓互感器二次回路中計量儀表接入端口處串入一個定值的電壓源，達到提高計量儀表的入口電勢以抵消二次壓降影響的目的。

總之，定值補償器在電壓互感器二次回路阻抗和回路電流不變的前提下，能夠對二次壓降進行有效補償，由于不能跟蹤電壓互感器二次回路阻抗和回路電流發生變化而引起二次壓降的變化，因此不可避免地引起電壓互感器二次綜合壓降欠補償或過補償現象發生。由此可以說，定值補償裝置（無論是有源的，還是無源的）在設計時就存在缺陷，是絕對禁止用于二次壓降補償的。

3.2電流跟蹤式

電流跟蹤式補償器基本原理是利用電子線路通過對電壓互感器二次回路電流的跟蹤產生一個與二次回路阻抗大小相等的負阻抗，最終使二次回路總阻抗等效為零。這樣，即使有PT二次回路電流的存在，由于回路阻抗為零，壓降也為零。這種補償器對于二次線路較長的，可補償線阻。對于PT二次負載不穩定、二次電流變化的回路，由于二次回路總阻抗等效為零，可以保持壓降為零。但對于二次回路阻抗變化的情況，則不能自動跟蹤，也就是說，如果熔體電阻或接點接觸電阻發生改變，則回路等效阻抗就不為零了，這是該補償器的局限性。

3.3電壓跟蹤式

電壓跟蹤式補償器的原理是通過一取樣電纜，將電壓互感器二次端電壓信號與電能表計端電壓信號進行比較，以產生1個與二次回路壓降大小相等，方向相反的電壓疊加于電壓互感器二次回路，使電壓互感器二次回路電壓降等效為零。當電壓互感器二次回路電流或阻抗改變導致回路電壓改變時，補償器自動跟蹤壓降的變化并產生相應變化的補償電壓疊加于電壓互感器二次回路，以保持回路壓降始終為零。因而這種補償器幾乎適用于所有場合，唯一不足的是需同時敷設一條從電壓互感器二次端電壓信號取樣的電纜。目前應用較多，效率較高的二次壓降自動補償裝置，在這里就不詳細說明了。

三、結語

綜上分析，電壓互感器二次回路線路壓降由二次等效阻抗和二次回路電流共同影響。這兩個影響因素又隨環境和工況不同而變化:二次等效阻抗又隨環境的變化而變化，二次電流也隨二次運行方式的不同而改變。若要達到國家頒布的電能計量裝置技術管理規程和電能計量裝置檢驗規程SD109-83的要求，必須揭示PT二次壓降的產生機理，并設計補償辦法，對電壓互感器的二次負荷進行補償。

電壓互感器二次壓降的治理措施有降低二次回路阻抗、減小回路電流和加裝補償裝置三種。降低二次回路阻抗、減小回路電流兩種方法在保證二次壓降原有性質的基礎上，可以有效降低二次壓降，但不能保證二次壓降始終不大于電壓互感器二次出口電壓的0.25%要求；加裝電壓跟蹤式補償裝置，可以保證二次壓降始終不大于電壓互感器二次出口電壓的0.25%要求，但要注意電壓互感器二次壓降單向性的特點，確保欠補償才是有效的。