500kV電力互感器誤差現場校驗系統的研究

閆培淵 王韜 王峰峰 董擁

摘 要：500kV電力互感器現場誤差校驗試驗時，儀器設備數量多、體積大，試驗條件復雜；每次檢定均需搭建試驗平臺，耗時費力，檢定效率低。本文提出了一種新型的電力互感器誤差現場校驗系統，其將校驗裝置設計為一個整體，試驗時可全自動展開為一套現場試驗系統，無需二次搭建，提高了現場檢定效率。該試驗系統已成功研制并運用于變電站電力互感器現場檢定中，效果良好。

關鍵詞：電力互感器 現場校驗 專用系統 全自動

1、引言

電力互感器作為《計量法》規定的強制性檢定電能計量器具[1]，其自身的準確性直接關系到各個發電廠和電網、電網和各級供電公司、各級供電公司和電能大用戶間的電能結算的準確性。隨著電力系統的迅速發展，500kV變電站不斷擴建，現場檢定任務也越來越多。傳統的校驗方法中儀器設備繁而重，設備到達現場后，還需進行試驗平臺的搭建，投入大量人力、物力，檢定效率卻低下。因此，如何高效地完成高電壓等級的電力互感器現場檢定工作，已成為科研和生產部門努力解決的難題。

本文提出了一種新型的500kV電力互感器誤差現場校驗系統，其是在多年研究的低電壓等級的誤差校驗平臺及自動化程度不高的校驗平臺的基礎上研究開發的。本系統將校驗裝置、升壓系統及標準集成為一個整體，通過車輛改裝設計及電動液壓系統，將校驗系統和車輛很好地融為一體，自動化程度高。現場試驗時，只需通過本系統配置的電動液壓系統將試驗平臺自動展開，不需要人力搭建。現場試驗表明，該試驗系統不僅檢定結果準確度高，檢定效果也得到了大大地提高。

2、現有校驗方法

2.1 傳統現場校驗方法

傳統現場電力互感器現場檢定時，通常采用的是比較測差方法，即在進行互感器檢定時，將被檢互感器二次接負荷（用負荷箱代替），與同變比的標準互感器進行比較，由升流（升壓）器給二者提供一次電流（電壓），而二者的二次差流（差壓）信號輸入校驗儀，由校驗儀測出被檢互感器相對于標準互感器的誤差。

目前500kV電壓互感器基本上都為電容式電壓互感器，對電容式電壓互感器現場檢定時，通常采用調感工頻串聯諧振升壓方式[2]，該種方式能夠以較小的電源容量對較大電容和較高試驗電壓的試品進行試驗。當使用串聯諧振試驗裝置進行升壓時，考慮到諧振具有的優勢，假定其Q值為10，則電源容量可以降低到10kVA 左右，這樣的電源容量在現場是可能實現的。

目前采用上述傳統標準互感器比對方法進行現場校驗時，校驗儀、電源、升壓設備、及電壓標準等現場校驗設備多采用貨車直接運輸到現場，有條件的采用倉儲式的互感器現場檢定車或自動化程度不高的檢定車。此類方式均存在許多弊端，勞動強度大、工作效率低、質量不高，現場檢定沒有固定的試驗平臺，也沒有設備固定的合適地方，每次檢定都要裝拆試驗設備，造成了人力資源極大的浪費。

2.2 低校高式校驗方法及試驗線路[3]

高壓電壓互感器“低校高”方法誤差計算的原理可根據圖2.2的電壓互感器T型等效電路闡明。

圖2.2 電壓互感器T型等效電路

結合圖2-2，在電壓Ua下，電壓互感器的空載誤差為 ：

（2-2）

為一次回路電阻和漏電抗值，可以看作常數。 ，為一次回路導納，是一個非線性元件，與外加電壓有關。

然后在電壓Ub下，測量得到電壓互感器的空載誤差為 。通過兩次測量結果得到 ，于是可求得：

（2-3）

如果再測量Uc電壓下互感器的一次回路導納值 ，有關系式

（2-4）

選擇Ub為參考電壓點，結合（2-3）式得到：

（2-5）

這樣，測量出被試電壓互感器一次回路在電壓Ua、Ub和Uc下的導納 、 和 ，用電壓互感器檢定線路測量出被試電壓互感器在電壓Ua和Ub下的誤差 和 ，用（2-5）式就能計算出它在電壓Uc下的誤差。

“低校高”檢定方法為一種基于PC機的模擬儀器型校驗方法，該方法利用標準可調電容和電阻，并通過軟件進行處理。它不完全依賴標準電壓互感器，因而大大減少了試驗設備的體積和重量，有效地解決了現場搭建平臺帶來的難題。然而“低校高”方式校驗時對含有非線性補償的互感器誤差較大，不能作為量值傳遞的依據，檢定結果亦不能出具檢定報告。

綜上所述，上述幾種方式均不能很好地解決電力互感器現場誤差校驗。

3、新型校驗系統校驗方法

3.1 新型校驗系統試驗原理

新的校驗系統采用的校驗方法是根據JJG1021-2007《電力互感器》檢定規程[4]提出的比較測差方法，根據規程要求， 500kV電壓互感器的現場檢定時，需進行80%、100%及110%額定電壓下的上限負荷和下限負荷的比差和角差校驗。

500kV電容式電壓互感器的電容量一般為0.005μF（工頻50Hz時容抗： _/（_ ）D_Dd______ __D_Dd_ =1.10 _ __D_

500kVCVT電容量為0.005μF時：

試驗電流：I= =2π=498.6mA

試驗容量：S= I=158.4kVA

500kVCVT電容量為0.01μF時：

試驗電流：I= =2π=997mA

試驗容量：S= I=317kVA

由上可知，為保證該校驗系統可完成不同電容值的CVT的現場檢定試驗，電源容量需要考慮到320kVA左右。采用調感工頻串聯諧振升壓裝置升壓方式優點是試驗所需容量相對較小，缺點是采用傳統的調感諧振裝置時，試驗裝備的現場安裝等需要花費大量的時間，升壓不穩定，線性度不好，操作不當容易產生放電，經常出現擊穿設備的情況發生，同時存在人員安全隱患。尤其是將本套工頻升壓系統集成在車輛平臺上時，存在絕緣安全距離不夠，搭建好的升壓平臺亦會造成車輛試驗系統重心不穩，可能造成車輛的安全事故等。

本校驗系統的升壓裝置針對上述電抗器不宜集成到車載平臺上，根據車輛結構設計了一種車載式的升壓裝置。該裝置采用升壓器升壓方式，升壓裝置將變壓器和電壓標準互感器集成為一體，變壓器容量為320kVA，變比為400/320kV，完全滿足500kV電壓互感器現場校驗需要。

針對現場試驗電源容量難以滿足320kVA要求，本校驗系統采用補償方式降低電源容量的措施[5]，采用低端補償原理。以500kV電容式電壓互感器電容為0.01μF，加上母線等其他因素實際電容值可能達到0.012μF以上，根據公式

，

式中U為500/ kV的1.10倍，f=50Hz，C=0.012μF，則

無功功率P= ≈317kVA

該無功補償裝置主要對調壓器輸入0～400V進行電源補償。補償電抗器具有5個抽頭，分別補償0.001μF、0.002μF、0.003μF、0.004μF、0.005μF的電容值，通過單獨使用或串聯使用多個抽頭可滿足不同電容值的無功補償。圖3.1為新型校驗系統的試驗原理圖。

圖3.1 帶并聯可調電抗的試驗變壓器試驗原理圖

3.2新型校驗系統整體設計

本文研究設計的校驗系統主要是通過結構和電氣方面的研究，設計出一套新型的專用互感器現場校驗裝置，并將其固定搭建在車輛平臺上，通過電動液壓系統及輔助系統保證其便捷性及安全性，其組成框圖如圖3.2所示。

圖3.2 校驗系統組成

本系統的校驗裝置根據車輛平臺進行了專門設計，且充分考慮了車輛平臺整體的重量分布及重心位置，從而保證車輛平臺在行駛過程中的安全性。校驗裝置主要設計為車載式校驗儀、負荷箱、調壓控制部分及車載升壓裝置，其中校驗儀、負荷箱、調壓控制部分位于車輛平臺中的操作艙內，試驗人員試驗時可在操作艙內進行試驗操作，車載升壓裝置位于車輛平臺的高壓設備艙內。針對導線連接時易導致人為誤差的問題，本系統的連接線在內部已連接好，一次性調試完成后不需要再進行儀器之間的連接接線，試驗時只需把預留試驗線接頭對應連接到試品上就可以進行試驗，減少了錯誤接線及人為誤差的概率，提高了數據的真實性和可靠性。

為了保證現場試驗的便捷性，本系統設計了一套電動液壓系統，包括電動液壓滑軌和電動液壓平衡系統。到達試驗現場后，試驗人員無需采用起吊、搬運裝置進行試驗平臺的搭建，只需通過控制電動液壓部分操作部分即可自動展開平臺。為了保證車輛行駛過程中的安全性，本系統設計中車載升壓裝置展開前，位于車輛中心位置。試驗時，只需一名試驗人員即可通過電動液壓滑軌將試驗平臺搭建起來，滑軌行程大于高壓試驗安全距離，保證了現場試驗的安全性，電動液壓滑軌部分均有互鎖裝置，避免誤操作帶來對液壓系統的損耗。試驗平臺搭建完成后，車輛重心位置偏離了原有最適重心位置，該系統新增了電動液壓平衡系統，從而保證了現場試驗平臺的穩定性。圖3.3和3.4為試驗系統展開前和搭建后的設計圖。

圖3.3 試驗平臺展開前設計圖

圖3.4試驗平臺展開后設計圖

4、結論

本文研究設計的500kV電力互感器誤差現場校驗系統目前已研制成功，并成功運用于500kV互感器的現場檢定中。相比于以往現場檢定中需要整個班組全體出員，且需租用起吊及搬運設備，一天僅僅能檢定1-2組互感器設備，該試驗系統大大減少了人力、物力的投入。現場檢定試驗時，只需3個人即可完成500kV現場檢定任務，且檢定2組現場互感器僅需要半天時間[7]。本套試驗系統不僅試驗效率高，準確度高，且試驗安全系數高，具有極大的實際意義。

參考文獻

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[3] 毛安瀾，王曉琪，等. 電壓互感器現場校驗新方法的研究[J].電測與儀表，2011，06，27-31.

[4] 國家質量技術監督局.JJG 1021-2007 電力互感器檢定規程[S]. 北京：中國計量出版社，2007

[5] 楊劍，閆培淵.220kV電壓互感器現場計量檢定平臺的研究 [J].自動化儀器與儀表，2014，02，25-27.

[6] 國家電網公司生產運營部.電能計量裝置現場檢驗作業指導書[Z].