電力設(shè)備管理中互感器在電力計(jì)量中的應(yīng)用與優(yōu)化

國(guó)網(wǎng)西藏電力有限公司拉薩市達(dá)孜區(qū)供電公司 旦增美朵 國(guó)網(wǎng)西藏電力有限公司林周縣供電公司 扎西卓瑪

電能計(jì)量作為電力設(shè)備管理中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于促進(jìn)供用電雙方降低能耗、節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)效益和推動(dòng)社會(huì)和諧發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。而互感器作為電能計(jì)量中的關(guān)鍵元件之一，其準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性對(duì)于電能計(jì)量結(jié)果的可信度有著直接的影響。本文旨在深入探討互感器在電力計(jì)量中的應(yīng)用與優(yōu)化，重點(diǎn)關(guān)注互感器對(duì)計(jì)量準(zhǔn)確度的影響，以期為電力設(shè)備管理提供科學(xué)的指導(dǎo)和決策依據(jù)。

1 互感器的特點(diǎn)和技術(shù)要求

互感器在電路中采用一次線圈串聯(lián)的方式，并且其匝數(shù)較少。這種設(shè)計(jì)使一次線圈中的電流完全取決于被測(cè)電路的負(fù)荷電流，與二次電流無(wú)關(guān)[1]。因此，互感器能夠根據(jù)具體負(fù)荷電流的變化來(lái)實(shí)時(shí)傳遞相應(yīng)的信號(hào)。為了保證互感器的正常運(yùn)行，需要注意以下幾點(diǎn)。

第一，二次線圈所接的儀表和繼電器的電流線圈阻抗應(yīng)該很小，以確保互感器輸出的信號(hào)可以被準(zhǔn)確地傳遞到相關(guān)設(shè)備中。這意味著這些儀器和繼電器應(yīng)具有低電流阻抗，以避免對(duì)互感器工作狀態(tài)造成影響。

第二，在正常情況下，互感器應(yīng)該處于近于短路狀態(tài)的運(yùn)行狀態(tài)。這是因?yàn)榛ジ衅鞯囊淮尉€圈是串聯(lián)在電路中的，對(duì)于交流電路來(lái)說(shuō)，互感器的一次線圈阻抗應(yīng)盡量小，以確保互感器的工作不會(huì)引入額外的電壓降。如果負(fù)荷電流通過(guò)互感器時(shí)，互感器的阻抗過(guò)大，將會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差的增加，甚至可能引起互感器的過(guò)熱現(xiàn)象。在安裝互感器時(shí)，接地螺栓的直徑不應(yīng)小于8mm，接地處的金屬表面應(yīng)平整，并且連接孔的接地板面積要足夠大。此外，在接地處旁應(yīng)標(biāo)有明顯的接地符號(hào)，以提醒人員注意接地設(shè)施的存在。

值得注意的是，電子式互感器應(yīng)具備完善的自診斷功能，并能輸出自檢信息。這些信息包括采集器狀態(tài)、輔助電源/自身取電電源狀態(tài)、檢修測(cè)試狀態(tài)等。這樣可以幫助人員及時(shí)了解互感器的工作狀態(tài)，便于維護(hù)和管理。

2 實(shí)地調(diào)研和數(shù)據(jù)采集

2.1 電力設(shè)備管理單位選擇和數(shù)據(jù)收集

電力設(shè)備管理單位的選擇對(duì)于配電網(wǎng)規(guī)劃編制和數(shù)據(jù)收集非常重要。第一，供電企業(yè)需要與規(guī)劃管理部門(mén)密切合作，共同商討確定配電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃，確保配電網(wǎng)規(guī)劃與城市發(fā)展規(guī)劃相協(xié)調(diào)[2]。第二，選擇合適的電力設(shè)備管理單位對(duì)于配電網(wǎng)規(guī)劃編制和數(shù)據(jù)收集非常關(guān)鍵。這樣的數(shù)據(jù)收集形式能夠?yàn)榕潆娋W(wǎng)規(guī)劃提供可靠的數(shù)據(jù)支持，為電力設(shè)備的管理和發(fā)展提供有效的參考。

2.2 不同負(fù)載條件下的互感器實(shí)測(cè)與驗(yàn)證

為了區(qū)分電流互感器一次繞組接頭的接觸狀況，需要使用壓降法和雙臂電橋等方法測(cè)試一次繞組的直流電阻。然而錯(cuò)誤的極性可能導(dǎo)致計(jì)量外表顯示錯(cuò)誤，甚至引起帶有方向性的繼電保護(hù)誤動(dòng)作。互感器的一次和二次繞組之間均為減極性，因此極性試驗(yàn)通常選用直流法進(jìn)行。在試驗(yàn)時(shí)，要注意將電源接在互感器的一次側(cè)，測(cè)試儀器則接在互感器的二次側(cè)。假設(shè)規(guī)范電流互感器的變比為KN=500:5（即一次電流為500A，二次電流為5A），被試電流互感器的變比為K=502:5（一次電流為502A，二次電流為5A），被試電流互感器的額外變比為KxN=2:5。根據(jù)給定的公式：

變比差錯(cuò)公式為：

式中，KN、IN——規(guī)范電流互感器的變比和二次電流值；K、I——被試電流互感器的變比和二次電流值；KxN——被試電流互感器的額外變比。在連接被試電流互感器和規(guī)范電流互感器時(shí)，確保測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性需要采取一些措施。其中之一是將非被試電流互感器的二次繞組短路。短路非被試電流互感器的二次繞組可以有效防止二次側(cè)發(fā)生開(kāi)路或其他干擾，并避免對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。

具體而言，當(dāng)被試電流通過(guò)被試電流互感器時(shí)，非被試電流互感器的二次繞組處于短路狀態(tài)，此時(shí)電流會(huì)通過(guò)短路路徑流回系統(tǒng)中，不會(huì)影響被試電流互感器的運(yùn)行。這種做法的主要目的是消除非被試電流互感器的二次側(cè)與外部負(fù)載之間的差異。如果非被試電流互感器的二次繞組未短路，其二次電流可能會(huì)受到連接的負(fù)載影響而發(fā)生變化，從而導(dǎo)致額外的誤差。短路非被試電流互感器的二次繞組可以消除這種差異，確保被試電流互感器的輸出信號(hào)準(zhǔn)確、穩(wěn)定。

需要注意的是，在開(kāi)展短路操作的過(guò)程中應(yīng)確保使用合適的短路裝置，以避免對(duì)二次繞組造成損壞或過(guò)熱。短路裝置應(yīng)具備足夠的導(dǎo)電能力和耐受能力，以保證在被試電流的運(yùn)行條件下穩(wěn)定可靠地將電流引導(dǎo)回系統(tǒng)中。

3 計(jì)量結(jié)果比較和分析

3.1 不同互感器的計(jì)量結(jié)果對(duì)比

由表1可知，CT（電流互感器）和PT（電壓互感器）的精度等級(jí)都是0.2，表明此類(lèi)設(shè)備設(shè)施的計(jì)量準(zhǔn)確度相對(duì)較高，VT（電壓互感器）的額定電流較高（1000A），而CT 的額定電流較低（100A），這意味著VT 適用于更大功率負(fù)載的應(yīng)用。Rogowski 線圈的精度等級(jí)為1，相對(duì)于其他互感器來(lái)說(shuō)，其計(jì)量準(zhǔn)確度較低。Optical CT（光纖CT）與CT 具有相同的精度等級(jí)和額定負(fù)荷，但光纖CT 可能通過(guò)使用光纖傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)更好的信號(hào)傳輸和抗干擾能力。

表1 不同類(lèi)型互感器的精度等級(jí)、額定電流和計(jì)量誤差對(duì)比

3.2 綜合誤差的評(píng)估和分析

綜合誤差公式為：

CT（電流互感器）的精度等級(jí)為0.2，額定電流為100A，額定負(fù)荷為5VA，計(jì)量誤差為±0.2%。CT 的綜合誤差為：

VT（電壓互感器）的精度等級(jí)為0.5，額定電流為1000A，額定負(fù)荷為10VA，計(jì)量誤差為±0.5%。VT 的綜合誤差為：

PT（電壓互感器）的精度等級(jí)為0.2，額定電流為500A，額定負(fù)荷為5VA，計(jì)量誤差為±0.2%。PT 的綜合誤差為：

Rogowski 線圈的精度等級(jí)為1，額定電流為2000A，額定負(fù)荷為20VA，計(jì)量誤差為±1%。Rogowski 線圈的綜合誤差為：

Optical CT（光纖CT）的精度等級(jí)為0.2，額定電流為1000A，額定負(fù)荷為10VA，計(jì)量誤差為±0.2%。Optical CT 的綜合誤差為：

根據(jù)以上計(jì)算，可以得出以下結(jié)論。

CT（電流互感器）和PT（電壓互感器）具有相同的精度等級(jí)（0.2），額定負(fù)荷（5VA）和綜合誤差（4%）。其在計(jì)量準(zhǔn)確度方面表現(xiàn)出較高水平。VT（電壓互感器）的綜合誤差為5%，略高于CT和PT。考慮到其較大的額定電流（1000A），所以適用于更大功率負(fù)載的應(yīng)用。Rogowski 線圈的綜合誤差為5%，較其他互感器類(lèi)型稍高。雖然其精度等級(jí)為1，但仍然具有一定的計(jì)量準(zhǔn)確度。Optical CT（光纖CT）的綜合誤差為2%，是所有互感器類(lèi)型中綜合誤差最低的一個(gè)。通過(guò)光纖傳感器技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)更好的信號(hào)傳輸和抗干擾能力。

綜上所述，根據(jù)互感器類(lèi)型、精度等級(jí)、額定電流、額定負(fù)荷和計(jì)量誤差數(shù)據(jù)的評(píng)估和分析結(jié)果，可以了解到各個(gè)互感器在計(jì)量準(zhǔn)確度和綜合誤差方面的性能特點(diǎn)。這些信息對(duì)互感器的選擇和應(yīng)用具有重要參考價(jià)值。

4 優(yōu)化措施和建議

4.1 合理選用互感器的策略和方法

第一，互感器需要確定被測(cè)電路的電流范圍，根據(jù)被測(cè)電路的精度等級(jí)選型[3]。精度等級(jí)是評(píng)估測(cè)量準(zhǔn)確度的重要指標(biāo)，應(yīng)與被測(cè)電路的精度等級(jí)相匹配。選擇精度等級(jí)較高的電流互感器可以減小測(cè)量誤差，但也需要平衡其成本和實(shí)際需求。工業(yè)過(guò)程測(cè)量和控制用檢測(cè)儀表和顯示儀表精確度等級(jí)有：0.01，0.02，（0.03），0.05，0.1，0.2，（0.25），（0.3），（0.4），0.5，1.0，1.5，（2.0），2.5，4.0，5.0。共16個(gè)，其中括號(hào)里的5個(gè)不推薦使用，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為《GBT 13283-2008 工業(yè)過(guò)程測(cè)量和控制用檢測(cè)儀表和顯示儀表精確度等級(jí)》。根據(jù)被測(cè)電路的額定負(fù)荷和計(jì)量誤差要求，選擇具有合適額定輸出的電流互感器。確保電流互感器的額定輸出能夠滿足被測(cè)電路的需求，同時(shí)不引入較大的測(cè)量誤差。

第二，由表2可知，需考慮電流互感器的環(huán)境條件。選擇的電流互感器應(yīng)能夠適應(yīng)被測(cè)電路的環(huán)境條件，包括溫度、濕度和振動(dòng)等。確保電流互感器在各種環(huán)境下都能正常工作，避免環(huán)境條件不匹配導(dǎo)致電流互感器失效。

表2 互感器選擇與環(huán)境條件要求對(duì)比

4.2 優(yōu)化計(jì)量裝置配置的指導(dǎo)原則

貿(mào)易結(jié)算用的電能計(jì)量裝置應(yīng)配置在供受電設(shè)施的產(chǎn)權(quán)分界處，包括發(fā)電企業(yè)上網(wǎng)線路和電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)企業(yè)間的聯(lián)絡(luò)線路兩側(cè)都應(yīng)配置電能計(jì)量裝置。I、II、III類(lèi)貿(mào)易結(jié)算用電能計(jì)量裝置應(yīng)配備計(jì)量專(zhuān)用的電壓、電流互感器或?qū)Ｓ枚卫@組，并且上述設(shè)備及二次電路禁止作為與能源計(jì)算無(wú)關(guān)的裝置。單機(jī)容量在100MW或以上的機(jī)組上網(wǎng)，結(jié)算電量表和電網(wǎng)與運(yùn)營(yíng)公司之間所購(gòu)銷(xiāo)電力的計(jì)算量時(shí)，一般建議選擇同一準(zhǔn)確度級(jí)別的主、輔助二組電能表，以實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)算、同時(shí)記錄、即時(shí)比對(duì)和監(jiān)控，以防產(chǎn)生巨大的電力誤差。

4.3 降低綜合誤差的技術(shù)手段和措施

多次測(cè)量并求取平均值可以有效地減少偶然誤差的影響。通過(guò)重復(fù)測(cè)量，可以盡可能地排除一次性誤差，提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。根據(jù)實(shí)踐證明，在足夠多的測(cè)量中，偶然誤差的平均值趨近于零。針對(duì)測(cè)量過(guò)程中可能出現(xiàn)的誤差源，采取相應(yīng)的改進(jìn)措施減少誤差的產(chǎn)生。例如，在測(cè)量軸與待測(cè)表面呈一定傾斜角度時(shí)，需要小心處理余弦誤差，確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。此外，對(duì)于不同形狀的待測(cè)工件，選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)砧和測(cè)量方法也能夠減少誤差的生成。

綜合上述技術(shù)手段和措施，在實(shí)際測(cè)量中通過(guò)多次測(cè)量求平均值、選用精密的測(cè)量工具、改進(jìn)測(cè)量方法和進(jìn)行度量器及測(cè)器的校正，可以有效地降低綜合誤差。根據(jù)實(shí)際情況，不同的技術(shù)手段和措施可以結(jié)合使用，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。以提高測(cè)量結(jié)果的精確度和可信度，滿足貿(mào)易結(jié)算等精密測(cè)量要求。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，合理選用互感器并進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，可以顯著降低計(jì)量裝置的綜合誤差。通過(guò)考慮互感器的選擇標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)指標(biāo)，并結(jié)合實(shí)際負(fù)載條件的測(cè)量與驗(yàn)證，我們能夠提高電力計(jì)量的準(zhǔn)確性和可靠性。這些研究結(jié)果為電力設(shè)備管理中互感器的應(yīng)用與優(yōu)化提供了重要的參考，有助于提升電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和管理水平。