電壓互感器誤差測(cè)試技術(shù)實(shí)踐探析

廣西桂能科技發(fā)展有限公司 黃良?xì)g

電壓互感器是變電所和發(fā)電廠穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，是輸電供電系統(tǒng)中重要的組成部分，能夠有效地連接一次設(shè)備和二次設(shè)備，保障一次電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，電壓互感器在運(yùn)行過程中如果出現(xiàn)誤差，或者受到其他外界因素的干擾，將會(huì)直接影響后續(xù)工作的穩(wěn)定性，將會(huì)直接影響貿(mào)易結(jié)算的精準(zhǔn)性。本文結(jié)合工作實(shí)踐，分析并對(duì)比了測(cè)差法和等效外推法兩種測(cè)試技術(shù)，探究了測(cè)試技術(shù)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，并在此基礎(chǔ)上，提出了降低電壓互感器誤差的方法。

1 電壓互感器誤差測(cè)試技術(shù)

電壓互感器誤差測(cè)試，能夠有效將一次電氣設(shè)備和二次控制設(shè)備相連接，明確電壓變化情況，與同比的標(biāo)準(zhǔn)電壓相比，在相同電壓下將電壓負(fù)載箱有效地安裝在二次控制設(shè)備端，在二次端電壓的作用和影響下，明確不同電壓互感器的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)變化，并采用電壓互感器誤差測(cè)試明確各設(shè)備的運(yùn)行狀況，進(jìn)行電壓對(duì)比分析。

這種測(cè)試技術(shù)能夠得到較為準(zhǔn)確可靠的誤差數(shù)據(jù)信息，但該測(cè)試過程需要使用多個(gè)配套設(shè)備，如負(fù)載箱、互感器校驗(yàn)儀、升壓器等，操作過程較為復(fù)雜，且所需的測(cè)量電壓有時(shí)相對(duì)較高，現(xiàn)場(chǎng)操作較為麻煩。相比較而言，等效外推法能夠有效彌補(bǔ)測(cè)差法的不足，無須使用過多配套設(shè)備，操作較為便捷。因此，本文分別研究側(cè)差法和等效外推法兩種電壓互感器誤差測(cè)試技術(shù)。

1.1 測(cè)差法

1.1.1 測(cè)量設(shè)備

使用測(cè)差法測(cè)試電壓互感器誤差時(shí)，須準(zhǔn)備多個(gè)試驗(yàn)設(shè)備，包括5kVA以上電源操作箱、過載自動(dòng)掉閘裝置、升壓器、標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器、互感器現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀等，裝置設(shè)備所適用的試驗(yàn)環(huán)境要求如下表1所示。其中，升壓器的選擇應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況與被測(cè)電壓互感器的情況，準(zhǔn)備多臺(tái)不同設(shè)備類型；標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器，一般選擇0.05S級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器，或者相比于被測(cè)電壓互感器等級(jí)，擁有不同的等級(jí)，如果高出兩個(gè)等級(jí)以上，則為標(biāo)準(zhǔn)的電壓互感器，能夠保障在后續(xù)運(yùn)行過程中始終處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

表1 測(cè)量設(shè)備使用環(huán)境要求

互感器在實(shí)際運(yùn)行過程中包括多個(gè)組成設(shè)備，包括二級(jí)設(shè)備，因此為保障后續(xù)工作環(huán)節(jié)的有序運(yùn)行，需要明確電壓負(fù)荷箱的具體使用等級(jí)，明確電壓負(fù)荷箱的操作規(guī)范，參考額定值，確定二次控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并準(zhǔn)備備用設(shè)備，保障設(shè)備處于有效的運(yùn)行狀態(tài)下，保障后續(xù)工作環(huán)節(jié)的有效進(jìn)行。在以上測(cè)量設(shè)備基礎(chǔ)上，額外準(zhǔn)備一組專用接地線、一套專用測(cè)試導(dǎo)線、一個(gè)在有效期內(nèi)可測(cè)電流的帶鉗口的萬用表等[1]。

1.1.2 接線方法

將互感器校驗(yàn)儀的Ux端子和被測(cè)電壓互感器計(jì)量二次繞組首端相連接，互感器校驗(yàn)儀x端子與被測(cè)電壓互感器計(jì)量二次繞組非尾端相連接，并在互感器校驗(yàn)儀Ux端子和x端子之間連接電壓負(fù)荷箱Y1。如果被測(cè)電壓互感器在運(yùn)行狀態(tài)中存在保護(hù)繞阻，則需要在繞阻的兩端接入電壓負(fù)載箱，避免電壓負(fù)載箱在后續(xù)運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)了嚴(yán)重的短路問題。同時(shí)，電壓互感器也要發(fā)揮自身的測(cè)量誤差技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，及時(shí)地對(duì)電壓負(fù)載線的兩端進(jìn)行檢查，并明確電壓互感器的傳輸狀態(tài)，對(duì)接地端子接地處理。

1.1.3 測(cè)試過程

在正式通電測(cè)試前，檢查接線情況，在確保接線質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)一步檢查高壓線是否處于安全距離。在此基礎(chǔ)上，做好預(yù)通電檢查工作。安排專人檢查監(jiān)督加壓過程，確保電壓提升過程中的穩(wěn)定性，使其逐步上升至額定值5%～10%左右，在此條件下，觀察判斷誤差值。若在此期間，沒有發(fā)現(xiàn)異常情況，則證明誤差值正常，且設(shè)備處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，可將其上升到最大電壓百分點(diǎn)，再下降到0[2]。若在檢查期間發(fā)現(xiàn)誤差值異常問題，則應(yīng)對(duì)問題進(jìn)行判斷排除，再重新測(cè)試。

以工頻諧振升壓法為例，該測(cè)試方式一般應(yīng)用于35kV以上電壓等級(jí)電容式電壓互感器的誤差測(cè)試當(dāng)中。

近年來，工頻諧振升壓法所使用的相關(guān)設(shè)備越來越輕便，且受到廣泛歡迎。工頻諧振升壓裝置，一般包括可調(diào)感電抗器、勵(lì)磁變壓器。在實(shí)際使用過程中，可從設(shè)備銘牌中已知，通常分為0.005μF、0.01μF和0.02μF，確定電容量值，并根據(jù)相關(guān)信息，確定所需的墊片大小。

表2為額定電壓40kV、50kV下的可調(diào)感電抗器部分諧振電容值和調(diào)節(jié)氣隙之間的關(guān)系。如對(duì)額定電壓為110kV、電容量為0.01μF的電壓互感器進(jìn)行校驗(yàn)，則可選擇單節(jié)額定耐壓值為40kV的可調(diào)感電抗器進(jìn)行，使用兩個(gè)相同的電抗器，選擇4mm大的墊片；若選擇額定電壓50kV的可調(diào)感電抗器，則也需使用兩個(gè)電抗器同時(shí)進(jìn)行，選擇22mm的墊片。又如，某個(gè)變電站電壓互感器為220kV額定電壓，電容量0.01μF，若選擇額定耐壓值為40kV的可調(diào)感電抗器，那么則需要同時(shí)使用4個(gè)，并選擇15mm的墊片；若使用額定耐壓值為50kV的可調(diào)感電抗器，則需同時(shí)使用3個(gè)，并選擇38mm的墊片。

1.2 等效外推法

1.2.1 測(cè)試原理

等效外推法相交于測(cè)差法，具有實(shí)際操作更加便捷的優(yōu)勢(shì)特征。在電壓互感器的等效電路圖中，V1，V2分別為以此電壓和二次測(cè)實(shí)際電壓。其中，Va=V1／k-（I0+I2）Z’1，I0=Va/Z’0，I2=Va/Z2+Zb，I1=I0+I2，V2=Va×Zb/（Z2+Zb），整理代入可得，Va=[V1/k×（Z2+Zb）]/[（Z2+Zb）+Z1’Y1’（Z2+Zb）+Z1’]。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)互感器誤差定義公式：（V2-V1/k）/（V1/k），對(duì)電壓互感器誤差計(jì)算過程進(jìn)行簡(jiǎn)化并詳細(xì)計(jì)算，以保證計(jì)算精準(zhǔn)度。

在實(shí)際計(jì)算過程中，電壓互感器誤差主要包括兩個(gè)部分，首先空載誤差是指電壓互感器在運(yùn)行狀態(tài)中數(shù)值受到內(nèi)阻抗的影響，與二次電氣設(shè)備無關(guān)。空載誤差的數(shù)值會(huì)出現(xiàn)明顯的變化，并不會(huì)隨著后續(xù)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)作出相應(yīng)的調(diào)整，也不會(huì)隨著后續(xù)電壓情況而發(fā)生一定的變化。因此，在出現(xiàn)空載誤差時(shí)，該誤差的類型具有明顯的特征，會(huì)受到內(nèi)阻抗的影響，隨著電壓值的變化發(fā)生轉(zhuǎn)變。另一類電壓互感器誤差為二次負(fù)載誤差，會(huì)受二次內(nèi)阻抗和二次負(fù)載值的影響，與第一次的電氣設(shè)備無關(guān)。一旦負(fù)載值不變，那么其也為不變量[3]。所以，在測(cè)試過程中，在不同測(cè)點(diǎn)下，電壓互感器的誤差主要由一次勵(lì)磁導(dǎo)納變化值所帶來的。

1.2.2 測(cè)試過程

針對(duì)以上所分析的測(cè)試原理，在測(cè)量過程中，Y’1的測(cè)量相對(duì)較為困難，所以一般選擇二次測(cè)開路導(dǎo)納的測(cè)量值代替Y’1，但二者并不完全相等。這主要是由于Y’1測(cè)量過程中，所得到的值還包括分布電容的容納，該容納值與Y2測(cè)量過程中得到的值并不相同。所以，在實(shí)際測(cè)量中，將兩電路正交盤均置于LC位置，分別讀出兩個(gè)數(shù)值，控制兩次電壓相同，將兩次得到的試驗(yàn)數(shù)值相減，基于比例折算方法，即可計(jì)算出高壓側(cè)的分布電容，進(jìn)而得出相對(duì)應(yīng)的Y1c’和Y2c’數(shù)值，代入公式當(dāng)中進(jìn)行計(jì)算。

在實(shí)際電壓互感器誤差測(cè)試過程中，運(yùn)用上述公式和測(cè)量方法，進(jìn)行適當(dāng)拓展延伸，得到相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果。該過程中，大多數(shù)參數(shù)均可使用互感器校驗(yàn)儀測(cè)量得出，在部分環(huán)節(jié)，搭配使用小型標(biāo)準(zhǔn)器和小型升壓器（低于1000V），即可得到相應(yīng)的誤差值，操作較為便捷，且結(jié)果較為精準(zhǔn)。表3為電壓互感器誤差精度等級(jí)和最大允許誤差。

表3 電壓互感器誤差精度等級(jí)和最大允許誤差

1.3 測(cè)試注意事項(xiàng)

在測(cè)試之前，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步校對(duì)測(cè)試過程中所需要的各類儀器，保證儀器設(shè)備的工作精準(zhǔn)度，繪制出相應(yīng)的校正曲線和校正表格，使其作為后續(xù)測(cè)量過程的重要參考，根據(jù)校正表格和曲線，引入相應(yīng)的修正值，使得測(cè)量結(jié)果更加精確可靠。同時(shí)，為降低誤差，應(yīng)當(dāng)盡量從根源上消除附加誤差問題，確保各類儀器儀表能夠在常規(guī)條件下運(yùn)行。

比如，正確安裝儀器儀表，科學(xué)調(diào)整儀器儀表，使其穩(wěn)定運(yùn)行，保證其運(yùn)行精準(zhǔn)度，針對(duì)容易影響儀器儀表精確度的外來電磁場(chǎng)、環(huán)境溫度、頻率和電源電壓波形等因素加強(qiáng)調(diào)整，控制其在合理范圍內(nèi)，維持儀器儀表的正常運(yùn)行狀態(tài)。另外，在電壓互感器誤差測(cè)試過程中，為保證測(cè)試結(jié)果的精確度和科學(xué)性，還可多次使用不同的測(cè)量方法，對(duì)比分析測(cè)試結(jié)果。

無論采用何種電壓互感器誤差測(cè)試方法，其操作過程均在電網(wǎng)帶電環(huán)境下進(jìn)行，所以除了要確保誤差測(cè)試精度外，還必須保證整個(gè)過程安全進(jìn)行，避免發(fā)生設(shè)備故障或電網(wǎng)事故。在壓降校驗(yàn)儀接進(jìn)過程中，針對(duì)其導(dǎo)線進(jìn)行檢查，若為四芯屏蔽電纜線，那么在接近之前，應(yīng)當(dāng)先使用100V兆歐表，同時(shí)要加強(qiáng)檢查，做好運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作，防止電氣設(shè)備在后續(xù)出現(xiàn)故障短路問題。在測(cè)試過程中要保障三芯通電，并嚴(yán)格地控制接線線頭，防止出現(xiàn)短路，影響了后續(xù)的測(cè)量狀態(tài)。在正式測(cè)試開始前也要做好充分的前期準(zhǔn)備工作，要對(duì)機(jī)器設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的檢查，并對(duì)電纜線進(jìn)行核對(duì)，明確丈量誤差，對(duì)設(shè)備進(jìn)行保存，在每次檢測(cè)完后畢后也要及時(shí)消除誤差，以此降低其對(duì)丈量的影響，并保障操作安全進(jìn)行。

2 降低電壓互感器誤差的方法

2.1 減小二次回路壓降

為降低電壓互感器誤差，減小二次回路壓降，應(yīng)當(dāng)科學(xué)設(shè)置計(jì)量專用的二次回路。對(duì)于重要電能表中，所安裝的專用二次回路，與繼電保護(hù)裝置，與電能表相連接。此外，針對(duì)10kV測(cè)量計(jì)，在使用過程中，還可在靠近PY開關(guān)室的區(qū)域安裝電能表，以此縮短二次導(dǎo)線的長(zhǎng)度，降低二次回路壓降，進(jìn)而減小電壓互感器誤差。但由于該過程涉及的開關(guān)室，其隨著季節(jié)溫度的變化較為明顯，因此同時(shí)僅適用于保護(hù)室與開關(guān)室在一起的環(huán)境當(dāng)中，且須使用附加誤差相對(duì)較小、溫度特性較好的電能表。

此外，對(duì)電壓互感器的二次導(dǎo)線截面進(jìn)行加粗處理，也能夠通過減少接點(diǎn)與電阻的接觸，進(jìn)而減小電壓互感器二次回路壓降。二次回路導(dǎo)線，一般由銅質(zhì)單芯絕緣線制作而成，且二次回路連接導(dǎo)線的截面應(yīng)當(dāng)根據(jù)電壓降允許范圍進(jìn)行確定，一般控制在2.5mm2以上，以此減小誤差。

2.2 做好誤差合理配對(duì)

針對(duì)以上電壓互感器誤差計(jì)算過程來看，互感器的合成誤差，與角差、比差等均有所關(guān)聯(lián)，因此在安裝過程中，應(yīng)當(dāng)盡量做到合理配對(duì)，盡量使得電壓互感器，在接入電能表同一元件的過程中，控制比差符號(hào)相反、數(shù)值相等或相近。

2.3 控制在額定負(fù)載內(nèi)運(yùn)行

當(dāng)電壓互感器運(yùn)行在額定負(fù)載內(nèi)時(shí)，其精度有所提高，相應(yīng)地合成誤差便會(huì)有所下降。對(duì)于電能計(jì)量裝置而言，準(zhǔn)確度是最基本也是最重要的要求，而準(zhǔn)確與否主要通過誤差進(jìn)行判斷。作為主網(wǎng)線損考核的重要指標(biāo)依據(jù)，電能計(jì)量裝置影響著電力系統(tǒng)的整體發(fā)展效果，所以必須進(jìn)一步優(yōu)化電能計(jì)量工作，提高電能計(jì)量裝置運(yùn)行精準(zhǔn)度，保證公平工作，控制在額定負(fù)載內(nèi)，以此降低電壓互感器誤差。