淺析電磁式電壓互感器誤差原因

張潔 朱豆華 肖玲 朱琦

【摘要】本文分析了由額定容量不足、低額定功率因數(shù)、諧波、過(guò)電壓、熱動(dòng)作等引起的誤差特性的惡化，并提出了相應(yīng)的政策建議，為防止電磁電壓互感器的誤差特性的隱形劣化提供了參考。

【關(guān)鍵詞】電磁式；電壓互感器；誤差

電磁式電壓互感器（TV）是計(jì)量電能的重要裝置。在某些情況下，在實(shí)際條件下運(yùn)行的TV，其誤差可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相關(guān)規(guī)定的允許值。在使用TV的過(guò)程中，往往會(huì)忽視上述因素，導(dǎo)致TV的誤差特性被進(jìn)一步惡化，然而，相關(guān)人員并沒(méi)有意識(shí)到這就是所謂的TV隱形惡化。因此，為了減小測(cè)量誤差引起的功耗，采用其他改進(jìn)措施，進(jìn)一步惡化了TV的誤差特性。

一、電磁式電壓互感器基本內(nèi)容

電磁電壓互感器的工作原理、結(jié)構(gòu)和連接方法與變壓器的工作原理相同。主要的區(qū)別是電壓互感器的容量很小，通常只有幾十到幾百伏安。第一，電壓互感器的一次側(cè)電壓（電網(wǎng)電壓）不受變壓器二次側(cè)負(fù)荷的影響，在大多數(shù)情況下，二次側(cè)負(fù)荷是恒定的。第二，電壓互感器的二次側(cè)所接的負(fù)荷是側(cè)量?jī)x表和繼電器的電壓線圈，電壓互感器的阻抗非常大。因此，電壓互感器的正常運(yùn)行方式接近無(wú)負(fù)載狀態(tài)。必須指出，電壓互感器的一次側(cè)不允許出現(xiàn)短路，因?yàn)槎搪冯娏骱艽螅瑢龎碾妷夯ジ衅鳌?/p>

二、電壓互感器分類

（1）按安裝地點(diǎn)可分為戶內(nèi)式和戶外式。35kV及以下多制作為戶內(nèi)式，35kV以上為戶外式。

（2）根據(jù)相數(shù)能夠分為單相以及三相式，35kV及以上不能制成三相式。

（3）根據(jù)絕緣方式，可分為干式、澆注式、油浸式和充氣式。干式絕緣膠壓變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)，但絕緣強(qiáng)度低，僅適用于6kV以下的室內(nèi)安裝。澆注式電壓互感器結(jié)構(gòu)緊湊，易于維護(hù)。適用于3kV至35kV的室內(nèi)分布。油浸電壓互感器的絕緣性能良好，可用于10kV以上的室外配電設(shè)備，并可在SF6全封閉式電氣設(shè)備中使用充氣電壓互感器。

三、TV誤差特性惡化的原因

（一）電力系統(tǒng)過(guò)電壓

電力系統(tǒng)中存在的形式各異的電感元件（變壓器、TV、發(fā)電機(jī)、消弧線圈等）與各式的電容（對(duì)地、相間電容，補(bǔ)償用的串，高壓設(shè)備的寄生電容等），可能會(huì)形成振蕩回路。當(dāng)滿足某些條件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，并形成諧振過(guò)電壓。一般來(lái)說(shuō)，諧振過(guò)電壓的原因主要包括：一方面，過(guò)電壓是由操作或故障產(chǎn)生的，另一方面，當(dāng)諧振條件被破壞時(shí)，容易產(chǎn)生過(guò)電壓。此外，在中性點(diǎn)無(wú)接地系統(tǒng)中，當(dāng)傳輸線斷開(kāi)時(shí)，系統(tǒng)容易產(chǎn)生諧振過(guò)電壓，斷路器不全相運(yùn)行，熔斷器斷開(kāi)。電力系統(tǒng)中單相接地故障的發(fā)生引起非故障相電壓的上升，在一定程度上可能超出線路電壓的三角形，然后可能出現(xiàn)中性點(diǎn)位移或不穩(wěn)定。在系統(tǒng)中，當(dāng)單相接地電弧熄滅時(shí)，中性點(diǎn)的不穩(wěn)定電壓由電視核心飽和度啟動(dòng)。當(dāng)條件可用時(shí)，所有這些現(xiàn)象都可能導(dǎo)致嚴(yán)重的電TV過(guò)度。對(duì)于中性點(diǎn)無(wú)接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)單相短路接地時(shí)，故障的運(yùn)行時(shí)間將超過(guò)2小時(shí)，在一定程度上，會(huì)造成電視上的超差，當(dāng)過(guò)熱嚴(yán)重時(shí)，設(shè)備就會(huì)損壞。

（二）諧波

在電力網(wǎng)中，因?yàn)榇笕萘侩娏φ髟O(shè)備、換流設(shè)備和系統(tǒng)中一些非線性負(fù)載的接入，在一定程度上造成了系統(tǒng)的諧波。電磁感應(yīng)式TV在運(yùn)行中因?yàn)樵⒏边呌兄┳杩挂约半娙?，還有副邊負(fù)載存在附加誤差等，當(dāng)達(dá)到高次諧波條件的時(shí)候，當(dāng)TV鐵芯產(chǎn)生不飽和的情況，或一次繞組的漏抗很小，誤差特征將繼續(xù)在一定程度上惡化。TV誤差隨正弦波畸變率的增大而非線性地增加。同時(shí)，對(duì)TV誤差的偶次諧波的影響程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于奇次諧波影響。如果TV在諧波環(huán)境中運(yùn)行，它的誤差特征不能通過(guò)接線方式來(lái)降低。通過(guò)對(duì)諧波進(jìn)行多年的測(cè)試和比較，發(fā)現(xiàn)諧波注入電力系統(tǒng)時(shí)，電壓畸變程度與該點(diǎn)的短路容量和運(yùn)行方式符合數(shù)學(xué)的反比關(guān)系。

（三）熱作用

若熱作用的影響時(shí)間太長(zhǎng)，則會(huì)在一定程度上降低TV鐵芯的磁導(dǎo)率，進(jìn)一步惡化其誤差特征。如果TV的運(yùn)行時(shí)間超過(guò)5年，一般狀況下鐵芯的各種損耗均是以熱能的形式揮發(fā)。如果熱作用的影響時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，鐵芯的磁導(dǎo)率會(huì)進(jìn)一步降低，誤差將為負(fù)，甚至出現(xiàn)超差。

（四）TV的實(shí)際功率因數(shù)比較低

電壓線圈功率因數(shù)的值是感應(yīng)式三相電能計(jì)的0.2到0. 3。然而，在電子電能表中，由于經(jīng)過(guò)小型的TV作隔離以及采樣，進(jìn)一步黑醋栗電壓回路，因此功率因數(shù)通常在0.3到0.5之間。此外，在系統(tǒng)中由于感性負(fù)荷的接入，在整個(gè)電壓二次回路中，電子式電能表的功率因數(shù)通常在0.3左右。

四、結(jié)語(yǔ)

在允許誤差范圍內(nèi)，保證TV的平穩(wěn)運(yùn)行，通常有以下策略：（1）選擇科學(xué)合理的TV連接方式。當(dāng)條件允許時(shí)，通過(guò)計(jì)量變電站的電能，運(yùn)用專用的TV二次繞組，就TV繞組———負(fù)載接線的方法實(shí)行單一的處理，很容易計(jì)算出TV功率因數(shù)以及容量。（2）為了避免對(duì)設(shè)備產(chǎn)生諧振損傷并造成事故，在TV的二次回路中，選用電容補(bǔ)償方法是很慎重的。（3）為了避免用戶向電網(wǎng)輸送諧波，需要對(duì)電網(wǎng)諧波進(jìn)行管理。（4）通過(guò)合理的措施消除過(guò)電壓。

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