張瑞卿 蔣義然 禹 江 蘭子龍

(1.保定理工學(xué)院,河北 保定 071000；2.保定市冀能電力自動(dòng)化設(shè)備有限公司,河北 保定 071000）

為了解決配電網(wǎng)中一次與二次融合中設(shè)備不匹配的問題、不斷提高線路損耗的計(jì)算精度，配電網(wǎng)一二次融合技術(shù)被提出并得到廣泛應(yīng)用。其中，ECT與EVT在配電網(wǎng)一二次融合中，以體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)得到迅速普及，使得對(duì)于ECT和EVT的研究成為一二次融合領(lǐng)域的熱點(diǎn)。ECT與EVT的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)存在抗干擾能力差、測(cè)試準(zhǔn)確度低等缺點(diǎn)，本文對(duì)ECT與EVT的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并將配置優(yōu)化后ECT與EVT的一次開關(guān)與二次側(cè)控制器（FTU）進(jìn)行一二次成套試驗(yàn)，減小實(shí)測(cè)值與理論值之間的誤差，提高測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

1 ECT與EVT現(xiàn)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

1.1 EVT結(jié)構(gòu)

EVT目前常用的有兩種：一種是電阻分壓式電壓互感器；另一種是電容分壓式電壓互感器。

1.1.1 電阻分壓式電壓互感器

電阻分壓式電壓互感器由電阻元件串聯(lián)組成，內(nèi)部電阻為純電阻結(jié)構(gòu)，通過兩電阻串聯(lián)采集某一分壓電阻的電壓來實(shí)現(xiàn)。

電阻分壓式電子式互感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)試精度高，穩(wěn)定性好，但是受環(huán)境影響較大，容易發(fā)熱[1]。使用電阻分壓式原理設(shè)計(jì)的電壓互感器絕緣性較差，抗干擾能力差，而且會(huì)減小系統(tǒng)對(duì)地的絕緣電阻。

1.1.2 電容分壓式電壓互感器

純電容分壓是根據(jù)高低壓側(cè)容抗值進(jìn)行分壓的，不涉及電氣隔離，與電阻分壓比較耐壓強(qiáng)度大，不易擊穿[2]。

電容分壓式電壓互感器，采用多級(jí)電容進(jìn)行串聯(lián)分壓，這種結(jié)構(gòu)易受外界條件干擾；另外電容分壓器上的電容元器件與大地間存在分布電容，容易產(chǎn)生誤差，從而影響測(cè)量的準(zhǔn)確度；同時(shí)需要選擇合適的電容，否則會(huì)導(dǎo)致電容分壓不穩(wěn)定，產(chǎn)生鐵磁諧振[3]。

1.2 ECT結(jié)構(gòu)

目前使用較多的是基于羅哥夫斯基（rogowski）線圈的ECT結(jié)構(gòu)[4]，它是一個(gè)把導(dǎo)線勻稱繞制在圓環(huán)形等截面非磁性骨架上而形成的空心電感線圈，需要測(cè)量的母線電流從線圈中流過形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。然后經(jīng)過信號(hào)采樣處理，以光纖技術(shù)為信號(hào)通道，把一次側(cè)轉(zhuǎn)化的光信號(hào)通過信號(hào)處理還原為被測(cè)信號(hào)。

這種結(jié)構(gòu)形式由于線圈沒有鐵心，容易受外界磁場(chǎng)的干擾從而影響測(cè)量精度[5]；另外由于線圈自身，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和采樣的電壓會(huì)產(chǎn)生一定的相位差，從而影響線圈的線性度。

2 ECT與EVT結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

上面介紹的ECT與EVT結(jié)構(gòu)在進(jìn)行信號(hào)傳輸時(shí)，易受電磁干擾，進(jìn)而影響ECT與EVT輸出小信號(hào)的準(zhǔn)確性。因此，需要對(duì)ECT與EVT的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，用來提高相應(yīng)的準(zhǔn)確度。

2.1 ECT結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在原有的空心線圈的基礎(chǔ)上，增加二次傳感線圈和二次補(bǔ)償線圈。二次補(bǔ)償線圈需要?jiǎng)蚍Q繞在外側(cè)沒有磁性的骨架上，二次傳感線圈要繞在內(nèi)側(cè)的沒有磁性的骨架上[6]。這樣抵消干擾的線圈相連接，導(dǎo)致系統(tǒng)外側(cè)的干擾磁場(chǎng)在二次傳感線圈和二次補(bǔ)償線圈上形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相等、方向相反，由于串接方式電動(dòng)勢(shì)相抵消，有效避免了外界的干擾，不用單獨(dú)設(shè)置電磁屏蔽層，既保證了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，又確保了精度準(zhǔn)確，同時(shí)可以進(jìn)行批量化生產(chǎn)，在一定程度上降低了成本。

2.2 EVT結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

使用電容或電阻串接空心線圈的電子式電壓互感器，把需要測(cè)量的電壓經(jīng)電阻或電容產(chǎn)生一次回路電流，電流傳感器將一次側(cè)回路電流進(jìn)行測(cè)量后進(jìn)行轉(zhuǎn)化輸出一個(gè)和被測(cè)電壓成比例變化關(guān)系的感應(yīng)電壓信號(hào)。這樣的設(shè)計(jì)一方面線圈沒有耦合鐵心，不會(huì)出現(xiàn)鐵磁飽和現(xiàn)象；另一方面二次側(cè)與一次側(cè)之間進(jìn)行了電氣隔離，并使用一定的抗電磁干擾手段，提高了設(shè)計(jì)可靠性。同時(shí)，設(shè)計(jì)的互感器體積小、成本低、重量輕、可靠性高，即使二次側(cè)出現(xiàn)短路輸出，也不會(huì)損壞互感器。

3 設(shè)備聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)設(shè)備

電腦及101/104測(cè)試軟件、高壓柱上開關(guān)（配合結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的ECT與EVT）、滿足一二次融合的FTU裝置（冀能公司JN-2000系列）、測(cè)試工裝線纜(帶屏蔽層)等。

3.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)通過對(duì)EVT的相電壓、ECT的相電流、零序電壓和零序電流的額定值取不同的百分比，計(jì)算測(cè)量值與理論值之間的誤差觀察是否滿足國(guó)網(wǎng)檢測(cè)的要求。使用此種測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)數(shù)據(jù)的比較，能夠更好地體現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和測(cè)試精度的可靠性。

3.3 試驗(yàn)步驟

第一步：進(jìn)行PT接線。如圖1所示。

圖1 PT接線圖

接線過程需注意：

①PT二次側(cè)有供電、采樣兩組接線端；

②兩個(gè)PT接在開關(guān)的同一側(cè)即可；

③PT電纜接線字頭1、2、3為供電電源A、B、C三相；4、5、6為采集電壓A、B、C三相。

第二步：使用航空插頭將一次側(cè)開關(guān)和二次側(cè)FTU進(jìn)行連接，并將控制器側(cè)以太網(wǎng)航插座處連接網(wǎng)線到電腦。

第三步：進(jìn)行測(cè)試，保持一次側(cè)開關(guān)處于合位狀態(tài)，通過控制測(cè)試臺(tái)并對(duì)應(yīng)101/104軟件的遙測(cè)值測(cè)試一二次成套的精度。

第四步：按測(cè)試要求過流和電壓越限保護(hù)告警，進(jìn)行保護(hù)測(cè)試。測(cè)試完畢后退出保護(hù)。

3.4 試驗(yàn)注意事項(xiàng)

ECT、EVT傳輸?shù)氖切⌒盘?hào)，為了避免一次側(cè)的強(qiáng)電干擾，所以對(duì)于二次側(cè)FTU測(cè)量端需加設(shè)抗干擾措施。

一是連接電纜使用屏蔽電纜，同時(shí)屏蔽層雙端接地。

二是考慮互感器信號(hào)小，如果一次開關(guān)帶載能力弱，則增加二次側(cè)的輸入阻抗，提高對(duì)應(yīng)的二次側(cè)電壓。

三是為了保證小信號(hào)的可靠采集，實(shí)驗(yàn)過程中一次側(cè)開關(guān)、二次側(cè)FTU都要保證可靠接地。

3.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

對(duì)EVT的相電壓、ECT的相電流、零序電壓和零序電流的額定值取不同的百分比，進(jìn)行多次試驗(yàn)得出如下數(shù)據(jù)，詳見表1、表2、表3、表4。

表1 EVT的相電壓對(duì)應(yīng)二次側(cè)為3.25V/=1.876V

表1 EVT的相電壓對(duì)應(yīng)二次側(cè)為3.25V/=1.876V

表2 ECT的相電流額定變比600A/1V,對(duì)于二次側(cè)FTU為1V

表3 零序電壓額定電流比對(duì)應(yīng)二次側(cè)為6.5V

表4 零序電流額定電流比20A/0.2V,對(duì)應(yīng)二次側(cè)FTU為0.2V

3.6 試驗(yàn)結(jié)果討論

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)的基本性能試驗(yàn)中交流工頻電量基本誤差試驗(yàn)要求：相電壓、零序電壓、相電流、零序電流準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5，誤差極限為±0.5%。故障電流誤差試驗(yàn)要求零序電流輸入10倍電流標(biāo)稱值，誤差應(yīng)不大于10%，相電流輸入10倍電流標(biāo)稱值，誤差應(yīng)不大于5%。

通過試驗(yàn)的結(jié)果可看出，使用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的ECT與EVT大大減小了實(shí)測(cè)值誤差，滿足了國(guó)家電網(wǎng)的要求，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高，優(yōu)化效果顯著。

4 結(jié)語

ECT與EVT結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)，提高了互感器輸出數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，具有很高的性價(jià)比和滿意的測(cè)試效果，適合批量化生產(chǎn)，對(duì)電子式互感器更好地應(yīng)用于一二次融合領(lǐng)域具有重要意義，對(duì)其他互感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一種參考思路。