電力設備管理中互感器在電力計量中的應用與優(yōu)化

國網(wǎng)西藏電力有限公司拉薩市達孜區(qū)供電公司 旦增美朵 國網(wǎng)西藏電力有限公司林周縣供電公司 扎西卓瑪

電能計量作為電力設備管理中的重要環(huán)節(jié)，對于促進供用電雙方降低能耗、節(jié)約能源、提高經(jīng)濟效益和推動社會和諧發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。而互感器作為電能計量中的關(guān)鍵元件之一，其準確性和穩(wěn)定性對于電能計量結(jié)果的可信度有著直接的影響。本文旨在深入探討互感器在電力計量中的應用與優(yōu)化，重點關(guān)注互感器對計量準確度的影響，以期為電力設備管理提供科學的指導和決策依據(jù)。

1 互感器的特點和技術(shù)要求

互感器在電路中采用一次線圈串聯(lián)的方式，并且其匝數(shù)較少。這種設計使一次線圈中的電流完全取決于被測電路的負荷電流，與二次電流無關(guān)[1]。因此，互感器能夠根據(jù)具體負荷電流的變化來實時傳遞相應的信號。為了保證互感器的正常運行，需要注意以下幾點。

第一，二次線圈所接的儀表和繼電器的電流線圈阻抗應該很小，以確?；ジ衅鬏敵龅男盘柨梢员粶蚀_地傳遞到相關(guān)設備中。這意味著這些儀器和繼電器應具有低電流阻抗，以避免對互感器工作狀態(tài)造成影響。

第二，在正常情況下，互感器應該處于近于短路狀態(tài)的運行狀態(tài)。這是因為互感器的一次線圈是串聯(lián)在電路中的，對于交流電路來說，互感器的一次線圈阻抗應盡量小，以確?；ジ衅鞯墓ぷ鞑粫腩~外的電壓降。如果負荷電流通過互感器時，互感器的阻抗過大，將會導致測量誤差的增加，甚至可能引起互感器的過熱現(xiàn)象。在安裝互感器時，接地螺栓的直徑不應小于8mm，接地處的金屬表面應平整，并且連接孔的接地板面積要足夠大。此外，在接地處旁應標有明顯的接地符號，以提醒人員注意接地設施的存在。

值得注意的是，電子式互感器應具備完善的自診斷功能，并能輸出自檢信息。這些信息包括采集器狀態(tài)、輔助電源/自身取電電源狀態(tài)、檢修測試狀態(tài)等。這樣可以幫助人員及時了解互感器的工作狀態(tài)，便于維護和管理。

2 實地調(diào)研和數(shù)據(jù)采集

2.1 電力設備管理單位選擇和數(shù)據(jù)收集

電力設備管理單位的選擇對于配電網(wǎng)規(guī)劃編制和數(shù)據(jù)收集非常重要。第一，供電企業(yè)需要與規(guī)劃管理部門密切合作，共同商討確定配電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃，確保配電網(wǎng)規(guī)劃與城市發(fā)展規(guī)劃相協(xié)調(diào)[2]。第二，選擇合適的電力設備管理單位對于配電網(wǎng)規(guī)劃編制和數(shù)據(jù)收集非常關(guān)鍵。這樣的數(shù)據(jù)收集形式能夠為配電網(wǎng)規(guī)劃提供可靠的數(shù)據(jù)支持，為電力設備的管理和發(fā)展提供有效的參考。

2.2 不同負載條件下的互感器實測與驗證

為了區(qū)分電流互感器一次繞組接頭的接觸狀況，需要使用壓降法和雙臂電橋等方法測試一次繞組的直流電阻。然而錯誤的極性可能導致計量外表顯示錯誤，甚至引起帶有方向性的繼電保護誤動作?；ジ衅鞯囊淮魏投卫@組之間均為減極性，因此極性試驗通常選用直流法進行。在試驗時，要注意將電源接在互感器的一次側(cè)，測試儀器則接在互感器的二次側(cè)。假設規(guī)范電流互感器的變比為KN=500:5（即一次電流為500A，二次電流為5A），被試電流互感器的變比為K=502:5（一次電流為502A，二次電流為5A），被試電流互感器的額外變比為KxN=2:5。根據(jù)給定的公式：

變比差錯公式為：

式中，KN、IN——規(guī)范電流互感器的變比和二次電流值；K、I——被試電流互感器的變比和二次電流值；KxN——被試電流互感器的額外變比。在連接被試電流互感器和規(guī)范電流互感器時，確保測量的準確性和穩(wěn)定性需要采取一些措施。其中之一是將非被試電流互感器的二次繞組短路。短路非被試電流互感器的二次繞組可以有效防止二次側(cè)發(fā)生開路或其他干擾，并避免對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。

具體而言，當被試電流通過被試電流互感器時，非被試電流互感器的二次繞組處于短路狀態(tài)，此時電流會通過短路路徑流回系統(tǒng)中，不會影響被試電流互感器的運行。這種做法的主要目的是消除非被試電流互感器的二次側(cè)與外部負載之間的差異。如果非被試電流互感器的二次繞組未短路，其二次電流可能會受到連接的負載影響而發(fā)生變化，從而導致額外的誤差。短路非被試電流互感器的二次繞組可以消除這種差異，確保被試電流互感器的輸出信號準確、穩(wěn)定。

需要注意的是，在開展短路操作的過程中應確保使用合適的短路裝置，以避免對二次繞組造成損壞或過熱。短路裝置應具備足夠的導電能力和耐受能力，以保證在被試電流的運行條件下穩(wěn)定可靠地將電流引導回系統(tǒng)中。

3 計量結(jié)果比較和分析

3.1 不同互感器的計量結(jié)果對比

由表1可知，CT（電流互感器）和PT（電壓互感器）的精度等級都是0.2，表明此類設備設施的計量準確度相對較高，VT（電壓互感器）的額定電流較高（1000A），而CT 的額定電流較低（100A），這意味著VT 適用于更大功率負載的應用。Rogowski 線圈的精度等級為1，相對于其他互感器來說，其計量準確度較低。Optical CT（光纖CT）與CT 具有相同的精度等級和額定負荷，但光纖CT 可能通過使用光纖傳感器技術(shù)實現(xiàn)更好的信號傳輸和抗干擾能力。

表1 不同類型互感器的精度等級、額定電流和計量誤差對比

3.2 綜合誤差的評估和分析

綜合誤差公式為：

CT（電流互感器）的精度等級為0.2，額定電流為100A，額定負荷為5VA，計量誤差為±0.2%。CT 的綜合誤差為：

VT（電壓互感器）的精度等級為0.5，額定電流為1000A，額定負荷為10VA，計量誤差為±0.5%。VT 的綜合誤差為：

PT（電壓互感器）的精度等級為0.2，額定電流為500A，額定負荷為5VA，計量誤差為±0.2%。PT 的綜合誤差為：

Rogowski 線圈的精度等級為1，額定電流為2000A，額定負荷為20VA，計量誤差為±1%。Rogowski 線圈的綜合誤差為：

Optical CT（光纖CT）的精度等級為0.2，額定電流為1000A，額定負荷為10VA，計量誤差為±0.2%。Optical CT 的綜合誤差為：

根據(jù)以上計算，可以得出以下結(jié)論。

CT（電流互感器）和PT（電壓互感器）具有相同的精度等級（0.2），額定負荷（5VA）和綜合誤差（4%）。其在計量準確度方面表現(xiàn)出較高水平。VT（電壓互感器）的綜合誤差為5%，略高于CT和PT?？紤]到其較大的額定電流（1000A），所以適用于更大功率負載的應用。Rogowski 線圈的綜合誤差為5%，較其他互感器類型稍高。雖然其精度等級為1，但仍然具有一定的計量準確度。Optical CT（光纖CT）的綜合誤差為2%，是所有互感器類型中綜合誤差最低的一個。通過光纖傳感器技術(shù)，可以實現(xiàn)更好的信號傳輸和抗干擾能力。

綜上所述，根據(jù)互感器類型、精度等級、額定電流、額定負荷和計量誤差數(shù)據(jù)的評估和分析結(jié)果，可以了解到各個互感器在計量準確度和綜合誤差方面的性能特點。這些信息對互感器的選擇和應用具有重要參考價值。

4 優(yōu)化措施和建議

4.1 合理選用互感器的策略和方法

第一，互感器需要確定被測電路的電流范圍，根據(jù)被測電路的精度等級選型[3]。精度等級是評估測量準確度的重要指標，應與被測電路的精度等級相匹配。選擇精度等級較高的電流互感器可以減小測量誤差，但也需要平衡其成本和實際需求。工業(yè)過程測量和控制用檢測儀表和顯示儀表精確度等級有：0.01，0.02，（0.03），0.05，0.1，0.2，（0.25），（0.3），（0.4），0.5，1.0，1.5，（2.0），2.5，4.0，5.0。共16個，其中括號里的5個不推薦使用，依據(jù)標準為《GBT 13283-2008 工業(yè)過程測量和控制用檢測儀表和顯示儀表精確度等級》。根據(jù)被測電路的額定負荷和計量誤差要求，選擇具有合適額定輸出的電流互感器。確保電流互感器的額定輸出能夠滿足被測電路的需求，同時不引入較大的測量誤差。

第二，由表2可知，需考慮電流互感器的環(huán)境條件。選擇的電流互感器應能夠適應被測電路的環(huán)境條件，包括溫度、濕度和振動等。確保電流互感器在各種環(huán)境下都能正常工作，避免環(huán)境條件不匹配導致電流互感器失效。

表2 互感器選擇與環(huán)境條件要求對比

4.2 優(yōu)化計量裝置配置的指導原則

貿(mào)易結(jié)算用的電能計量裝置應配置在供受電設施的產(chǎn)權(quán)分界處，包括發(fā)電企業(yè)上網(wǎng)線路和電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)間的聯(lián)絡線路兩側(cè)都應配置電能計量裝置。I、II、III類貿(mào)易結(jié)算用電能計量裝置應配備計量專用的電壓、電流互感器或?qū)Ｓ枚卫@組，并且上述設備及二次電路禁止作為與能源計算無關(guān)的裝置。單機容量在100MW或以上的機組上網(wǎng)，結(jié)算電量表和電網(wǎng)與運營公司之間所購銷電力的計算量時，一般建議選擇同一準確度級別的主、輔助二組電能表，以實現(xiàn)同步運算、同時記錄、即時比對和監(jiān)控，以防產(chǎn)生巨大的電力誤差。

4.3 降低綜合誤差的技術(shù)手段和措施

多次測量并求取平均值可以有效地減少偶然誤差的影響。通過重復測量，可以盡可能地排除一次性誤差，提高測量結(jié)果的準確性。根據(jù)實踐證明，在足夠多的測量中，偶然誤差的平均值趨近于零。針對測量過程中可能出現(xiàn)的誤差源，采取相應的改進措施減少誤差的產(chǎn)生。例如，在測量軸與待測表面呈一定傾斜角度時，需要小心處理余弦誤差，確保測量的準確性。此外，對于不同形狀的待測工件，選擇適當?shù)臏y砧和測量方法也能夠減少誤差的生成。

綜合上述技術(shù)手段和措施，在實際測量中通過多次測量求平均值、選用精密的測量工具、改進測量方法和進行度量器及測器的校正，可以有效地降低綜合誤差。根據(jù)實際情況，不同的技術(shù)手段和措施可以結(jié)合使用，提高測量的準確性和可靠性。以提高測量結(jié)果的精確度和可信度，滿足貿(mào)易結(jié)算等精密測量要求。

5 結(jié)語

綜上所述，合理選用互感器并進行適當優(yōu)化，可以顯著降低計量裝置的綜合誤差。通過考慮互感器的選擇標準和技術(shù)指標，并結(jié)合實際負載條件的測量與驗證，我們能夠提高電力計量的準確性和可靠性。這些研究結(jié)果為電力設備管理中互感器的應用與優(yōu)化提供了重要的參考，有助于提升電力系統(tǒng)的運行效率和管理水平。