淺談電磁式電壓互感器誤差特性隱性惡化的原因分析

李濤 陳勁松 高寶發(fā)

【摘 要】本文對電磁式電壓互感器的誤差隱性惡化的原因作了如下分析：TV額定容量不足；TV額定功率因數(shù)低于實(shí)際功率因數(shù)；諧波引起；電力系統(tǒng)過電壓引起；長期的熱作用。

【關(guān)鍵詞】電磁式電壓互感器；誤差特性分析

On electromagnetic voltage transformer error characteristics recessive deterioration analysis

Li Tao，Chen Jin-song，Gao Bao-fa

（Yunnan Province， Transmission and Distribution Engineering Company Kunming Yunnan 650216）

【Abstract】Electromagnetic voltage transformer errors recessive reasons for the worsening made the following analysis： the TV rated capacity； TV Rated power factor is lower than the actual power factor； harmonics； overvoltage caused power system； long-term thermal effects.

【Key words】Electromagnetic voltage transformer；Error Performance Analysis

電磁式電壓互感器（下文簡稱為TV）作為電能計(jì)量裝置的一個重要組成部分，其誤差特性影響著電能計(jì)量的準(zhǔn)確性。TV的誤差特性是根據(jù)檢定規(guī)程要求按銘牌參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。而TV是在實(shí)際條件下運(yùn)行，在某些情況下，TV的實(shí)際誤差可能超出了允許值。正因?yàn)槲覀冊赥V的使用中忽視了這些情況，導(dǎo)致TV誤差特性惡化而未被察覺，即所謂的隱性惡化。由此，為減少電能計(jì)量誤差而在其它方面采取的措施得到的成效，反被TV誤差特性惡化而部分或全部抵消。因此，對引起TV誤差特性惡化的原因作了如下的分析。

1. 額定容量不足引起TV誤差特性惡化

由于TV繞組存在直流電阻和漏電抗，接上負(fù)載時必然產(chǎn)生壓降，引起二次電壓隨著負(fù)載而變化，即TV誤差隨之變化。按規(guī)程規(guī)定，選擇TV二次額定容量Sn時，應(yīng)使實(shí)際二次容量S不大于Sn，但不小于（1/4）Sn，即（1/4）Sn≤S≤Sn。TV實(shí)際二次容量可按下式計(jì)算：

S=[（∑Skcosφk）2+（∑Sksinφk）2]1/2=[（∑Pk）2+（∑Qk）2]1/2

式中cosφk——接在TV二次側(cè)的各設(shè)備的功率因數(shù)

Sk——接在TV二次側(cè)的各設(shè)備的視在功率（一般設(shè)計(jì)手冊可查到）

TV額定容量選取不足的原因，歸納起來，有如下方面：

1.1 先天不足：

（1）設(shè)計(jì)人員缺乏必要的計(jì)量專業(yè)知識，在額定容量的選取問題上認(rèn)識不足。

（2）對各種測量性質(zhì)不同的表計(jì)，或同一類不同工作原理的表計(jì)的電壓回路參數(shù)、結(jié)構(gòu)知之不詳，又不愿查有關(guān)的手冊，因而引起計(jì)算錯誤。

（3）對計(jì)量不夠重視，工作疏忽，對接入設(shè)備數(shù)量不清楚，如后備線路未計(jì)算在內(nèi)。

（4）為了節(jié)約投資，選取了額定容量較小或額定容量裕量不足的TV。

1.2 后天造成：

在計(jì)量設(shè)備安裝時，額定容量已正確選取了，因?qū)崟r監(jiān)測和管理的需要，除原來已接入的繼保設(shè)備、監(jiān)視用的電壓表、功率表、功率因數(shù)（相位）表、頻率表外，又接入遙測用的電壓變送器、功率變送器，電壓監(jiān)測儀，失壓儀，諧波監(jiān)測儀等等，這最容易發(fā)生在運(yùn)行多年的變電所。最嚴(yán)重的是，這些設(shè)備中，某些設(shè)備的工作電源還由TV供給，若只取自某一相時會使TV各相負(fù)載變得不平衡。還有，因用電形勢發(fā)展出乎意料的迅速，新線路一下子增加了許多而令TV回路設(shè)備相應(yīng)增加很多。這些不斷接入的設(shè)備，可能會使TV二次回路的總實(shí)際容量超出最初設(shè)計(jì)時選定的額定容量。而設(shè)備的接入人員或沒有及時通知相關(guān)部門的管理人員，或管理人員疏于職守，管理不善，沒有察覺到TV的實(shí)際容量已超出額定容量。

2. 各TV的實(shí)際功率因數(shù)低于額定功率因數(shù)引起TV誤差特性惡化

感應(yīng)式的三相電能表，其電壓線圈的功率因數(shù)約為0.2～0.3，電子式電能表由于其電壓回路一般都使用小型TV作為隔離和采樣，工作電源也由小型變壓器降壓整流獲得，故其功率因數(shù)也在0.3～0.5，加上其它接入設(shè)備的感性負(fù)載，整個電壓二次回路的功率因數(shù)約為0.3左右。目前廣泛用于電力系統(tǒng)的電磁式TV，額定功率因數(shù)為0.8（感性），當(dāng)TV二次負(fù)載的功率因數(shù)與額定功率因數(shù)相差較大時，將會超出允許誤差。

3. 諧波引起TV誤差特性的惡化

由于大容量用電整流或換流設(shè)備以及其它非線性負(fù)荷接入電力網(wǎng)造成系統(tǒng)中存在諧波。對于中、低電壓等級的系統(tǒng)，一般都采用電磁感應(yīng)式TV，此種TV在高次諧波條件下運(yùn)行時，由于原、副邊的漏阻抗以及原、副邊間的電容和副邊負(fù)載引起附加誤差。當(dāng)滿足TV的鐵芯不飽和、一次繞組的漏抗很小、TV空載等條件時，則附加誤差很小，但TV負(fù)載較重時，誤差特性迅速惡化。TV的誤差隨正弦波畸變率的增大而非線性地增大，偶次諧波對TV誤差的影響比奇次諧波更甚。工作在諧波環(huán)境中的TV的誤差特性是無法通過選擇接線形式來改善的。所幸的是，我們在多年的諧波測試中發(fā)現(xiàn)，注入電力系統(tǒng)的諧波，引起電網(wǎng)某點(diǎn)電壓畸變的程度，與該點(diǎn)的短路容量、運(yùn)行方式大小成反比。電網(wǎng)中存在的主要是奇次諧波，對于某次含量最大的諧波分量，其后的該序組的諧波分量的含量隨次數(shù)的增大出現(xiàn)較快的衰減，其余序組的各次諧波分量的含量則迅速衰減。但試驗(yàn)表明，不能忽視其對TV的誤差特性乃至整個電能計(jì)量裝置的誤差的影響。

4. 電力系統(tǒng)過電壓引起TV誤差特性惡化

電力系統(tǒng)中形式各異的電感元件，如變壓器、TV（因其容量相對于變壓器容量而言微不足道，故相當(dāng)于空載運(yùn)行的變壓器）、發(fā)電機(jī)、消弧線圈等，與電力系統(tǒng)中存在的各式電容，如線路的對地、相間電容，補(bǔ)償用的串、并聯(lián)電容及各種高壓設(shè)備的寄生電容，可能形成不同的振蕩回路，在一定條件下將產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，引起諧振過電壓。諧振過電壓不僅會在操作或發(fā)生故障時產(chǎn)生，而且可能在過渡過程結(jié)束后的較長時間內(nèi)穩(wěn)定存在，直至諧振條件被破壞為止。在中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)中，系統(tǒng)在非全相運(yùn)行的狀態(tài)下，如輸電線路因意外折斷，斷路器非全相操作以及熔斷器的一相熔斷等情況下，常會發(fā)生諧振過電壓。在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，非故障相的電壓升高可能超出線電壓三角形之外，中性點(diǎn)發(fā)生位移、不穩(wěn)定，單相接地電弧熄滅后，容易導(dǎo)致TV的鐵芯飽和激發(fā)起中性點(diǎn)不穩(wěn)定電壓。上述均可能引起TV嚴(yán)重超差。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，因單相短路接地時可帶病運(yùn)行達(dá)兩小時之久，TV不但超差甚至可能過熱損壞。

5. 長期的熱作用使TV鐵芯磁導(dǎo)率下降，引起誤差特性惡化

運(yùn)行5年以上的TV，由于鐵芯在各種損耗轉(zhuǎn)變成熱能的長期作用下，引起鐵芯磁導(dǎo)率下降，誤差偏負(fù)甚至超差。我們在對運(yùn)行多年的TV做試驗(yàn)取得的數(shù)據(jù)與安裝前試驗(yàn)數(shù)據(jù)作比較證明了這一點(diǎn)。

6. 總結(jié)

要使TV穩(wěn)定地工作在誤差允許范圍內(nèi)，建議采取以下一些措施：選取容量時有必要留出較大的裕量；定期測量TV二次回路的導(dǎo)納；嚴(yán)格執(zhí)行定期輪換制度；選擇合理的TV繞組——負(fù)載結(jié)線方式，對于變電所的電能計(jì)量，條件許可時，使用專用計(jì)量的TV二次繞組，使TV繞組——負(fù)載結(jié)線方式單一化，以利于計(jì)算所選用TV的容量與功率因數(shù)；使用額定功率因數(shù)與實(shí)際功率因數(shù)相近的TV；對于在TV二次回路采取電容補(bǔ)償?shù)姆椒☉?yīng)慎重，以免在一定條件下引起諧振損壞設(shè)備，發(fā)生事故；加強(qiáng)電網(wǎng)諧波管理，防止用戶向電網(wǎng)輸送諧波；采取適當(dāng)措施消除過電壓。