自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的誤差測(cè)量方法

蔣映霞，吳德永，孫軍，徐燦

(1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)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(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的誤差測(cè)量方法

蔣映霞1，吳德永1，孫軍2，徐燦2

(1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)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(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的廣泛使用，部分自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器也暴露了設(shè)備自身存在的問(wèn)題。在對(duì)自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器進(jìn)行誤差測(cè)量或用其作為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)被試互感器進(jìn)行誤差校驗(yàn)時(shí)，容易出現(xiàn)誤差超差的現(xiàn)象。分析了這種現(xiàn)象，并通過(guò)試驗(yàn)證明產(chǎn)生的原因是升壓器一次電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)影響到了標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的自身誤差。為提高自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器誤差校驗(yàn)工作的準(zhǔn)確性，結(jié)合當(dāng)前自升壓標(biāo)準(zhǔn)壓互感器的設(shè)計(jì)原理和誤差校驗(yàn)方法，提出了一種適合于自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器誤差測(cè)量的合理方法。

自升壓;標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器;升壓器;誤差測(cè)量

0 前言

自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器是把升壓電源和標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器合二為一，集成為一個(gè)整體的特殊標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器，減少了誤差測(cè)量時(shí)的設(shè)備使用數(shù)量和接線數(shù)量，便于運(yùn)輸攜帶和現(xiàn)場(chǎng)操作。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器被越來(lái)越多的使用于電壓互感器的校準(zhǔn)/測(cè)量中。目前，50 kV及其以下的電壓互感器的誤差校準(zhǔn)/測(cè)量，基本上都采用自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器作為校準(zhǔn)/測(cè)量用標(biāo)準(zhǔn)，使用量很大。隨著自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的廣泛使用，部分自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器也暴露了設(shè)備自身存在的問(wèn)題。下面詳細(xì)描述了傳統(tǒng)自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器存在的問(wèn)題，分析了問(wèn)題產(chǎn)生的原因，并提出了一種適合于自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器誤差測(cè)量的合理方法。

1 自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器易誤差超差現(xiàn)象

在實(shí)驗(yàn)室對(duì)自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器按照J(rèn)JG 314－2010《測(cè)量用電壓互感器》進(jìn)行誤差測(cè)量或在現(xiàn)場(chǎng)用自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器作為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)被試互感器按照J(rèn)JG 1021－2007《電力互感器》進(jìn)行誤差測(cè)量時(shí)，容易出現(xiàn)誤差超差現(xiàn)象。從實(shí)驗(yàn)室對(duì)自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)看，表現(xiàn)為以下兩種情況:

1)使用自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器作為標(biāo)準(zhǔn)器時(shí)，將其升壓器用做測(cè)量系統(tǒng)的升壓電源，經(jīng)常會(huì)碰到被試電壓互感器的誤差數(shù)據(jù)超差的情況，但是如果改用實(shí)驗(yàn)室本身的升壓電源，只選取自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的標(biāo)準(zhǔn)器部分用作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)被試電壓互感器的誤差數(shù)據(jù)又能合格;

2)使用自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器作為被試互感器，用自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的升壓器作為系統(tǒng)電源，采用單極的標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器作為標(biāo)準(zhǔn)器時(shí)，被試的自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器數(shù)據(jù)合格，但是改用雙極的標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器(雙極標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器負(fù)荷大于單級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器)作為標(biāo)準(zhǔn)器時(shí)，被試的自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感的誤差超差。

綜合上述兩種情況，認(rèn)為是自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感中升壓器所帶的負(fù)荷不同，自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感的標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器誤差測(cè)試數(shù)據(jù)就不相同，現(xiàn)通過(guò)理論和試驗(yàn)驗(yàn)證。

2 自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器誤差變化的原因分析

自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器在工作時(shí)，升壓器一次側(cè)產(chǎn)生一次電流I0，I0跟隨一次側(cè)所帶負(fù)荷的大小和性質(zhì)的改變而改變。I0產(chǎn)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(diǎn)的單位矢量，r為二者之間的距離;μ為磁導(dǎo)率。

閉合載流導(dǎo)體上的電流產(chǎn)生的磁通與電流成正比。因?yàn)樽陨龎簶?biāo)準(zhǔn)電壓互感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原因，其中的升壓器與標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器集成一體，距離很小，升壓器一次電流I0產(chǎn)生的磁通有部分流入了標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的鐵心。磁通流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器鐵心后產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由法拉第電磁感應(yīng)定律感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可知

B∝E，標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的誤差表達(dá)式為

式中:f為標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器誤差;U1為標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器一次電壓，由升壓器直接提供;k為標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的匝數(shù)比;U2為標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的二次電壓，由標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器中鐵心的電磁感應(yīng)產(chǎn)生。自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的磁通由升壓器一次電流I0產(chǎn)生的磁通與標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器自身產(chǎn)生的電壓疊加形成，所以自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的誤差受升壓器一次電流影響。I0跟隨一次側(cè)所帶負(fù)荷的大小和性質(zhì)的改變而改變，所以升壓器一次側(cè)所接的負(fù)載大小和性質(zhì)影響自升壓標(biāo)準(zhǔn)的電壓互感器的誤差數(shù)值。當(dāng)升壓器一次電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向與標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器本身產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向一致時(shí)，隨著升壓器一次電流增大，自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的誤差正向偏離;當(dāng)升壓器一次電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器本身產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反時(shí)，隨著升壓器一次電流增大，自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的誤差負(fù)向偏離。

3 自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器誤差變化原因的試驗(yàn)驗(yàn)證

選取一臺(tái)準(zhǔn)確度等級(jí)為0.005級(jí)的35 kV單級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器作為標(biāo)準(zhǔn)器，其與互感器校驗(yàn)儀的參數(shù)如表1所示。選取一臺(tái)準(zhǔn)確度等級(jí)為0.02級(jí)的35 kV自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器作為被試品，型號(hào)為HJ－S35G2，其升壓器用作誤差試驗(yàn)的升壓電源，試驗(yàn)原理如圖1所示，采用高端測(cè)差法，在升壓器帶不同負(fù)荷條件下對(duì)被試品進(jìn)行誤差測(cè)量，得到表2和表3的誤差數(shù)據(jù)。

表1 試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器及互感器校驗(yàn)儀參數(shù)

本次試驗(yàn)使用的自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器HJS35G2中升壓器的最大承載負(fù)荷為600 VA。

經(jīng)計(jì)算升壓器最可承受大電容量為1 083 pF的容性負(fù)荷。

經(jīng)計(jì)算升壓器可承受最小電感量為9 363 H的感性負(fù)荷。

在升壓器一次側(cè)不外接負(fù)荷情況下測(cè)量HJS35G2誤差，再在升壓器一次側(cè)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(fù)荷進(jìn)行3組誤差試驗(yàn)。誤差數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 升壓器一次側(cè)外接容性負(fù)載時(shí)被試標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器誤差數(shù)據(jù)

表3 升壓器一次側(cè)外接感性負(fù)載時(shí)被試標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器誤差數(shù)據(jù)

圖1 電壓互感器誤差測(cè)量接線圖

由Il、IC表達(dá)式可知，當(dāng)外接的電容和外接的電感兩端電壓相同時(shí)，如需流經(jīng)電容的電流IC與流經(jīng)電感的電流Il大小相同，則需滿足式(8)要求，C1= 250 pF對(duì)應(yīng)L1=40 600 H，C2=500 pF對(duì)應(yīng)L2=20 300 H，C3=1 000 pF對(duì)應(yīng)L3=10 150 H，在升壓器一次側(cè)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(fù)荷進(jìn)行3組誤差試驗(yàn)。誤差數(shù)據(jù)如表3所示。

對(duì)100%U0誤差測(cè)量點(diǎn)比差數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可知在試驗(yàn)回路中當(dāng)升壓器一次側(cè)不外接負(fù)載時(shí)互感器校驗(yàn)儀讀取的被試電壓互感器的比差數(shù)據(jù)U1= 0.006 1%，當(dāng)升壓器一次側(cè)分別接入C1=250 pF、C2=500 pF、C3=1 000 pF 3組不同容性負(fù)荷時(shí)，互感器校驗(yàn)儀讀取的被試電壓互感器的比差數(shù)據(jù)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(jiàn)ΔU1、ΔU2ΔU3之間的差值基本相等，所以被試標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器比差值隨著升壓器一次側(cè)接入的容性負(fù)荷的線性增加而線性增長(zhǎng)。當(dāng)升壓器一次側(cè)分別接入L1=40 600 H、L2=20 300 H、L3= 10 150 H 3組不同感性負(fù)荷時(shí)，互感器校驗(yàn)儀讀取的被試電壓互感器的比差數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)電壓互感器比差值隨著升壓器一次側(cè)接入的感性負(fù)荷的線性增加而線性減小。從以上數(shù)據(jù)還可看出ΔU1、ΔU2、ΔU3、ΔU4、ΔU5、ΔU6基本相等，所以升壓一次側(cè)的接入相同容量不同負(fù)荷性質(zhì)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的誤差影響數(shù)值基本一樣，方向相反。

4 自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器誤差測(cè)量新方法

通過(guò)以上理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，說(shuō)明在對(duì)自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器進(jìn)行測(cè)量或用其作為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，由于自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器一次電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)影響其標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的誤差，容易出現(xiàn)誤差超差現(xiàn)象。而傳統(tǒng)的對(duì)自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的測(cè)量方法是將自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器當(dāng)做被試電壓互感器，其升壓器一次基本沒(méi)有電流，所以反映的是自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器升壓器沒(méi)有一次電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的影響時(shí)的誤差數(shù)據(jù)。而當(dāng)自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器作為標(biāo)準(zhǔn)器使用時(shí)，其升壓器帶有被試電壓互感器一次電流和測(cè)量系統(tǒng)一次回路產(chǎn)生的其他電流，影響標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的誤差數(shù)據(jù)。該電流的大小一方面取決于測(cè)量系統(tǒng)一次回路的電流大小，但又不能超過(guò)升壓器本身的負(fù)荷能力。因此使用傳統(tǒng)方法對(duì)自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器進(jìn)行誤差測(cè)量的判定結(jié)果沒(méi)有充分考慮到升壓器對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器的影響，在具體使用中不一定準(zhǔn)確可靠。

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

通過(guò)上述試驗(yàn)論證，在自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器誤差測(cè)量中接入負(fù)載，負(fù)載的大小影響被試自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器中標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的誤差變化的數(shù)值，接入的負(fù)載性質(zhì)影響誤差變化的方向。由于實(shí)際對(duì)電壓互感器的測(cè)量回路中，一次對(duì)地都是容性的，所以推薦在對(duì)自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器進(jìn)行誤差測(cè)量時(shí)使用容性負(fù)荷進(jìn)行試驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

分析了目前自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器存在的問(wèn)題，通過(guò)理論和試驗(yàn)論證分析了原因，并提出了一種自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器誤差測(cè)量的合理方法，即在自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器進(jìn)行誤差測(cè)量時(shí)不僅需要在升壓器不帶負(fù)載的情況下測(cè)量，還需要在升壓器帶額定容性負(fù)載情況下測(cè)量，才能保證自升壓標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器在實(shí)際使用過(guò)程中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

［1］JJG 1021－2007，電力互感器［S］.

［2］JJG 314－2010，測(cè)量用電壓互感器［S］.

［3］張仁豫，陳昌漁，王昌長(zhǎng).高電壓試驗(yàn)技術(shù)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2009.

［4］周克定，張文燦.電工理論基礎(chǔ)［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(biāo)準(zhǔn)［J］.儀表技術(shù)，1993(2):3－8.

蔣映霞(1974)，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事互感器和數(shù)字電能計(jì)量的試驗(yàn)研究工作;

孫軍(1976)，全國(guó)電工儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員，長(zhǎng)期從事互感器設(shè)計(jì)、校驗(yàn)和調(diào)試技術(shù)的研究工作;

徐燦(1993)，主要從事互感器校驗(yàn)和調(diào)試技術(shù)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)