電壓互感器誤差范圍擴大原因分析

（廣西電網有限責任公司計量中心 廣西南寧 5 3 0 0 2 3）

0 引言

電壓互感器在電力系統中廣泛用于把電網的交流一次電壓信號按照特定比例進行變換，并將變換后得到的低電壓信號供給二次回路中的電能表、測控裝置及繼電保護裝置等設備，以實現對一次電力線路、設備高電壓的準確測量、監測及保護，從而保證電力系統的安全、可靠及經濟運行。電壓互感器作為電能計量裝置的重要組成部分，其誤差成為電能計量裝置誤差的主要來源之一。一般來說，電壓互感器誤差隨負荷增大，誤差往負的方向變化增加[1-2]。通過多次對互感器的現場誤差檢驗分析，發現電壓互感器在進行上限負荷與下限負荷檢驗的同時，會出現不能同時滿足上限負荷與下限負荷誤差合格的情況，即互感器誤差范圍在相同負荷變化條件下誤差范圍較大。針對上述情況進行誤差計算公式推導，結合現場電壓互感器誤差試驗數據，進行理論分析，得出互感器誤差在相同二次負荷變化條件下誤差范圍較大是由于互感器繞組內阻抗較大會導致誤差范圍變大。

1 電壓互感器結構原理及電氣原理

1.1 電壓互感器結構原理

以1臺單相雙繞組電壓互感器的結構原理圖為例，對運行中的電壓互感器的電磁轉換之間關系進行簡述，從而說明電壓互感器的電氣原理。在圖1所示的電壓互感器的原理結構圖中，一次、二次繞組直接繞在同一個互感器鐵芯上，一次繞組接入一次交流電壓U1，U1在鐵芯中產生的交變磁通在二次繞組上感生出二次電壓U2并加在二次回路中的負荷Z2上。正常運行的電壓互感器的工作狀態實際上也包括了其在空載運行時候的狀態，即電壓互感器在帶負荷運行時的狀態實際是空載狀態和負荷狀態疊加后形成的。

1.2 電壓互感器運行狀態的等值電路

實際電壓互感器現場運行均為帶負載運行。為了便于分析和計算，在對二次側的各量進行折算到一次側，將電壓互感器一、二次側的電磁關系直接做出一個等值電路[3]如圖2所示。

在圖2中，R1和X1是一次繞組的阻抗，包含著線圈電阻和漏磁電抗；R2′和X2′是二次繞組的阻抗，包含著線圈電阻、漏磁電抗及二次回路負荷阻抗；因為互感器在電磁轉換過程中存在渦流損耗和磁滯損耗，這些電磁效應的所引起的等效阻抗在等值電路圖2中以R0和X0進行表示。

2 電壓互感器帶負載運行狀態的誤差計算

2.1 電壓互感器誤差定義

復數誤差定義為電壓互感器的誤差是折算后的二次電壓U2反轉1800后與實際一次電壓向量U1之差的比值。

誤差包括了比值差f和相位差δ，即又可表示為

按照JJG1021—2007《電力互感器檢定規程》對電壓互感器誤差定義為

電壓互感器比值差

式中：K為電壓互感器額定電壓比；U1為一次電壓有效值；U2為二次電壓有效值。

兩者定義差別這里不再詳細說明，實際計算誤差值采用復數誤差計算方法。

2.2 電壓互感器誤差計算方法

2.2.1 電路理論計算方法

結合電路圖2并根據互感器復數誤差定義進行互感器誤差分析[4-5]，誤差公式為

其中Z為復阻抗。第一項為空載誤差、第二項為負載誤差。

2.2.1 相量分析法

結合圖2互感器等值電路圖，給出等值相量圖。為了便于簡化分析互感器的誤差[6-8]，當忽略之間的相位差時，可以得到簡化后電壓互感器的誤差相量圖3。

根據（2）式的定義及圖3，可以得到電壓互感器的比值差。

δ角是實際的相位誤差，由于δ角通常很小，所以可以按δ≈sinδ的方式對δ角進行測取。

在（6）、（7）式中，fu0、δu0為空載誤差，fuf、δuf為負載誤差。

3 電壓互感器誤差受負荷及內阻抗影響分析

3.1 現場檢測實例

表1 電壓互感器兩次測試誤差數據對比

從表1數據發現，在第一次測試時，互感器在下限負荷比值誤差超差（0.2級互感器比值差誤差限為±0.2%），電壓百分比為80%與100%條件下分別是+0.215和+0.226。在經過廠家調整后，經過第二次測試發現，互感器下限負荷誤差合格，但上限負荷出現了超差情況，在電壓百分比80%與100%條件下分別是-0.216和-0.216。

3.2 原因分析

由公式（3）（5）分析，互感器誤差負載誤差部分，得出互感器負載誤差受到一次繞組及二次繞組內阻抗值的影響。圖4為不同互感器一二次繞組內阻抗條件下，互感器誤差與二次負荷關系曲線。

發現當互感器內阻抗值較大情況下，誤差波動隨負荷變化更大，即斜率更大為圖4黑色直線，因此，負載時的誤差與二次負荷的導納成正比。由于互感器繞組內阻抗和二次負荷導納及電壓無關[9-10]，因此電壓互感器負載的比值差與負荷關系為直線，同時繞組內阻抗會影響到比值差與負荷直線關系的斜率大小，若內阻抗值越大，斜率越大，即在上限負荷與下限負荷不變的情況下，互感器上下限負荷比值誤差域更寬，更難滿足實際試驗檢測中，上下下負荷比值誤差同時滿足誤差限值得要求。

4 結論

實際廠家進行誤差調整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上限與下限負荷的的誤差域寬度。如果互感器繞組內阻抗值較大，互感器比值誤差隨負荷變化較大，容易產生互感器上限負荷超差或者下限負荷超差。互感器出廠前負荷誤差按照其額定二次負荷來調整，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就移至正值，以保證在整個負荷范圍內誤差均合格。由于實際負荷值接近下限負荷大小，很難達到上限負荷的負荷值，所以建議在調整互感器誤差時，應先考慮多滿足下限負荷的誤差要求，將互感器誤差比值差整體向正的方向偏移，以保證在實際運行當中保證互感器比值誤差滿足誤差要求，實現準確計量的目的。