自升壓標準電壓互感器的誤差測量方法

蔣映霞，吳德永，孫軍，徐燦

(1.國網四川省電力公司電力科學研究院，四川成都610072; 2.武漢磐電科技有限公司，湖北武漢430058)

自升壓標準電壓互感器的誤差測量方法

蔣映霞1，吳德永1，孫軍2，徐燦2

(1.國網四川省電力公司電力科學研究院，四川成都610072; 2.武漢磐電科技有限公司，湖北武漢430058)

隨著自升壓標準電壓互感器的廣泛使用，部分自升壓標準電壓互感器也暴露了設備自身存在的問題。在對自升壓標準電壓互感器進行誤差測量或用其作為測量標準對被試互感器進行誤差校驗時，容易出現誤差超差的現象。分析了這種現象，并通過試驗證明產生的原因是升壓器一次電流產生的磁場影響到了標準電壓互感器的自身誤差。為提高自升壓標準電壓互感器誤差校驗工作的準確性，結合當前自升壓標準壓互感器的設計原理和誤差校驗方法，提出了一種適合于自升壓標準電壓互感器誤差測量的合理方法。

自升壓;標準電壓互感器;升壓器;誤差測量

0 前言

自升壓標準電壓互感器是把升壓電源和標準電壓互感器合二為一，集成為一個整體的特殊標準電壓互感器，減少了誤差測量時的設備使用數量和接線數量，便于運輸攜帶和現場操作。鑒于以上優點，自升壓標準電壓互感器被越來越多的使用于電壓互感器的校準/測量中。目前，50 kV及其以下的電壓互感器的誤差校準/測量，基本上都采用自升壓標準電壓互感器作為校準/測量用標準，使用量很大。隨著自升壓標準電壓互感器的廣泛使用，部分自升壓標準電壓互感器也暴露了設備自身存在的問題。下面詳細描述了傳統自升壓標準電壓互感器存在的問題，分析了問題產生的原因，并提出了一種適合于自升壓標準電壓互感器誤差測量的合理方法。

1 自升壓標準電壓互感器易誤差超差現象

在實驗室對自升壓標準電壓互感器按照JJG 314－2010《測量用電壓互感器》進行誤差測量或在現場用自升壓標準電壓互感器作為測量標準對被試互感器按照JJG 1021－2007《電力互感器》進行誤差測量時，容易出現誤差超差現象。從實驗室對自升壓標準電壓互感器的測量數據來看，表現為以下兩種情況:

1)使用自升壓標準電壓互感器作為標準器時，將其升壓器用做測量系統的升壓電源，經常會碰到被試電壓互感器的誤差數據超差的情況，但是如果改用實驗室本身的升壓電源，只選取自升壓標準電壓互感器的標準器部分用作系統標準，此時被試電壓互感器的誤差數據又能合格;

2)使用自升壓標準電壓互感器作為被試互感器，用自升壓標準電壓互感器的升壓器作為系統電源，采用單極的標準電壓互感器作為標準器時，被試的自升壓標準電壓互感器數據合格，但是改用雙極的標準電壓互感器(雙極標準電壓互感器負荷大于單級標準電壓互感器)作為標準器時，被試的自升壓標準電壓互感的誤差超差。

綜合上述兩種情況，認為是自升壓標準電壓互感中升壓器所帶的負荷不同，自升壓標準電壓互感的標準電壓互感器誤差測試數據就不相同，現通過理論和試驗驗證。

2 自升壓標準電壓互感器誤差變化的原因分析

自升壓標準電壓互感器在工作時，升壓器一次側產生一次電流I0，I0跟隨一次側所帶負荷的大小和性質的改變而改變。I0產生的磁通密度B可由畢奧－薩伐爾定律給出

式中:l為電流I的路徑;r0為自電流元指向觀察點的單位矢量，r為二者之間的距離;μ為磁導率。

閉合載流導體上的電流產生的磁通與電流成正比。因為自升壓標準電壓互感器的結構設計原因，其中的升壓器與標準電壓互感器集成一體，距離很小，升壓器一次電流I0產生的磁通有部分流入了標準電壓互感器的鐵心。磁通流經標準電壓互感器鐵心后產生了感應電動勢，由法拉第電磁感應定律感應電動勢可知

B∝E，標準電壓互感器的誤差表達式為

式中:f為標準電壓互感器誤差;U1為標準電壓互感器一次電壓，由升壓器直接提供;k為標準電壓互感器的匝數比;U2為標準電壓互感器的二次電壓，由標準電壓互感器中鐵心的電磁感應產生。自升壓標準電壓互感器的磁通由升壓器一次電流I0產生的磁通與標準電壓互感器自身產生的電壓疊加形成，所以自升壓標準電壓互感器的誤差受升壓器一次電流影響。I0跟隨一次側所帶負荷的大小和性質的改變而改變，所以升壓器一次側所接的負載大小和性質影響自升壓標準的電壓互感器的誤差數值。當升壓器一次電流產生的磁場的方向與標準電壓互感器本身產生的磁場方向一致時，隨著升壓器一次電流增大，自升壓標準電壓互感器的誤差正向偏離;當升壓器一次電流產生的磁場方向與標準電壓互感器本身產生的磁場方向相反時，隨著升壓器一次電流增大，自升壓標準電壓互感器的誤差負向偏離。

3 自升壓標準電壓互感器誤差變化原因的試驗驗證

選取一臺準確度等級為0.005級的35 kV單級標準電壓互感器作為標準器，其與互感器校驗儀的參數如表1所示。選取一臺準確度等級為0.02級的35 kV自升壓標準電壓互感器作為被試品，型號為HJ－S35G2，其升壓器用作誤差試驗的升壓電源，試驗原理如圖1所示，采用高端測差法，在升壓器帶不同負荷條件下對被試品進行誤差測量，得到表2和表3的誤差數據。

表1 試驗用標準電壓互感器及互感器校驗儀參數

本次試驗使用的自升壓標準電壓互感器HJS35G2中升壓器的最大承載負荷為600 VA。

經計算升壓器最可承受大電容量為1 083 pF的容性負荷。

經計算升壓器可承受最小電感量為9 363 H的感性負荷。

在升壓器一次側不外接負荷情況下測量HJS35G2誤差，再在升壓器一次側分別接入C1=250 pF、C2=500 pF、C3=1 000 pF 3種不同電容量的容性負荷進行3組誤差試驗。誤差數據如表2所示。

表2 升壓器一次側外接容性負載時被試標準電壓互感器誤差數據

表3 升壓器一次側外接感性負載時被試標準電壓互感器誤差數據

圖1 電壓互感器誤差測量接線圖

由Il、IC表達式可知，當外接的電容和外接的電感兩端電壓相同時，如需流經電容的電流IC與流經電感的電流Il大小相同，則需滿足式(8)要求，C1= 250 pF對應L1=40 600 H，C2=500 pF對應L2=20 300 H，C3=1 000 pF對應L3=10 150 H，在升壓器一次側接入L1=40 600 H、L2=20 300 H、L3=10 150 H 3種不同電感量的感性負荷進行3組誤差試驗。誤差數據如表3所示。

對100%U0誤差測量點比差數據進行比較，可知在試驗回路中當升壓器一次側不外接負載時互感器校驗儀讀取的被試電壓互感器的比差數據U1= 0.006 1%，當升壓器一次側分別接入C1=250 pF、C2=500 pF、C3=1 000 pF 3組不同容性負荷時，互感器校驗儀讀取的被試電壓互感器的比差數據U2=0.009 2%，U3=0.012 9%，U4=0.019 0%，U1與U2之間差值ΔU1=0.003 1%，U2與U3之間差值ΔU2= 0.003 7%，U3與U4之間的差值ΔU3=0.006 1%，可見ΔU1、ΔU2ΔU3之間的差值基本相等，所以被試標準電壓互感器比差值隨著升壓器一次側接入的容性負荷的線性增加而線性增長。當升壓器一次側分別接入L1=40 600 H、L2=20 300 H、L3= 10 150 H 3組不同感性負荷時，互感器校驗儀讀取的被試電壓互感器的比差數據U4=0.003 2%、U5=－0.000 3%、U6=－0.007 1%，U1與U4之間的差值ΔU4=0.002 9%，U4與U5之間的差值ΔU5=0.003 5%，U5與U6之間的差值ΔU6=0.006 8%，ΔU4、ΔU5ΔU6之間的差值基本相等，所以被試標準電壓互感器比差值隨著升壓器一次側接入的感性負荷的線性增加而線性減小。從以上數據還可看出ΔU1、ΔU2、ΔU3、ΔU4、ΔU5、ΔU6基本相等，所以升壓一次側的接入相同容量不同負荷性質對標準電壓互感器的誤差影響數值基本一樣，方向相反。

4 自升壓標準電壓互感器誤差測量新方法

通過以上理論分析和試驗驗證，說明在對自升壓標準電壓互感器進行測量或用其作為測量標準時，由于自升壓標準電壓互感器一次電流產生的磁場影響其標準電壓互感器的誤差，容易出現誤差超差現象。而傳統的對自升壓標準電壓互感器的測量方法是將自升壓標準電壓互感器當做被試電壓互感器，其升壓器一次基本沒有電流，所以反映的是自升壓標準電壓互感器升壓器沒有一次電流產生的磁場對標準的影響時的誤差數據。而當自升壓標準電壓互感器作為標準器使用時，其升壓器帶有被試電壓互感器一次電流和測量系統一次回路產生的其他電流，影響標準電壓互感器的誤差數據。該電流的大小一方面取決于測量系統一次回路的電流大小，但又不能超過升壓器本身的負荷能力。因此使用傳統方法對自升壓標準電壓互感器進行誤差測量的判定結果沒有充分考慮到升壓器對標準器的影響，在具體使用中不一定準確可靠。

鑒于上述情況，提出另一種自升壓標準電壓互感器誤差測量方法，即在對自升壓標準電壓互感器進行誤差測量時，需要在升壓器不帶負荷和帶額定負荷的情況下分別進行測量，其負荷性質可以是感性的，也可以是容性的。使用這種測量方法進行誤差測量被判定合格的自升壓標準電壓互感器在用作標準器時，對于不同負荷的被檢電壓互感器，只要它給升壓器所帶來的負荷不大于升壓器的額定負荷，標準電壓互感器的本身誤差變化在誤差限值范圍內，這樣就可以保證校準/測量的準確性。

通過上述試驗論證，在自升壓標準電壓互感器誤差測量中接入負載，負載的大小影響被試自升壓標準電壓互感器中標準電壓互感器的誤差變化的數值，接入的負載性質影響誤差變化的方向。由于實際對電壓互感器的測量回路中，一次對地都是容性的，所以推薦在對自升壓標準電壓互感器進行誤差測量時使用容性負荷進行試驗。

5 結語

分析了目前自升壓標準電壓互感器存在的問題，通過理論和試驗論證分析了原因，并提出了一種自升壓標準電壓互感器誤差測量的合理方法，即在自升壓標準電壓互感器進行誤差測量時不僅需要在升壓器不帶負載的情況下測量，還需要在升壓器帶額定容性負載情況下測量，才能保證自升壓標準電壓互感器在實際使用過程中的數據準確性。

［1］JJG 1021－2007，電力互感器［S］.

［2］JJG 314－2010，測量用電壓互感器［S］.

［3］張仁豫，陳昌漁，王昌長.高電壓試驗技術［M］.北京:清華大學出版社，2009.

［4］周克定，張文燦.電工理論基礎［M］.北京:高等教育出版社，1994.

［5］趙修明.帶升壓器的電壓比例標準［J］.儀表技術，1993(2):3－8.

蔣映霞(1974)，高級工程師，長期從事互感器和數字電能計量的試驗研究工作;

孫軍(1976)，全國電工儀器儀表標準化技術委員會委員，長期從事互感器設計、校驗和調試技術的研究工作;

徐燦(1993)，主要從事互感器校驗和調試技術的研究工作。

With the wide application of self－boosting standard voltage transformer，a part of self－boosting standard voltage transformers has exposed their own problems.In the error measurement of self－boosting standard voltage transformer or the error calibration of the tested instrument as a measurement standard，the excessive error may occur easily.This phenomenon is analyzed，and it is proved by the tests that the cause is the magnetic field generated by primary current of booster which affects the error of standard voltage transformer.In order to improve the accuracy of error calibration for self－boosting standard voltage transformer，a new method for error measurement is proposed based on the current design principle and error measurement method of self－boosting standard voltage transformer.

self－boosting;standard voltage transformer;booster;error measurement

TM451

A

1003－6954(2015)06－0076－04

2015－10－09)