淺析負(fù)荷對(duì)電壓互感器誤差的影響及對(duì)策

孫 琪

(山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030009)

0 引言

電壓互感器(Potential Transformer 簡(jiǎn)稱PT)和變壓器類似，是用來(lái)變換線路上電壓的儀器。變壓器變換電壓的目的是為了輸送電能，因此容量很大，一般都是以千伏安或兆伏安為計(jì)算單位；而電壓互感器變換電壓的目的主要是用來(lái)給測(cè)量?jī)x表和繼電保護(hù)裝置供電，用來(lái)測(cè)量線路的電壓、功率和電能，或者用來(lái)在線路發(fā)生故障時(shí)保護(hù)線路中的貴重設(shè)備、電機(jī)和變壓器，因此電壓互感器的容量很小，一般都只有幾伏安、幾十伏安，最大也不超過(guò)一千伏安。

電力系統(tǒng)中為滿足計(jì)量結(jié)算，必須對(duì)電壓互感器進(jìn)行強(qiáng)制檢定，經(jīng)檢定后滿足精度要求的互感器才可使用。因此為了電力計(jì)量貿(mào)易結(jié)算的準(zhǔn)確、可靠，必須對(duì)電壓互感器強(qiáng)檢，確保電壓互感器誤差的準(zhǔn)確性。在電能計(jì)量裝置中互感器作為重要的組成部分，其誤差成為電能計(jì)量裝置誤差的主要來(lái)源之一。通過(guò)對(duì)電壓互感器誤差檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，電壓互感器二次所接的負(fù)荷對(duì)互感器誤差的影響不容忽視。為此，本文就負(fù)荷對(duì)電壓互感器誤差的影響進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的對(duì)策。

1 電壓互感器工作原理及誤差

由戴維南等效原理可知，電壓互感器等效電路如圖2 所示。設(shè)，Z1、Z2分別為一次繞組和二次繞組的內(nèi)阻抗，Z2′為二次折算到一次的阻抗；I1、I2分別為一次繞組和二次繞組產(chǎn)生的電流，I2′為二次折算到一次的電流；U1和U2分別為一次及二次的電壓值，U2′為二次折算到一次的電壓；E1、E2分別為一次及二次所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)，E2′為二次折算到一次的感應(yīng)電勢(shì)；I0為勵(lì)磁電流，Y′為折算到一次的二次負(fù)荷，Zm為勵(lì)磁阻抗，復(fù)數(shù)。

根據(jù)等效電路可推導(dǎo)出電壓互感器的誤差公式如式(1)所示:

ε=-Y0Z1-Y′(Z1+Z2′).

(1)

其中：Y0為勵(lì)磁導(dǎo)納。

由式(1)可以看出：電壓互感器誤差由空載誤差和負(fù)載誤差組成，-Y0Z1為空載誤差，-(Z1+Z2′)Y′為負(fù)載誤差。

圖1 電壓互感器工作原理圖2 電壓互感器等效電路

2 電壓互感器誤差產(chǎn)生原因和外接負(fù)荷的影響

電壓互感器制作完成后，其一次阻抗Z1就是定值，勵(lì)磁導(dǎo)納Y0只與施加的一次電壓有關(guān)，是非線性的；二次阻抗Z2也為定值，即Z1+Z2′為定值，由此可見(jiàn)，電壓互感器的誤差與二次負(fù)荷有關(guān)，其值與二次負(fù)荷成正比，所以影響互感器誤差的因素是：①二次負(fù)荷；②一次電壓值。電壓互感器在一次施加額定電壓情況下，勵(lì)磁電流在一次繞組上造成的電壓降產(chǎn)生的誤差就是空載誤差，與勵(lì)磁導(dǎo)納Y0有關(guān)，在一定電壓下其誤差為定值。那么，影響互感器的誤差主要是負(fù)載誤差，是由互感器二次負(fù)載帶來(lái)的。在實(shí)際的測(cè)試過(guò)程中誤差影響因素主要有電壓互感器二次負(fù)荷的電纜線電阻、接線端子接觸電阻、熔絲電阻、繼電器接點(diǎn)電阻和電表電壓線圈電阻，其中以電壓線圈的負(fù)荷為主。

3 電壓互感器的檢定

為了比較不同負(fù)荷情況對(duì)互感器誤差的影響，需對(duì)電壓互感器進(jìn)行檢定。目前對(duì)電壓互感器的檢定還是傳統(tǒng)的比較法，也就是用被檢電壓互感器與標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器比較，測(cè)得被檢互感器相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)互感器的誤差。依據(jù)JJG314-2010《測(cè)量用電壓互感器檢定規(guī)程》和JJG1021-2007《電力互感器檢定規(guī)程》，電壓互感器檢定線路如圖3所示。

圖3 電壓互感器誤差校驗(yàn)電路

圖3中，T1為電壓調(diào)節(jié)器，T2為升壓器，PT0為標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器，PTx為被檢電壓互感器，Y為被檢電壓互感器二次負(fù)荷，HE為互感器校驗(yàn)儀。

我們對(duì)山東泰開(kāi)生產(chǎn)的1組35 kV的互感器進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。設(shè)備型號(hào)JDZ-35，等級(jí)0.2級(jí),計(jì)量繞組額定負(fù)荷40 VA,下限負(fù)荷10 VA,在沒(méi)有拆除電壓互感器連接的二次負(fù)荷的情況和拆除二次負(fù)荷的情況下分別進(jìn)行了測(cè)試，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

從表1中我們注意到，沒(méi)有拆除電壓互感器二次所接負(fù)荷情況下比拆除外接負(fù)荷情況下測(cè)試結(jié)果明顯偏負(fù)，因此可以看出電壓互感器所接負(fù)載對(duì)電壓互感器誤差影響是很大的。

4 降低負(fù)荷對(duì)電壓互感器誤差影響的措施

(1) 對(duì)實(shí)際連接互感器的導(dǎo)線采用特制的專用連接導(dǎo)線，這樣可以降低線阻帶來(lái)的負(fù)載影響。

(2) 在互感器的二次端增加一組線圈專門(mén)和電能表連接，可以大大降低互感器二次連接導(dǎo)線帶來(lái)的誤差，從而最終提高電壓互感器的精度。

(3) 加大電壓互感器二次連接導(dǎo)線的橫截面積，導(dǎo)線采用銅質(zhì)單芯絕緣材料，可以降低二次壓降。

(4) 在測(cè)試互感器誤差前，盡量先用專用儀器測(cè)試二次負(fù)荷，以確保測(cè)試該互感器誤差的準(zhǔn)確性。

表1 測(cè)試數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語(yǔ)

本文在簡(jiǎn)述電壓互感器檢定原理和誤差影響因素的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了負(fù)荷對(duì)電壓互感器誤差的影響，提出了減少負(fù)荷對(duì)電壓互感器誤差影響所采取的有效可行的措施，以確保電壓互感器誤差測(cè)量的準(zhǔn)確、可靠，從而保證電力系統(tǒng)關(guān)口計(jì)量的準(zhǔn)確性。