一種三全絕緣10kV電壓互感器高壓電能計量裝置*

朱敏珊，蔡春元，陳勁游

（廣東電網有限責任公司中山供電局，廣東中山 528400）

0 引言

10 kV高壓電能計量裝置是計收電費的依據，約占整體計收用戶電費的70%。隨著國家工業不斷發展壯大，電網規模隨之擴大，高壓電能計量裝置的數量不斷增加，電能計量設備維護人員處理電能計量故障的工作量也越來越大[1]。電壓互感器一次線圈匝數較多，線徑細，是整個高壓計量裝置最容易受到電壓突變而損壞的部分，由其導致的計量故障，需要用戶配合停電，處理難度大，費工費時，因而有必要提升其可靠性。

本文對常用電壓互感器接線方式優缺點進行了分析，介紹了一種三全絕緣10 kV電壓互感器高壓電能計量裝置。這種裝置在防止鐵磁諧振、提高電壓互感器使用壽命和提升計量裝置運行可靠性方面有重要意義。

1 常用電壓互感器接線方式

圖1 兩臺單相電壓互感器的10 kV高壓電能計量裝置

高壓電能計量裝置接線方式還有如圖2所示的YN/yn接線方式，由三臺單相一次繞組接地的電壓互感器分別經3只高壓熔斷器接在10 kV電源上，其中性點均接地。這種接線方式多用于變電站10 kV側高壓電能計量[6]。缺點是當系統單相接地時，非接地相一次線圈承受線電壓，特別是單相接地時易發生鐵磁諧振，引發高壓熔斷器熔斷，甚至電壓互感器損壞。為防鐵磁諧振，也有采用如圖3所示的4臺電壓互感器接線方式，即在三臺單相電壓互感器一次繞組中性點與地之間再串入一臺電壓互感器，這種接線方式雖然可有效防止鐵磁諧振，但需要4臺電壓互感器，所需電壓互感器數量較多[7]。

圖2 三臺單相電壓互感器的10 kV高壓電能計量裝置

圖3 四臺單相電壓互感器的10 kV高壓電能計量裝置

2 三全絕緣10 kV電壓互感器高壓電能計量裝置

三全絕緣10 kV電壓互感器高壓電能計量裝置如圖4所示，是由3臺全絕緣的電壓互感器（TV1、TV2、TV3）以YN/yn接線方式組成。一次線圈首端經3只高壓熔斷器接在10 kV電源上，末端相互連接并懸空，二次線圈末端相互連接后接地，首端接三相三線電能表。每臺電壓互感器一次線圈承受10 kV電源的相電壓，而電流回路仍由兩臺電流互感器（TA1、TA2）將電流引入三相三線電能表。這種接線方式由三臺單相電壓互感器組成，但一次線圈的中性點是不接地的，當系統發生單相接地時，中性點電壓將升為相電壓，每臺電壓互感器一次線圈依然承受相電壓，由于中性點需要絕緣，所以三臺電壓互感器一次線圈兩端都需要絕緣，故稱為三全絕緣10 kV電壓互感器高壓電能計量裝置。

圖4 三全絕緣電壓互感器的10 kV高壓電能計量裝置

3 優缺點分析及解決措施

3.1 優點分析

（1）三全絕緣10 kV電壓互感器組成YN/yn接線方式，接入電能表的是線電壓，對于中性點不接地的絕緣系統，在任何情況下中性點都不會產生不平衡電流，因而與二全絕緣10 kV電壓互感器組成V/v接線方式一樣，理論上不會產生計量誤差。

（2）三全絕緣10 kV電壓互感器組成YN/yn接線方式，實質是將用于V/v接線的電壓互感器應用于YN/yn接線的電壓互感器，一次線圈由接入線電壓改為相電壓，承受10 kV線電壓降為承受10 3kV相電壓，對于運行的電壓互感器長期承受降壓使用，從而提升計量可靠性。

（3）降低了一次線圈內部溫度，延長了電壓互感器的使用壽命。三全絕緣10 kV電壓互感器一次線圈電壓降低到原來的1 3，在其他條件不變的情況下，一次線圈電流I也會降低到原來的1 3，按線圈電阻R發熱功率P=I2R計算，線圈電阻發熱功率僅為原來的1/3，一次線圈內部溫度會明顯下降。根據測算，目前常用的V/v接線全絕緣10 kV電壓互感器，一次線圈接入10 kV電壓，環境溫度為25C時，一次線圈內部溫度高達74℃，當環境溫度為35℃時，內部溫度將更高。如果繞組連續維持超過95℃溫度，根據變壓器溫度與壽命關系的所謂8℃定則，以上述溫度下的壽命為基礎，繞組溫度每升高8℃，變壓器使用壽命就縮短1/2。電磁式電壓互感器與變壓器是同類型產品，也遵循8℃定則。使用三全絕緣10 kV電壓互感器，一次線圈內部溫度會明顯下降，從而延長使用壽命。

（4）當電網電壓突然升高（如雷擊、操作過電壓）或合閘送電時，三全絕緣10 kV電壓互感器一次線圈承受的電壓是V/v接線電壓互感器一次線圈的1 3，甚至只有1 2。如A、B、C三相同時合閘，每相電壓互感器一次線圈承受的電壓為1 3線電壓，如A相和B相先合閘，A相和B電壓互感器一次線圈承受的電壓為1 2線電壓，最后合上C相時，每相電壓互感器一次線圈也是承受的電壓為1 3線電壓。由于電壓互感器一次線圈承受的電壓降低，即使電網電壓突然升高或電網合閘送電，勵磁涌流也會相應減少，對電壓互感器的破壞也會降低。

（5）當系統單相接地時，三臺電壓互感器一次線圈的中性點不接地，系統對地電容電流不能流過電壓互感器一次線圈，使電壓互感器鐵芯飽和，因而不容易發生鐵磁諧振。

（6）事實證明，由于單臺電壓互感器的體積及散熱和絕緣性的提升是相互予盾的。增加匝間、層間絕緣裕度，會導致體積增加，散熱更加困難，提高鐵芯磁飽和裕度，同樣也會導致單臺電壓互感器體積和重量增加，所以通過提高單臺電壓互感器的匝間、層間絕緣裕度，鐵芯磁飽和裕度，提高其可靠性的效果不明顯。

3.2.1 多功能旅游空間布局 旅游空間布局是整個規劃核心部分，遵循一定的流程和原則至關重要。旅游產業是生產方式和生活方式，是空間布局規劃的本質，不僅要生產效用最大化，而且消費者的消費效用也要最大化。做好空間布局規劃要突出資源特色，各功能之間要協調互補，同時要保證資源的完整性，以保護環境為基本。另一方面，可借助互聯網，用AR、VR等濃縮成虛擬的空間場景，增加游客的體驗樂趣，使生態休閑旅游變得更人性化，更有樂趣。

3.2 存在缺點

（1）由于三全絕緣10 kV電壓互感器一次線圈中性點懸空，如果三臺電壓互感器的勵磁阻抗或三相負載阻抗不平衡，中性點將產生位移。當這種不平衡超出一定程度時，電壓互感器一次線圈承受的電壓將偏離相電壓較大。當超出規定誤差限正常工作電壓范圍時，誤差可能會超差。

（2）V/v接線的10 kV電壓互感器的額定電壓是10 kV，正常工作時一次線圈承受的額定電壓也是10 kV，因而規定誤差限的額定電壓Un也是10 kV。YN/yn接線的電壓互感器絕緣和可靠性是按接入10 kV額定電壓設計的，規定誤差限的額定電壓Un也是10 kV，而三全絕緣10 kV電壓互感器正常工作時，一次線圈承受的額定電壓也是10 3kV，則有可能超出誤差限。

3.3 解決措施

（1）為了解決中性點位移的缺點，需要規定同一計量裝置的三臺全絕緣10 kV電壓互感器勵磁阻抗（包括鐵芯磁飽和裕度）、負載阻抗相差不應大于10%。同時，電壓互感器應采用同一設計方式、相同電磁材料制造，且三相負載相差不大于10%。

（2）為了解決超出誤差限的問題，需要規定誤差限的額定電壓Un為10 3kV，以10 3kV為額定電壓Un在到貨驗收時進行誤差測試。相應的，三全絕緣10 kV電壓互感器對應的二次電壓是100 3V，按此電壓計算輸出功率即可解決超出誤差限的問題。

4 經濟社會效益分析

由常用兩臺全絕緣電壓互感器，改為用三臺全絕緣電壓互感器，將會增加裝置的一次性投資成本。按采購價1 600元/臺單相電壓互感器算，每套三全絕緣10 kV電壓互感器高壓電能計量裝置將增加1 600元一次性投資成本。以每年新增100套10 kV電壓互感器高壓電能計量裝置計算，一年只需增加一次性運營投資成本16萬元。

相對其前期投入成本，采用三全絕緣10 kV電壓互感器投運后節約的成本更為可觀。這套裝置能降低一次線圈內部溫度，從而延長設備使用壽命，節約設備投資費用。因其一次線圈內部溫度明顯下降，電壓互感器的使用壽命也較原來延長。假設比原來20年使用壽命延長了1/3，則使用壽命為30年，增加的電壓互感器一次性成本就抵消了。另一方面，對于減少故障處理費用也節省了一筆支出。中山供電局目前運行的10 kV電壓互感器高壓電能計量裝置約6 000套，每年故障率約為1.5%，每次更換故障設備費用按5 000元計算，則每年需要45萬元；按350元·人/日的工時費計算，每次處理故障需一組兩人半天處理完畢，則節省人工費用3.15萬元每年。同時，對發生高壓計量故障來說，不可避免會產生故障損失電費、處理故障耗時減少售電量等損失。

因此，采用三全絕緣10 kV電壓互感器高壓電能計量裝置，有效提高了供電可靠性，降低了停電對客戶生產經營的影響，從而提高了客戶滿意度。

5 結束語

三全絕緣10 kV電壓互感器YN/yn接線的高壓電能計量裝置，與目前常用的二全絕緣10 kV電壓互感器V/v接線高壓電能計量裝置一樣，理論上不會產生計量誤差，且通過電壓降額使用能有效提高一次線圈匝間、層間絕緣裕度，鐵芯磁飽和裕度，一次線圈工作電流和勵磁涌流，從而提高10 kV高壓電能計量裝置可靠性，延長電壓互感器使用壽命，對電網設備可靠運行有重大意義。

參考文獻：

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