多繞組電壓互感器現場基本誤差調整方法的研究及應用

陳少華，陳　驍，許靈潔

(1. 浙江省浙能電力股份有限公司蕭山發電廠，杭州　311251；2. 國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州　310014)

多繞組電壓互感器現場基本誤差調整方法的研究及應用

陳少華1，陳驍2，許靈潔2

(1. 浙江省浙能電力股份有限公司蕭山發電廠，杭州311251；2. 國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014)

摘要：分析了電壓互感器在實際二次負荷下誤差超差的原因及其對電能計量準確性帶來的影響，并對多繞組電壓互感器誤差調整方法進行了研究，采用誤差疊加法原理，設計了一款誤差調整線圈。利用一組非計量繞組做激磁線圈，研究了一種簡便易行的多繞組電壓互感器計量繞組現場誤差調整方法。

關鍵詞：電壓互感器；計量繞組；超差；誤差調整

高壓電流、電壓互感器是電力系統中擔負測量、計量、保護等功能的電力設備。電力系統中互感器數量多，對電網安全經濟運行影響大。為了確保互感器設備處于完好狀態，除了要求其絕緣可靠外，還必須保證測量誤差符合其準確級別。其中，電壓互感器是把一次側的高電壓按確定的比例變換為二次側的常規電壓，從而可使測量、計量儀表和繼電保護裝置等標準化、小型化設計的變壓設備，其比值差會使測量儀表的指示發生誤差，而相位差會對功率型測量儀表和繼電器帶來誤差。因此，對于電能表而言，比值差和相位差都會對其帶來誤差[1]。

目前在電力系統中仍然運行著大量老舊互感器設備，包括電能表在內二次設備的數字化改造，電壓互感器的實際二次負荷出現了很大的變化，由原來的幾十伏安，甚至上百伏安減少至十幾個伏安，甚至幾個伏安，這使電壓互感器在實際二次負荷下的誤差出現嚴重的正偏差，遠遠超出其誤差限值要求，無法滿足電能計量的公平、公正以及準確、可靠的要求。針對這一問題，JJG1021-2007《電力互感器》國家計量檢定規程明確規定：除非用戶有要求，電壓互感器的下限負荷按2.5VA選取，電壓互感器有多個二次繞組時，下限負荷分配給被檢二次繞組，其他二次繞組空載。如今，較多發電廠和變電站安裝的電壓互感器單個二次繞組的額定容量都在100VA及以上，由于原先出廠設計的下限負荷按1/4額定負荷選取，因此在按照JJG1021-2007《電力互感器》國家計量檢定規程，對電壓互感器下限負荷下誤差測量的過程中，往往出現正向超差的現象，必須按照DL/T448-2000《電能計量裝置技術管理規程》的規定，對被測電壓互感器進行技術改造，以滿足電能計量準確性要求。簡單的方法是更換新的電壓互感器設備，但是費時、費力，尤其是GIS內置電壓互感器，更換成本高，停電時間長，不易實施。因此，必須研究一種簡便易行、性能穩定的誤差調整方法。

1電壓互感器的基本誤差分析

電壓互感器的一次繞組接在被測電壓的線路或母線上，勵磁電流I0通過一次繞組, 在鐵心中產生磁通，在一次繞組和二次繞組中分別產生感應電勢E1和E2。由電磁感應原理可得，繞組的感應電勢E與繞組匝數N成正比，即E1/E2=N1/N2。如果將E2通過匝數比折算至一次, 則得折算至一次的二次繞組產生的感應電動勢E2′為：

(1)

匝比N1/N2就是電勢和電壓折算系數，這樣一次回路和二次回路就可以聯系起來，電壓互感器的等值電路如圖1所示[2]。

U1——一次電壓；Z1——一次繞組內阻抗；I1——一次電流；I0——勵磁電流；E1——一次繞組產生的感應電動勢；Zm——激磁阻抗；E2′——折算至一次的二次繞組產生的感應電動勢；I2′——折算至一次的二次電流；Z2′——折算至一次的二次電流；U2′——折算至一次的二次輸出電壓；Y——二次折算至一次的導納。圖1　電壓互感器的等值電路

一次電動勢U1的平衡方程為：

U1=E1+I1Z1

(2)

U2=E2-I2Z2

(3)

分析電壓互感器的等值電路和式(3)可知只有當二次繞組內阻抗Z2等于零時，二次電壓乘以額定電壓比才等于施加的一次電壓。但是，電壓互感器或多或少總是存在著阻抗壓降，所以二次電壓乘以額定電壓比之值總是小于實際一次電壓，也就是說電壓互感器電壓誤差總是負值，只有在采取誤差補償措施以后，才有可能出現正值的電壓誤差。

由于感應式電能表被負荷更小的電子式電能表替換，導致電壓互感器實際二次負荷遠遠小于出廠時的額定下限負荷，負荷電流在二次繞組內阻抗上產生的壓降將大大減小，此時二次繞組輸出電壓將比額定下限負荷時的輸出電壓偏高，也就是說其比值誤差在實際二次負荷下正向偏移，從而可能使電壓互感器在實際二次負荷下出現正向超差。

表1為2013年4月對某發電廠110kV母線A、B、C三相電能計量用電磁式電壓互感器在下限負荷(2.5VA)進行誤差測量的結果。該電壓互感器于2006年安裝投運，型號為JDCF-110W2型，計量繞組準確度為0.2級，額定負荷為100VA，另外保護繞組的額定負荷150VA，剩余電壓繞組的額定負荷為100VA。從表1可以明顯的看出，該型電壓互感器在二次輕載(2.5VA)下基本誤差偏正且已超出其0.2級電壓互感器基本誤差限值要求，必須予以更換或誤差調整。

表1　某發電廠110 kV電磁式電壓互感器誤差測量數據

2多繞組電壓互感器誤差調整方法研究

110kV及以上電壓互感器皆具有多個二次繞組，其基本誤差可以通過各種方法調整。常見的誤差調整方法有匝數補償法。出廠試驗時，一般將額定上限負荷時的比值誤差調整為負值, 在額定下限負荷時比值誤差調整為正值，以保證在整個負荷范圍內誤差均滿足出廠技術指標要求。

(1)并接固定導納：在電壓互感器的二次繞組并聯一個固定負荷，使互感器的實際二次負荷處于額定負荷和1/4額定負荷之間，以滿足設計要求，從而保證電壓互感器的誤差要求，見表1。該方法雖然比較簡單，但該方案增加了互感器的電能消耗，且存在電壓互感器二次回路短路的安全隱患。

(2)改變二次繞組匝數：改變電壓互感器的補償誤差量，使其在輕負荷時滿足誤差要求。但對匝數補償的電壓互感器，需要拆除高壓線包絕緣后才能對高壓繞組進行改造，并需要進行大量的測試工作，也不一定能達到預期的效果，費時、費力，且不具備可操作性[3]。

(3)利用原廠設計、安裝的激磁繞組和誤差調整線圈現場進行誤差調整：圖2為某GIS內置電壓互感器生產廠設計的電壓互感器工作原理圖，通過預先設計，本體預留一個專用激磁線圈a-n，用于出現誤差超差時的誤差調整。誤差調整時，在激磁線圈上并接一個誤差調整線圈，將誤差調整線圈感應的輸出電壓串接入被計量繞組其中的一個輸出端，如1a或1n，從而改變計量繞組的二次輸出電壓，達到誤差調整的目的。該誤差調整方法具有簡便易行，誤差調整結果穩定性好，不存在安全隱患的優點。但是該方法只有極少一部分廠家設計、生產，所以不具有通用性。

圖2　利用電壓互感器本體專用激磁線圈a-n和誤差調整繞組進行誤差調整原理接線圖

為解決多繞組電壓互感器現場誤差調整的難題，在第3種方法的基礎上，提出了一種新的誤差調整方法，即將電壓互感器非計量繞組作為激磁繞組，也就是說，將誤差調整線圈的一次線圈并接在一非計量繞組如測量或保護繞組的輸出端2a和2n之間，然后將誤差調整線圈感應的輸出電壓串接入被計量繞組其中的一個輸出端如1a或1n，從而改變計量繞組的二次輸出電壓，達到誤差調整的目的，其原理接線如圖3所示。即將誤差調整線圈的一次繞組極性端A0和非極性端N0分別與激磁繞組的非計量繞組極性端和非極性端2a和2n并聯，其二次繞組非極性端n0與計量繞組非極性端1n直接相連，此時誤差調整線圈的二次繞組極性端a0即為誤差調整后的計量繞組非極性端1n′，二次繞組接線端子1a和1n′之間輸出的電壓即為誤差調整后的計量繞組輸出電壓U1a-1n′。

(2)貨幣供應量對不良貸款率的影響，一般認為M2與不良貸款率存在負相關關系。當貨幣供應量下降，利率上升，企業利潤隨之下降，選擇向銀行貸款維持資金流通，商業銀行風險增加；當貨幣供應量增加，利率下降，企業融資成本下降，利潤增加，企業財務狀況也得到改善，銀行不良貸款率下降。

U1——電壓互感器一次側電壓；U1a-1n′——計量繞組調整后的輸出電壓；U1a-1n為計量繞組1a-1n調整前的輸出電壓；U32-2n——非計量繞組2a-2n的輸出電壓；ΔU0——誤差調整線圈二次輸出輸出電壓。圖3　利用電壓互感器非計量繞組作誤差調整繞組一次激磁線圈進行誤差調整的原理接線圖

該方法的工作原理是電壓疊加法或誤差疊加法原理，通過將誤差調整線圈二次繞組輸出電壓ΔU0與計量繞組1a-1n的輸出電壓U1a-1n相疊加，得到誤差調整后的計量繞組的輸出電壓U1a-1n′，使得計量繞組的測量誤差整體向負方向偏移，從而達到對下限負荷誤差調整的目的，即

U1a-1n′=U1a-1n-ΔU0

(4)

反之，亦可調節額定負荷下電壓互感器的測量誤差，即將誤差調整線圈一次輸入端極性端和非極性端反接即可，則使得計量繞組的測量誤差整體向正方向偏移，從而達到額定負荷下誤差調整的目的，即

U1a-1n′=U1a-1n+ΔU0

(5)

該誤差調整方法只是將電壓互感器的誤差向所需的一個方向整體平移，具有保持電壓互感器原有的誤差特性的特點。

3多繞組電壓互感器誤差調整新方法應用

(1)多繞組電壓互感器誤差調整線圈的設計

圖4　誤差調整線圈(二次繞組穿心2匝)實物圖

(2)誤差調整線圈的應用

2013年11月，利用誤差調整線圈對前述某發電廠110kV母線三相電壓互感器成功地實施了現場誤差調整。

1)110kV電壓互感器誤差調整實施

表2為該發電廠110kV電壓互感器調整前后下限負荷誤差測量數據。通過事前分析誤差調整前的下限負荷誤差數據可知，須將下限負荷比值誤差偏調-0.10%才能滿足其0.2級誤差限值要求。為此，只需將誤差調整線圈二次繞組穿心2匝，就能實現下限負荷比值誤差偏調-0.10%的要求，表2所示實測數據表明調整結果完全滿足設計和誤差調整要求。

表2　110 kV電壓互感器下限負荷比值誤差

2)額定負荷(按銘牌)誤差超差處理

由前述可知，本誤差調整方法只是將電壓互感器的誤差向所需的一個方向整體平移，不會改變電壓互感器原有的誤差特性的特點，誤差調整后，如果按照電壓互感器銘牌額定負荷測量額定負荷下的誤差，則會使電壓互感器額定負荷下的誤差接近或超過其允許誤差限值。

從表3明顯可以看出，該水電廠110kV電壓互感器經過誤差調整后，按照電壓互感器銘牌額定負荷的誤差已全部接近或超過其0.2級電壓互感器允許誤差限值。因此，需要根據實際二次負荷測量結果適當降低額定負荷值，且按照國家電網公司《電能計量裝置通用設計》標準，計量專用的電壓互感器(或計量繞組)額定負荷按照50VA選取，線路用計量專用電壓互感器(或計量繞組)額定負荷按10VA選取，非計量繞組(不含剩余電壓繞組)亦可按此選取。從表4實測數據表明，按照通用設計要求，重新測得該水電廠新選定額定負荷下的誤差，全部滿足0.2級電壓互感器誤差限值要求。

表3　110 kV電壓互感器額定負荷(按銘牌)

表4　110 kV電壓互感器誤差及額定負荷值皆

3)穩定性試驗

為驗證誤差調整結果的穩定性和可靠性，2014年11月再次對該發電廠調整后的110kV電壓互感器年度基本誤差穩定性進行了跟蹤試驗。通過對比、分析表5與表2、表4數據，誤差調整后的110kV電壓互感器年穩定度滿足JJG1021-2007《電力互感器》國家計量檢定規程的技術要求。

表5　110 kV電壓互感器基本誤差穩定性試驗數據

4結語

本文研究的多繞組電壓互感器誤差調整新方法，采用電壓疊加法原理，設計了一款高精度、小功率多繞組電壓互感器誤差調整線圈，實際上是一只二次輸出繞組匝數可調的高精度電壓互感器，利用多繞組電壓互感器的非計量繞組作誤差調整繞組一次激磁線圈進行誤差調整，成功實現了多繞組電壓互感器計量繞組的誤差調整，具有成本低，易于操作，誤差調整結果穩定性好，不改變電壓互感器原有誤差特性，不存在安全隱患的優點，具有較高的實用價值。該方法對于誤差超差的老舊電壓互感器設備，尤其是GIS內置電壓互感器設備的誤差調整具有推廣應用價值。

參考文獻：

[1]王樂仁.電力互感器檢定及應用[M].北京：中國計量出版社，2010.

[2]史輪，趙洋，劉仲海，等.電壓互感器二次負荷對誤差的影響[J].河北電力技術，2006，25(6)：40-41.

SHILun,ZHAOYang,LIUZhong-hai,etal.Influenceofsecondaryloadofvoltagetransformeronerrors[J]．HebeiElectricPower，2006，25(6)：40-41.

[3]李歆輝.電壓互感器二次負荷動態補償器的研制[J].華中電力，2009,22(1)：36-38.

LIXin-hui.DevelopmentofdynamiccompensatorofPTload[J].CentralChinaElectricPower, 2009,22(1):36-39.

(本文編輯：嚴加)

Research and Application of On-Site Basic Deviation Adjustment Method for Multi-Winding Voltage Transformer

CHEN Shao-hua1, CHEN Xiao2, XU Ling-jie2

(1.XiaoshanPowerPlant,ZhejiangZhenengElectricPowerCo.,Ltd.,Hangzhou311521，China;2.StateGridElectricPowerResearchInstitute,ZhejiangElectricPowerCompany,Hangzhou310014，China)

Abstract:This paper analyzes the reason for voltage transformer excessive deviation under actual secondary load and the impact on the veracity of electric power measurement, and researches the deviation adjustment method for multi-winding voltage transformer. The principle of error superposition method is applied to designed an error adjustment coil. and a set of non-metering winding is used as excitation coil to study a simple and convenient on-site basic deviation adjustment method for multi-winding voltage transformer.

Key words:voltage transformer; metering winding; excessive deviation; deviation adjustment

DOI：10.11973/dlyny201603030

作者簡介：陳少華(1964)，男，工程師，從事電氣技術管理工作。

中圖分類號：TM451

文獻標志碼：A

文章編號：2095-1256(2016)03-0383-05

收稿日期：2016-03-12