量程自適應電力萬用表測量電位異常情況及原因分析

0 引言

變電站二次設備是對一次設備的工作進行監測、控制、調節、保護，并為運行、維護人員提供運行工況或生產指揮信號所需的低壓電氣設備，其保護回路有助于實現各個環節和不同層次的遙信、遙測、遙控、遙調，以增強變電系統的安全性、可靠性和穩定性。目前，我國變電站保護回路中多設置壓板表進行關鍵點位的電壓監測，一旦超出安全閾值，開關制動，實現變電站的運行監測及安全防護[]。上述壓板表對采樣點位、內置電阻、測量精度等要求較高，應針對不同回路進行適當調整和優化，以避免由環境因素、技術因素和操作因素引起的誤差。

1 故障概況

某供電局在變電運維檢修過程中對變電站保護出口壓板電壓測量工作非常重視，采用量程自適應電力萬用表對電壓情況進行監測，利用高精度ADC對分壓進行實時采樣計量，在一定程度上提升了變電站的安全性能和可靠系數。

某供電局使用的量程自適應電力萬用表中內置電阻與測控開入電阻按比例分壓，在測量一般保護回路時準確度較高，但在測量測控回路時，容易出現電壓偏差過大問題。如2023年12月變電站年檢過程中，運維檢修人員在 220kV 某站 220kV 某甲線路保護屏（母差保護型號為SGB750）處，用壓板表測得母差失靈開入壓板上端為 -28V ，用福祿克萬用表F175測得-57V，誤差約為 51% ；在另一座 220kV 某站測控屏（測控裝置型號為PRS-7741）處，用壓板表測得測控開入 -58.11V ，用福祿克萬用表F15B + 測得-105.1V，誤差約為 45% ，具體如圖1所示。

上述測量結果顯示，現階段某供電局使用的220kV 變電站壓板表無法正確反映壓板或其他回路真實電位。當回路電壓高出閾值時，量程自適應電力萬用表的電壓低于實際電壓值，變電保護系統無法及時發現并處理，容易造成設備誤動或拒動，嚴重時甚至會導致設備損毀或電力癱瘓，在變電站運維檢修過程中需全面重視。

2 故障診斷

2.1 基本原理

經現場調查，某供電局采用的量程自適應電力萬用表為某供電局專利，其本質上與數字式萬用表原理相似，整個電路的核心部分就是ICL7106組成的一個量程為 200mV 的電壓表，配合AC/DC轉換回路，進行電壓測量數值的顯示[2]，如圖2所示。

上述測量過程中采用電阻分壓器法測量電壓，輸入的直流電壓首先通過分壓和轉換開關，將各個量程電壓均變為 0～200mV 直流電壓，然后再將不同等級直流電壓送入A/D轉換電路中進行數字轉換，并顯示壓板電位數值。當超出閾值時，保護回路中的開關制動，使裝置投切或斷電[3]。

為滿足不同場景下的電位計量需求，可在量程自適應電力萬用表的表頭串聯分壓電阻，用于擴大電壓量程。串聯的分壓電阻不同，其相應的量程也不同，計算過程中可按照量程一檔位關系式進行關聯，使量程自適應電力萬用表中的衰減平衡，如表1所示。

量程自適應電力萬用表的測量值越大，則分壓送入ICL7106輸入端的電壓越大；檔位從 200mV～ 200V變化時，相應的檔位電阻減小[4]。通過計算可以看出，ICL7106的輸入端電壓不會超出一定值0 200mV） ，各個量程保持平衡。

2.2 現場檢驗

經現場檢驗，某供電局采用的量程自適應電力方用表可以測量交直流電壓、電阻和電流。在一般回路電位測量過程中，量程自適應電力萬用表可通過高精度ADC對分壓進行采樣計算，獲取精確的電壓采樣結果，而高精度保護回路中，量程自適應電力萬用表中高阻分壓效果欠佳，其計量過程中壓板表內阻過小，容易引起分壓誤差，導致電壓測量結果低于實際數值[5]。

如圖3所示，在檢驗過程中，將量程自適應電力萬用表和福祿克萬用表均接入被測電路圖，分別測量同一點處測控電壓值。

1）測量前對量程自適應電力萬用表和福祿克萬用表的電阻值進行檢測，儀表顯示福祿克萬用表直流電壓檔內阻約 11MΩ ，壓板表內阻約為 1MΩ 。

2）測量前對測控開入內阻 R₁₁ （負公共端與開入間）進行檢測，儀表顯示 ?R₁₁ 約為 1MΩ，R₁₂ 相當于在測量點后再串接的一個負載。

3）測量時將量程自適應電力萬用表和福祿克萬用表分別接入到 處。此時，量程自適應電力方用表和福祿克萬用表顯示值實際為 |R₂₁ 電壓。

4）測量過程中當輸入都為100V時，壓板表顯示 。如福祿克內部分壓電阻比例和壓板表一樣，只是都同時變為10倍，這樣內阻就約為 10MΩ ，此時福祿克萬用表顯示 U₂=0.02/ （10+1）×100V≈0.18V ，即壓板表測得電壓約為福祿克萬用表的一半，與 220kV 某站 220kV 某甲線路保護屏（母差保護型號為SGB750）處和另一座 220kV 某站測控屏（測控裝置型號為PRS-7741）處的測量結果一致。

綜上所述，某供電局使用的量程自適應電力萬用表內阻太小，無法滿足特定回路電壓測量需求，這是造成本次電位異常的主要原因。且經多次檢驗，確認該類量程自適應電力萬用表在測量直流屏、開關跳閘出口回路等中并無明顯異常，但在母差失靈保護回路、測控保護回路等中存在電壓數低于實際值的問題，亟待處理和優化。

3 處理方案

某供電局在 220kV 變電站保護回路測控過程中普遍使用量程自適應電力方用表，其在保護回路測量中具有一定的優勢和局限，雖然能滿足大多數場景下的測量需求且操作便捷，但其存在對特定回路測量誤差較大的情況?；诖耍彻╇娋謹M報廢已使用期限超過3年的老舊壓板表，而對使用未超過3年的現有量程自適應電力萬用表進行改造，增大量程自適應電力萬用表的內阻，該批次表計進行改良后重新投入使用。

在將量程自適應電力萬用表內阻增大到 10MΩ 后，再次對同批次表計進行現場測試，結果顯示：220kV 某站 220kV 某甲線路保護屏（母差保護型號為SGB750）處和另一座 220kV 某站測控屏（測控裝置型號為PRS-7741）處開入電壓分別為-57V和-105.8V， ，與福祿克萬用表測量結果（-57V和-105.5V）誤差在 1% 范圍內，滿足變電站保護的安全標準。

4注意事項

對于變電站來說，二次回路是變電站保護及測控系統的信號源，對整個電力系統運行起監視和保護作用。這也意味著，變電站內保護電壓測量是否準確，直接影響變電站運行可靠性。一些特殊情況下，如儀器儀表故障、操作人員檔位選錯，都可能造成開關誤動。再如萬用表故障會引發直流接地，繼而干擾變電設備運行。基于此，在使用量程自適應電力萬用表進行保護回路測量時，應注意以下事項。

4.1 表計異常問題處理

受環境因素、技術因素和操作因素影響，量程自適應電力萬用表測量時均可能出現電壓異常情況[]。如保護回路外部干擾較為嚴重，可能影響量程自適應電力方用表的電流信號，造成電壓顯示異常；量程自適應電力萬用表內阻焊接不良或局部燒毀，會造成分流異常，引起電壓數值不準確；操作過程中人員未將表頭置于合適位置，也會造成電壓測量結果異常等。因此，在測量過程中應先對量程自適應電力萬用表進行檢查，確定其頻率響應、整流組件、表頭情況、分流電阻、分壓電阻、屏顯等是否正常，測試裝置使用均無問題后，方可進行現場使用。尤其是要對內阻進行篩選，按照被測回路中電阻情況選擇合適阻值的量程自適應電力萬用表，以避免高阻分壓不合理造成的電壓偏差。

4.2 測試異常問題處理

本次事故過程中的保護回路壓板測量與一般設備電壓測量存在較大差異。使用量程自適應電力萬用表進行常規測量時，直接將表計接入到被測裝置兩端即可。而保護回路壓板電壓測量時，應根據不同場景采用不同的測試方法。

如在變電站保護出口壓板測量過程中，應采用“測量壓板對地電壓\"和“測量壓板對負電壓\"兩種方法，將量程自適應電力萬用表的紅表筆接入到被測壓板的末端，黑表筆接地，或將量程自適應電力萬用表的紅表筆接入到被測壓板的中間端，黑表筆接負極。上述方法能有效避免由出口繼電器觸點閉合引起的測試誤差，保證變電站保護出口壓板電壓測量結果的可靠性和有效性，實用效益顯著。

在變電站母差失靈回路中壓板電壓測量時，應先對二次回路進行檢查，確定是否存在異常情況，避免誤觸電事故。然后，將量程自適應電力萬用表分別接入到安全測量點中，依次測試壓板兩端對地的電壓、壓板兩端間的電壓。當操作過程中發現壓板電位異常時，應先對母差屏和壓板情況進行檢查，分析端子是否存在松動、保護接點是否出現短接、公共端是否接反等，并及時處理。

4.3 測量萬用表升級

針對變電站保護回路測試情況，要對量程自適應電力萬用表進行改造升級，不斷提升萬用表的測量精確度和可靠性，使其能夠適應多種場景下的測試要求?？稍诂F有量程自適應電力萬用表的基礎上更換更高精度的測量模塊，升級測試電路，調整裝置內阻，必要情況下還可對電路板進行改造和更換，以增強萬用表的整體性能[7]；可對量程自適應電力萬用表的固件進行優化，通過標準元件的迭代升級和定期對比驗證，提升萬用表測試結果的可靠性和有效性等。

5 結束語

使用量程自適應電力萬用表進行保護回路測量時，應針對回路電阻情況選擇對應內阻的量程自適應電力萬用表。尤其是在母差失靈保護回路及測控回路中，應適當增大量程自適應電力萬用表的內阻值，使其高阻分壓測量結果更加準確可靠。必要情況下，還可配置智能采集裝置，通過高精度儀表代替量程自適應電力萬用表，以改善變電保護回路監測效果，避免由表計問題造成的變電誤動或拒動。

[參考文獻]

[1]汪建敏，劉凱，周道城，等.變電站保護裝置出口壓板電壓測量方法探討[J].電工技術，2019（13）：110-111.

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[4］劉錦新.變電站保護出口壓板電壓量測數據智能采集方法[J].電氣技術與經濟，2023（9）：288-289.

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[7]韓偉.基于萬用表和矩陣板卡的熱敏電阻批量測試方案[J].電子產品世界，2020，27（4）：26-27.