電容式工頻高壓標(biāo)準(zhǔn)的研究與應(yīng)用

摘 要：電容式工頻高壓標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系由精確的高壓電容器和低壓電容器以及二次測(cè)量系統(tǒng)組成，在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)使用了70多年。現(xiàn)在，它已廣泛用作100kV及更高電壓頻率報(bào)告的標(biāo)準(zhǔn)，以評(píng)估變壓器故障。

關(guān)鍵詞：電容;工頻高壓;標(biāo)準(zhǔn)器

國(guó)家的高壓計(jì)量站第一部分保護(hù)著中國(guó)的高壓計(jì)量，在1960年代開發(fā)的精度為300，000的18kV電阻分壓器。然后，在1980年，在標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)工作中完成了110kV標(biāo)準(zhǔn)的比率，并且以110kV頻率相對(duì)于35kV標(biāo)準(zhǔn)電壓對(duì)110kV電壓校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)單元的完成。2006年，國(guó)家高壓計(jì)量站完成了建設(shè)500kV電容性頻率電源的標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量不確定度優(yōu)于5×10-5。在我國(guó)，已安裝了一種將電子測(cè)量和電容測(cè)量結(jié)合起來以進(jìn)行高壓測(cè)量系統(tǒng)監(jiān)視和傳輸?shù)墓ぷ鞅Ｗo(hù)系統(tǒng)。

1 電容式工頻高壓標(biāo)準(zhǔn)器線路的研究

1.1 電位差電橋型

該測(cè)量電路的特殊功能是通過電容分壓器提供標(biāo)準(zhǔn)的二次電壓測(cè)量器。被測(cè)變壓器的第二電壓與電容器的分壓器相同的分壓比被轉(zhuǎn)換成通過斷路器電路測(cè)得的電壓。正常電壓提供兩個(gè)極限電壓平衡。因此，電容器的分壓器負(fù)載電流為0，因此不會(huì)發(fā)生其他誤差。這種測(cè)量器是可以直接讀取故障，但是將低壓電極的容量保持在標(biāo)準(zhǔn)電壓的電容器低壓電極中的接地電位的裝置與流通電路的裝置相同。現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備配置手冊(cè)等進(jìn)行環(huán)路測(cè)量時(shí)，每個(gè)數(shù)據(jù)功能都會(huì)讀取兩次。由于我們現(xiàn)在使用的是當(dāng)前最好的電子跟蹤器，因此該電路對(duì)于實(shí)施非常有用。

1.2 等功率電橋型

兩個(gè)電橋均具有電流比率轉(zhuǎn)換的功能，因此，流經(jīng)高壓電容器和低壓電容器的電流可以不同。以此方式，可以使用具有大約100nF的電容值的氣體電容器（諸如3320型電容器），并且tanδ<1×10-5。高壓冷凝器和單凝氣體的穩(wěn)定性也可以使用。高電壓容量與低電壓容量之比與測(cè)得的VT電壓之比不是恒定的，因?yàn)榘惭b了正確且合適的氣體冷凝器，并且支路的數(shù)量無法直接讀取不完整數(shù)誤差。由于可以與固定電容器并聯(lián)的調(diào)節(jié)單個(gè)1kV100pF電容器的變化，因此在校準(zhǔn)階段將橋電容對(duì)比度設(shè)置為磁盤1，將紫外線磁盤設(shè)置為0。電橋性能相對(duì)于測(cè)量的變化和對(duì)應(yīng)于變壓器與反正相的弧度值之比的差異，從而可以直接讀取誤差。在轉(zhuǎn)換初始值后，可以將對(duì)其進(jìn)行手動(dòng)操作。

當(dāng)前用于測(cè)量?jī)删€VT干擾的高壓電容器是所有電流類型的比較，可以將其分為有源和無源兩種。有源類型使用電子電路來產(chǎn)生的方電位并調(diào)節(jié)相位平衡和微磁電位。使用這種類型的無源RC網(wǎng)絡(luò)無需電子放大器即可移動(dòng)。由于其高精度的緣故，在調(diào)節(jié)和使其平衡的過程中，會(huì)聚角始終可以保持在90°。同時(shí)，它具有適合于VT測(cè)量的正負(fù)詢問測(cè)量功能，因此，由于相差可能為正或負(fù)，也因此它是同一功率測(cè)量的首選。但是，由于使用了電子放大器，因此電流系數(shù)比手冊(cè)中的要大，因此請(qǐng)務(wù)必在使用時(shí)糾正誤差。

下圖顯示了兩個(gè)電源橋的典型VT故障電路。當(dāng)前的C1回路電流>C2回路電流，比較器電橋電流適合于電流連接>1的測(cè)量，因此需要將C1連接到電橋CX端子，將C2連接到CN端子。

2 電容式工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)器的誤差與校準(zhǔn)

使用電容性電壓時(shí)，比例的標(biāo)準(zhǔn)單位（此處稱為標(biāo)準(zhǔn)單位）為組合標(biāo)準(zhǔn)單位。其準(zhǔn)確性與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備各個(gè)單元的準(zhǔn)確性有關(guān)。誤差為其各自的誤差以及組合后產(chǎn)生的附加誤差的綜合。因此，可以獲得根據(jù)構(gòu)圖控制方法的構(gòu)圖控制方法。但是，由于工作量大，精度低，難以實(shí)現(xiàn)。實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)誤差在很大程度上取決于整個(gè)校準(zhǔn)過程。

典型的標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)通常僅在特定的電壓比下執(zhí)行。JJG314-94僅需要一個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)（標(biāo)稱電壓的20%），但是有必要在操作過程中將電壓盡可能提高以提高校準(zhǔn)精度。由于這是校準(zhǔn)點(diǎn)，因此，如果存在與測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)相匹配的電壓，則在較高電壓的測(cè)量中可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。需要對(duì)其進(jìn)行測(cè)量和評(píng)估。

如《國(guó)家計(jì)量驗(yàn)證聲明》JJG314-94中所述，《全面替代校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)》是一種用于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量和國(guó)際比較的實(shí)用，準(zhǔn)確，可靠且經(jīng)過驗(yàn)證的方法。替代方法需要具有較高分辨率的穩(wěn)定測(cè)量系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)尺寸和樣品尺寸必須是同一類型的單位，并且其標(biāo)稱值必須相同。另一種方法是間接比較方法，通常需要切換測(cè)量系統(tǒng)并進(jìn)行差分測(cè)量。

測(cè)量步驟與四種常用的標(biāo)準(zhǔn)器測(cè)量線路的替代方法相同。首先把標(biāo)準(zhǔn)的電壓互感器當(dāng)作飾品接入測(cè)試線路，配置為調(diào)整連接到儀表線的儀表的電壓分布，故障計(jì)數(shù)器會(huì)顯示標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的校準(zhǔn)值。準(zhǔn)確性與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的理論相同。對(duì)于僅具有測(cè)量功能的設(shè)備，例如電壓橋，輸入和標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器也可能以錯(cuò)誤的單位用于信號(hào)值。主要是在出現(xiàn)電壓錯(cuò)誤的情況下不會(huì)失敗。完成上述校準(zhǔn)后，可以用被測(cè)產(chǎn)品替換標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器并進(jìn)行正式測(cè)量。

除校準(zhǔn)點(diǎn)外，測(cè)量點(diǎn)誤差還疊加在其他標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)測(cè)量誤差上。干擾旨在評(píng)估高低壓電容器和標(biāo)準(zhǔn)電壓電容器的影響的測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于測(cè)量恒定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，大氣中電磁干擾的幅度，并會(huì)隨機(jī)變化。我們需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理。他的高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器的電壓系數(shù)Th已如前述，進(jìn)口商品的技術(shù)條件規(guī)定Tst3×10-5，tanW≯1×10-5，國(guó)產(chǎn)設(shè)備T≯3×10-5，tanW≯2×10-5，均以滿足實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)要求，Th可不作考慮。

3 電容式工頻電壓標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用

電容器與標(biāo)準(zhǔn)電壓（以下簡(jiǎn)稱為標(biāo)準(zhǔn)電壓）之比為復(fù)合標(biāo)準(zhǔn)電度表。標(biāo)準(zhǔn)電壓與各種標(biāo)準(zhǔn)度量單位的精度有關(guān)。因此，可以根據(jù)控制方法獲得標(biāo)準(zhǔn)誤差。但是，由于工作量大，精度低，因此難以實(shí)施這一種方法。當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)誤差在很大程度上取決于整個(gè)校準(zhǔn)過程。

標(biāo)準(zhǔn)液的正常校準(zhǔn)通常僅在一定百分比的電壓下執(zhí)行。JJG314-94僅需要記錄電壓的20%校正點(diǎn)，但是為了提高校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性，有必要在操作過程中使電壓盡可能的提高。由于這是一個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，所以如果它與被測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)電壓有關(guān)，則在測(cè)量較高電壓的結(jié)果中可能會(huì)有一些誤差，并需要對(duì)其進(jìn)行深度測(cè)量和評(píng)估。

使用別的方法來測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)品是一種很高效的方法，適用于實(shí)驗(yàn)室和國(guó)際比較中的測(cè)量，并且在國(guó)家法規(guī)JJG314-94中對(duì)準(zhǔn)確可靠的稱量驗(yàn)證進(jìn)行了描述。標(biāo)準(zhǔn)量和樣本量都必須屬于同一個(gè)儀器的測(cè)量，因此標(biāo)稱值是相同。換句話說，另一種方法是比較間接的方法，該方法應(yīng)用于轉(zhuǎn)換整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，從而以獲得方差測(cè)量。

常用的四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量電路具有相同的測(cè)量方法。首先，使用標(biāo)準(zhǔn)的電壓互感器作為測(cè)試產(chǎn)品以達(dá)到測(cè)量范圍，測(cè)量故障的設(shè)備需要使用標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證值來調(diào)整測(cè)量單元的分壓。該理論類似于標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置，對(duì)于僅具有測(cè)量功能的設(shè)備（例如高壓電容器），故障測(cè)量設(shè)備可以檢測(cè)到信號(hào)，并且可以將標(biāo)準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換作默認(rèn)電壓，而不會(huì)受到任何干擾。完成上述校準(zhǔn)工作后，可以用測(cè)試產(chǎn)品替換標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器以進(jìn)行正式測(cè)量。

測(cè)量點(diǎn)超出校準(zhǔn)點(diǎn)的誤差解釋會(huì)導(dǎo)致更多誤差，從而超出測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。誤差包括高壓電容器和低壓電容器測(cè)量系統(tǒng)的T電壓系數(shù)，恒定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間測(cè)量系數(shù)，電磁干擾的大小和方向的隨機(jī)變化等，以及對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中特定結(jié)構(gòu)的影響和評(píng)估。其中，高標(biāo)準(zhǔn)電壓的系數(shù)是Th進(jìn)口商品的技術(shù)狀態(tài)Tst3×10-5，tanW≯1×10-5，家用電器T≯3×10-5，tanW≯2×10-5是的不足以滿足所有常見實(shí)驗(yàn)室測(cè)量要求，因此不考慮Th。

可以使用電容器比較器直接測(cè)量低電壓標(biāo)準(zhǔn)電壓系數(shù)T1。使用的工具是有源比例分支橋。它的使用稱為參考標(biāo)準(zhǔn)的電壓T因子和標(biāo)準(zhǔn)電容器。可以在其他電容器上測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)電容器通常是氣體絕緣電容器，并且通常是多層板結(jié)構(gòu)。如果對(duì)電容器的要求很高，則可以通過根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范添加測(cè)量規(guī)范K來糾正規(guī)范引入的測(cè)量誤差。

4 結(jié)語

本文首先從電極系統(tǒng)的熱膨脹以及壓力容器效應(yīng)等方面對(duì)影響高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器電容量穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了分析，然后從電位差電橋型、有源阻抗電橋型以及等功率電橋型等方面對(duì)電容式工頻高壓標(biāo)準(zhǔn)器線路進(jìn)行了研究，接著對(duì)電容式工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)器的誤差與校準(zhǔn)進(jìn)行了研究，再接著對(duì)電容式工頻電壓標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用進(jìn)行了分析，最后希望通過本篇文章的研究對(duì)今后的專家學(xué)者研究與電容式工頻高壓標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用相關(guān)的課題有一定的借鑒與啟發(fā)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉朋遠(yuǎn).750kV電容式電壓互感器誤差現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)方法[J].寧夏電力，2014（04）：24-27.

[2]云明軒.750kV電壓互感器準(zhǔn)確度現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)方法[J].寧夏電力，2011（01）：8-11+52.

[3]王樂仁.電容式工頻高壓比例標(biāo)準(zhǔn)器的原理與應(yīng)用（續(xù)一）[J].高電壓技術(shù)，2002（01）：23-25.

作者簡(jiǎn)介：劉旗峰（1963—），男，漢族，福建福州人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：從事電學(xué)計(jì)量。