三相組合互感器誤差校驗中的影響量分析

丁穩(wěn)房， 金曉明， 陳銘明， 孫軍， 陳江洪， 徐燦

(1. 湖北工業(yè)大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院， 湖北 武漢 430068；2. 江蘇省電力公司 電力科學(xué)研究院， 江蘇 南京 210000；3. 武漢磐電科技有限公司， 湖北 武漢 430058)

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三相組合互感器誤差校驗中的影響量分析

丁穩(wěn)房1， 金曉明1， 陳銘明2， 孫軍3， 陳江洪3， 徐燦3

(1. 湖北工業(yè)大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院， 湖北 武漢 430068；2. 江蘇省電力公司 電力科學(xué)研究院， 江蘇 南京 210000；3. 武漢磐電科技有限公司， 湖北 武漢 430058)

用三相檢定法對三相組合互感器進行誤差校驗試驗，研究高電壓和大電流對電壓互感器部分誤差校驗的影響.結(jié)果表明：三相檢定法能夠成功檢測出三相三元件組合互感器中電壓互感器與電流互感器彼此干擾造成的誤差；電壓互感器與電流互感器誤差校驗時，相互之間均會產(chǎn)生一定的影響，且大電流對電壓互感器的影響更大.最后，指出采用的標準電流互感器及升流變壓器均應(yīng)按高電壓配備絕緣，產(chǎn)品設(shè)計時應(yīng)注意將電壓互感器置于正確位置，使其鐵心柱軸向與經(jīng)過其頂部的載流導(dǎo)體方向平行.

三相組合互感器； 三相檢定法； 相互干擾； 誤差校驗； 電壓互感器； 電流互感器

近年來，隨著互感器技術(shù)的發(fā)展，35 kV及以下的三相組合互感器逐漸開始大量推廣應(yīng)用.它多用于大用戶和專用變電站作業(yè)關(guān)口的電能計量及電網(wǎng)的電壓監(jiān)測，用以實現(xiàn)高電壓、大電流到低電壓、小電流的信號轉(zhuǎn)變.三相三元件組合互感器由在電氣功能上彼此獨立的3臺單相電壓互感器和3臺單相電流互感器組合而成，起著高電壓隔離和比率變換的作用[1-7].組合互感器將電流互感器和電壓互感器組合在一個狹小空間內(nèi)，且兩者同時運行工作，各互感器單元間不可避免存在電磁影響.因此，要充分考慮三相組合互感器在實際運行中的電磁干擾問題，否則就有可能造成輸變電線路的部分組合互感器超差運行，致使電能計量不準確.為此，必須按照國家相關(guān)標準及行業(yè)規(guī)定準確檢定三相組合互感器[1-4].基于此，本文用三相檢定法對三相組合互感器進行誤差校驗，通過試驗研究高電壓對電流互感器部分誤差校驗的影響，以及大電流對電壓互感器部分誤差校驗的影響，并對試驗結(jié)果進行了分析.

圖1　三相檢定法原理框圖Fig.1　Functional block diagram of three phase detection method

1　三相檢定法的檢定原理

采用三相法對三相組合互感器進行檢定的原理框圖，如圖1所示.檢定裝置包括三相平衡的電壓源和電流源部分、三相標準的電壓和電流互感器、三相智能互感器校驗儀、電流負荷箱、電壓負荷箱及被試品部分.

1) 三相平衡電壓源部分由三相調(diào)壓器和三相升壓器構(gòu)成.為了實現(xiàn)三相電壓平衡，在三相調(diào)壓器輸出端分別串聯(lián)3臺單相調(diào)壓器.采用三相調(diào)壓器調(diào)節(jié)三相電壓，當某相電壓達到測量點時，調(diào)節(jié)另兩相輸出端串聯(lián)的單相調(diào)壓器，使得三相電壓一致.

2) 三相平衡電流源部分由三相調(diào)壓器和三相升流器構(gòu)成.為了實現(xiàn)三相電流平衡，在三相調(diào)壓器輸出端分別串聯(lián)3臺單相調(diào)壓器.采用三相調(diào)壓器調(diào)節(jié)三相電流，當某相電流達到測量點時，調(diào)節(jié)另兩相輸出端串聯(lián)的單相調(diào)壓器，使三相電流一致.

3) 三相標準電壓互感器由3個單相標準電壓互感器星形聯(lián)接構(gòu)成，三相標準電流互感器由3個單相標準電流互感器聯(lián)接構(gòu)成.由于標準電流互感器需要在高壓下工作，因此，標準電流互感器的一次、二次繞組應(yīng)滿足相關(guān)絕緣要求，即為三相高壓標準電流互感器.

圖2　三相三原件組合互感器接線圖Fig.2　Wiring diagram of three-phase and three-components combined transformer

4) 三相智能互感器校驗儀可以同時采集3個電壓互感器的差壓信號和百分表信號，或3個電流互感器的差流信號和百分表信號，同時測量三相組合互感器三相電壓或三相電流的誤差[8-10].

采用三相檢定法在額定工況下對三相組合互感器進行誤差智能測量時，同時，對三相組合互感器施加三相電壓和三相電流，模擬現(xiàn)場實際運行狀態(tài)，對其誤差進行測量.對三相組合互感器中電流互感器誤差測量時，在施加三相額定電壓條件下，通過三相升流器升流來進行電流互感器的誤差測量；對三相組合互感器中電壓互感器誤差測量時，在施加三相額定電流條件下，通過三相升壓器升壓來進行電壓互感器的誤差測量.三相三原件組合互感器接線圖，如圖2所示.

2　誤差校驗中的相互干擾試驗

選取一臺JLSJWS-10型的三相三元件，10 kV組合互感器，對其進行誤差校驗的相互干擾試驗.其中：電壓單元電壓變比為10 kV/100 V；額定容量為20 V·A；準確度等級為0.2級；電流單元電流變比為600 A/5 A；額定容量為10 V·A；準確度等級為0.2級.

2.1電壓互感器對電流互感器誤差的影響

對三相組合互感器中電流互感器誤差測量時，當三相電壓互感器不施加電壓，調(diào)節(jié)三相電流的輸入，在額定電流(I)的5%，20%，100%，120%規(guī)程點下對三相電流互感器進行誤差測量；然后，調(diào)節(jié)升壓器輸入端子的調(diào)壓器，使三相電壓互感器工作在額定電壓條件下，調(diào)節(jié)三相電流的輸入，在額定電流的5%，20%，100%，120%規(guī)程點下對三相電流互感器進行誤差測量.電壓互感器對電流互感器影響的比差與角差數(shù)據(jù)，如表1所示.表1中：Z為二次負荷，10 V·A為額定負荷值，3.75 V·A為下限負荷值；f為比差，f=ΔI/I；δ表示角差，即二次電流與一次電流之間的相位差；3個電流互感器的二次負荷功率因數(shù)均為0.8.

表1　電壓互感器對電流互感器影響的誤差數(shù)據(jù)

2.2電流互感器對電壓互感器誤差的影響

對三相組合互感器中電壓互感器誤差測量時，當三相電流互感器不施加電流，調(diào)節(jié)三相電壓的輸入，在額定電壓(U)的80%，100%，120%規(guī)程點下對三相電壓互感器進行誤差測量；然后，調(diào)節(jié)升流器輸入端子的調(diào)壓器，使三相電流互感器工作在額定電流條件下，調(diào)節(jié)三相電壓的輸入，在額定電壓的80%，100%，120%規(guī)程點下對三相電壓互感器進行誤差測量.電流互感器對電壓互感器影響的比差與角差數(shù)據(jù)，如表2所示.表2中：Z為二次負荷，20 V·A為額定負荷值，2.5 V·A為下限負荷值；f為比差，f=ΔU/U；δ表示角差，即二次電壓與一次電壓之間的相位差的相位差；3個電壓互感器的二次負荷功率因數(shù)均為0.8.

表2　電流互感器對電壓互感器影響的誤差數(shù)據(jù)

續(xù)表

3　誤差校驗中的影響量分析

3.1電壓互感器對電流互感器的影響量分析

對比以上誤差測量結(jié)果，對三相組合互感器同時施加三相額定電壓和三相電流，與未施加電壓時電流互感器誤差測量值對比，結(jié)果如表3所示(結(jié)果以絕對值表示).

表3　電壓互感器對電流互感器誤差測量的影響量分析

在對三相三元件組合互感器中電流互感器誤差測量時，被試設(shè)備通入三相額定電壓與未通入三相額定電壓時，在5%誤差測量點比差及角差差別均較大，其他誤差測量點比差數(shù)據(jù)差別不明顯，但角差數(shù)據(jù)差別較大.

通常測量電流互感器的誤差，只需能產(chǎn)生合適電流的低電壓即可.如將高電壓施加于電流互感器一次繞組，由此電壓引起的從一次繞組到二次繞組的電容電流，一部分流過與二次繞組相連的儀器儀表，另一部分直接流至二次繞組的接地端，因而其誤差會產(chǎn)生變化.即使二次繞組有屏蔽，流過一次繞組的電容電流也將使二次繞組產(chǎn)生感應(yīng)電流.特別是在5%的額定電流下，感應(yīng)電流產(chǎn)生的誤差可能還要大.如果在施加高壓的同時測量電流互感器的誤差，則試驗所采用的標準電流互感器及產(chǎn)生大電流的升流變壓器均應(yīng)按高電壓配備絕緣[11].

3.2電流互感器對電壓互感器的影響量分析

對比以上誤差測量結(jié)果，對三相組合互感器同時施加三相額定電流和三相電壓，其與未施加電流時電壓互感器誤差測量值對比，其相互影響結(jié)果如表4所示(結(jié)果以絕對值表示).

針對被試品，在對三相三元件組合互感器中電壓互感器誤差測量時，被試設(shè)備通入三相額定工作電流與未通入三相額定工作電流時作對比，誤差測量數(shù)據(jù)差別不大.

對電壓互感器而言，電壓互感器附近載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁場可能影響其誤差.當電流互感器一次載流導(dǎo)體與電壓互感器鐵心柱軸向呈90°夾角的水平布置， 且環(huán)繞導(dǎo)體的磁通通過鐵心柱穿過開路繞組時，對誤差的影響最大，這種影響對相位差尤為嚴重.因為載流導(dǎo)體產(chǎn)生的磁通在電壓互感器中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓矢量對一次電壓而言有90°的相位移[12].而當載流導(dǎo)體與電壓互感器鐵心柱平行時，對誤差的影響最小，可以忽略.這對三相組合互感器很重要，產(chǎn)品設(shè)計時應(yīng)注意將電壓互感器置于正確位置，即使其鐵心柱軸向與經(jīng)過其頂部的載流導(dǎo)體方向平行.

表4　電流互感器對電壓電流互感器誤差測量的影響量分析

4　結(jié)論

試驗結(jié)果表明：三相組合互感器中，電壓互感器與電流互感器誤差校驗時，相互之間均會產(chǎn)生一定的影響，其中，大電流對電壓互感器的影響更大.三相檢定法能夠成功檢測出三相三元件組合互感器中電壓互感器間、電流互感器間彼此干擾造成的誤差，因此，可以對三相三元件組合互感器完成校驗，并且可以更好地體現(xiàn)出三相三元件組合互感器運作時的特性，在整體上指出三相三元件組合互感器在現(xiàn)實運作時會發(fā)生的問題.

另外，提出了試驗所采用的標準電流互感器及產(chǎn)生大電流的升流變壓器均應(yīng)按高電壓配備絕緣，以及產(chǎn)品設(shè)計時應(yīng)注意將電壓互感器置于正確位置，即使其鐵心柱軸向與經(jīng)過其頂部的載流導(dǎo)體方向平行，既有利于高壓試驗工作的安全，并對產(chǎn)品的設(shè)計提出了合理建議.

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.三相組合互感器： JB/T10432-2004[S].北京:機械工業(yè)出版社,2004:7-20.

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.三相電壓互感器： JB/T10433-2004[S].北京:機械工業(yè)出版社,2004:6-17.

[3]國家能源局.三相組合互感器使用技術(shù)規(guī)范： DL/T 1286-2013[S].北京:中國電力出版社,2013:4-8.

[4]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.組合互感器： GB 17201-2007[S].北京:中國標準出版社,2007:5-14.

[5]吳安嵐.電能計量基礎(chǔ)及新技術(shù)[M].北京:中國水利水電出版社，2008：17-26.

[6]張有順，馮井崗.電能計量基礎(chǔ)[M].北京:中國計量出版社，1996：15-21.

[7]劉鹍，蔣映霞.三相組合互感器兩種檢定方法的比較研究[J].四川電力技術(shù)，2010，33(1):79-81.

[8]蔣衛(wèi)，楊華云，江波.高壓三相組合互感器三相檢定方法及其實現(xiàn)研究[J].電測與儀表，2011，48(7):46-49.

[9]張能，廖慧敏，吳永云，等.三相組合互感器檢定裝置研究[J].自動化與儀器儀表，2012(4):41-43.

[10]盧小芬，周有慶，彭春燕，等. 一種微機保護電流傳感器的設(shè)計及性能分析[J].華僑大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2011,23(3):276-279.

[11]BRANDOLINI A，F(xiàn)AIFER M，OTTOBONI R.A simple method for the calibration of traditional and electronic measurement current and voltage transformers[J].IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement，2011，58(5):1345-1353.

[12]BERTOLOTTO P,FAIFER M，OTTOBONI R.High voltage multi-purpose current and voltage electronic transformer[C]∥IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference Proceeding.Warsaw:[s.n.]，2007:1-5.

(責任編輯： 陳志賢英文審校： 吳逢鐵)

Analysis of Influence Quantity in Error Detection of Three-Phase Combined Transformer

DING Wenfang1, JIN Xiaoming1, CHEN Mingming2,SUN Jun3, CHEN Jianghong3, XU Can3

(1. College of Electrical and Electronic Engineering， Hubei University of Technology， Wuhan 430068, China;2. Electric Power Research Institute, Jiangsu Electric Power Company， Nanjing 210000， China；3. Wuhan Pandian Science and Technology Limited Company， Wuhan 430068, China)

Three-phase method was used to detect the error of three-phase transformer， and the effect of high voltage and large current on part of the error detection of current transformer and voltage transformer is discussed. The result shows that the three-phase method can test the error caused by voltage transformer and current transformer in three-phase combined transformer successfully. While using voltage transformer and current transformer for error detection, there will occur some error due to the interruption. And it must be pointed out that the effect of large current on voltage transformer is more obvious than that of the high voltage on current transformer. At last, the standard current transformer and enlarge-current transformer used in experiments must be equipped with high voltage insulation unit. And the voltage sensor must be placed in accurate position during the product design process, furthermore the axis of iron stick is parallel with the conductor on the top.

three-phase combined transformer； three phase detection method； mutual interference； error calibration； voltage transformer； current transformer

10.11830/ISSN.1000-5013.201605019

2015-12-29

丁穩(wěn)房(1966-)，男，副教授，要從事電力系統(tǒng)及自動化的研究.E-mail:wenfangding@163.com.

國家電網(wǎng)重點科技計劃項目(5210EF140008)

TM 41

A

1000-5013(2016)05-0622-05