電壓互感器寬頻誤差自動測量裝置及試驗研究

于廷滿

（永安煤業有限責任公司，福建 三明 366102）

引言

為準確測量電壓互感器的寬頻誤差，基于測差原理，運用鎖相放大器和LabVIEW技術，研制了一套電壓互感器寬頻誤差測量裝置，實現了互感器誤差測量的自動化與智能化。介紹了寬頻誤差測量基本原理及裝置整體設計方案，并通過工頻誤差校準、自校結果比對、頻率特性及穩定性等試驗，對該裝置的性能進行了測試與驗證。測試結果表明，裝置在50Hz～10kHz范圍內，其比差測量精度優于5×10－7，角差測量精度優于0.2μrad，且頻率響應特性十分平坦。

一、電壓互感器的模型

PT的非線性模型首先要考慮的是鐵心的勵磁飽和非線性特性；另外一個要考慮的是隨著頻率的升高，處于高頻信號下的電壓互感器，在兩個導體或者電壓互感器繞組的電阻和電感中存在著分布的電氣耦合，這些電氣耦合表現出電容的特性，稱之為雜散電容；同時考慮鐵心的非線性特性，電壓互感器在高頻下的工作狀態和電壓互感器中繞組的電阻（表示銅損耗）和電感（表示漏電感）。

二、系統設計

寬頻誤差測量裝置。信號發生器生成低壓寬頻信號，經過功率放大器和寬頻升壓器完成升壓，組成電源系統。鎖相放大器選用美國SRS公司的Lock-inAmplifier—850，使用時需要注意以下兩點:①輸入的差壓信號ΔU和參考信號Uref的有效值都必須低于10V(即使瞬時超過10V也會導致損壞);②在鎖相放大器的內部，差壓信號的低端通過10K電阻接外殼地，因此需要設計1∶1寬頻隔離變壓器。

為了實現誤差測量的自動化，編寫了一套Lab VIEW智能測試軟件，通過GPIB接口同時與信號發生器、鎖相放大器進行通信(IEEE—488標準協議)，實現誤差測量自動化與智能化。初始化運行后，控制信號發生器的輸出幅值和相位，實現自動升壓與變頻。在軟件中處理鎖相放大器測得的數據，計算角差和比差，保存結果并實時顯示。

三、試驗結果與分析

（一）與感應分壓器自校結果比對

1kV感應分壓器(IVD)為工頻電壓比例標準量值溯源體系的源頭，一般采用參考電勢法對其進行自校，通常認為自校結果接近真值。以國家高電壓計量站1kV標準感應分壓器作為試品，在不同比率下(0.1～1)，用本裝置對其誤差進行校準。然后將測量結果與參考電勢自校結果進行比對。

與參考電勢自校方法結果相比，在不同比率下，受裝置中的1∶1隔離變壓器、鎖相放大器測量精度等裝置本身的影響，本裝置的比差、角差測量結果分別存在+2×10－7和－2×10－7的整體偏移。相對于互感器誤差來說，該偏移誤差非常小，基本可忽略不計;另一方面，對于這種系統帶來的固有測量誤差，由于其比較穩定，可以在軟件中加以修正。

（二）頻率特性測試

將信號發生器輸出5V電壓信號，同時施加在差壓信號U X和U N兩個通道上，形成1∶1的標準差壓信號，理論上誤差應為零，試驗中該裝置所測得的比差和角差即為測量裝置自身的誤差。給定信號頻率范圍為50Hz～100kHz。

在頻率10kHz以內，裝置的比值差和相位差均比較平坦，其誤差均小于1×10－6。在電力系統中，諧波頻率主要成分低于2.5kHz，更高頻率含量十分有限，對電能計量造成的影響可忽略不計，因此，研制的裝置滿足互感器諧波特性的誤差測量需求。

（三）工頻測量誤差校準

參考傳統電工式互感器誤差校驗儀的校準方法，對裝置的工頻測量誤差進行校準。給定標準工頻誤差源(可根據需要產生不同的比差、角差組合)，直接測量本裝置在工頻下由測量系統帶來的誤差。

傳統電工式校驗儀的比差、角差測量精度均優于5×10－7，而本裝置測量精度約3.5×10－7，其測量精度比電工式校驗儀有所提升。對于常見的誤差量值溯源工作，兩種方法均能較好地滿足需求。

（四）電容式電壓互感器下節電容測量方法

現場試驗時，為防止檢修時線路側來電，線路電壓互感器高壓接頭通常是懸掛地線，即電壓互感器高壓側接地。

結語

裝置將工頻條件下的測差法基本原理應用于電壓互感器諧波誤差測量，借用鎖相放大器精密測量儀器及LabVIEW虛擬儀器技術，實現了電壓互感器誤差的自動測量，解決了傳統電工式校驗方式操作繁瑣等難題。通過一系列試驗分析與驗證，結果表明，該裝置具有較高的測量精度，其比差測量精度優于5×10－7，角差測量精度優于0.2μrad。與此同時，也具有較好的頻率響應特性，在50Hz～10kHz范圍內，其測量精度基本不變，頻率響應十分平坦。