于廷滿

（永安煤業(yè)有限責(zé)任公司，福建 三明 366102）

引言

為準(zhǔn)確測(cè)量電壓互感器的寬頻誤差，基于測(cè)差原理，運(yùn)用鎖相放大器和LabVIEW技術(shù)，研制了一套電壓互感器寬頻誤差測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)了互感器誤差測(cè)量的自動(dòng)化與智能化。介紹了寬頻誤差測(cè)量基本原理及裝置整體設(shè)計(jì)方案，并通過工頻誤差校準(zhǔn)、自校結(jié)果比對(duì)、頻率特性及穩(wěn)定性等試驗(yàn)，對(duì)該裝置的性能進(jìn)行了測(cè)試與驗(yàn)證。測(cè)試結(jié)果表明，裝置在50Hz～10kHz范圍內(nèi)，其比差測(cè)量精度優(yōu)于5×10－7，角差測(cè)量精度優(yōu)于0.2μrad，且頻率響應(yīng)特性十分平坦。

一、電壓互感器的模型

PT的非線性模型首先要考慮的是鐵心的勵(lì)磁飽和非線性特性；另外一個(gè)要考慮的是隨著頻率的升高，處于高頻信號(hào)下的電壓互感器，在兩個(gè)導(dǎo)體或者電壓互感器繞組的電阻和電感中存在著分布的電氣耦合，這些電氣耦合表現(xiàn)出電容的特性，稱之為雜散電容；同時(shí)考慮鐵心的非線性特性，電壓互感器在高頻下的工作狀態(tài)和電壓互感器中繞組的電阻（表示銅損耗）和電感（表示漏電感）。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

寬頻誤差測(cè)量裝置。信號(hào)發(fā)生器生成低壓寬頻信號(hào)，經(jīng)過功率放大器和寬頻升壓器完成升壓，組成電源系統(tǒng)。鎖相放大器選用美國SRS公司的Lock-inAmplifier—850，使用時(shí)需要注意以下兩點(diǎn):①輸入的差壓信號(hào)ΔU和參考信號(hào)Uref的有效值都必須低于10V(即使瞬時(shí)超過10V也會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞);②在鎖相放大器的內(nèi)部，差壓信號(hào)的低端通過10K電阻接外殼地，因此需要設(shè)計(jì)1∶1寬頻隔離變壓器。

為了實(shí)現(xiàn)誤差測(cè)量的自動(dòng)化，編寫了一套Lab VIEW智能測(cè)試軟件，通過GPIB接口同時(shí)與信號(hào)發(fā)生器、鎖相放大器進(jìn)行通信(IEEE—488標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議)，實(shí)現(xiàn)誤差測(cè)量自動(dòng)化與智能化。初始化運(yùn)行后，控制信號(hào)發(fā)生器的輸出幅值和相位，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升壓與變頻。在軟件中處理鎖相放大器測(cè)得的數(shù)據(jù)，計(jì)算角差和比差，保存結(jié)果并實(shí)時(shí)顯示。

三、試驗(yàn)結(jié)果與分析

（一）與感應(yīng)分壓器自校結(jié)果比對(duì)

1kV感應(yīng)分壓器(IVD)為工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)量值溯源體系的源頭，一般采用參考電勢(shì)法對(duì)其進(jìn)行自校，通常認(rèn)為自校結(jié)果接近真值。以國家高電壓計(jì)量站1kV標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)分壓器作為試品，在不同比率下(0.1～1)，用本裝置對(duì)其誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。然后將測(cè)量結(jié)果與參考電勢(shì)自校結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。

與參考電勢(shì)自校方法結(jié)果相比，在不同比率下，受裝置中的1∶1隔離變壓器、鎖相放大器測(cè)量精度等裝置本身的影響，本裝置的比差、角差測(cè)量結(jié)果分別存在+2×10－7和－2×10－7的整體偏移。相對(duì)于互感器誤差來說，該偏移誤差非常小，基本可忽略不計(jì);另一方面，對(duì)于這種系統(tǒng)帶來的固有測(cè)量誤差，由于其比較穩(wěn)定，可以在軟件中加以修正。

（二）頻率特性測(cè)試

將信號(hào)發(fā)生器輸出5V電壓信號(hào)，同時(shí)施加在差壓信號(hào)U X和U N兩個(gè)通道上，形成1∶1的標(biāo)準(zhǔn)差壓信號(hào)，理論上誤差應(yīng)為零，試驗(yàn)中該裝置所測(cè)得的比差和角差即為測(cè)量裝置自身的誤差。給定信號(hào)頻率范圍為50Hz～100kHz。

在頻率10kHz以內(nèi)，裝置的比值差和相位差均比較平坦，其誤差均小于1×10－6。在電力系統(tǒng)中，諧波頻率主要成分低于2.5kHz，更高頻率含量十分有限，對(duì)電能計(jì)量造成的影響可忽略不計(jì)，因此，研制的裝置滿足互感器諧波特性的誤差測(cè)量需求。

（三）工頻測(cè)量誤差校準(zhǔn)

參考傳統(tǒng)電工式互感器誤差校驗(yàn)儀的校準(zhǔn)方法，對(duì)裝置的工頻測(cè)量誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。給定標(biāo)準(zhǔn)工頻誤差源(可根據(jù)需要產(chǎn)生不同的比差、角差組合)，直接測(cè)量本裝置在工頻下由測(cè)量系統(tǒng)帶來的誤差。

傳統(tǒng)電工式校驗(yàn)儀的比差、角差測(cè)量精度均優(yōu)于5×10－7，而本裝置測(cè)量精度約3.5×10－7，其測(cè)量精度比電工式校驗(yàn)儀有所提升。對(duì)于常見的誤差量值溯源工作，兩種方法均能較好地滿足需求。

（四）電容式電壓互感器下節(jié)電容測(cè)量方法

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，為防止檢修時(shí)線路側(cè)來電，線路電壓互感器高壓接頭通常是懸掛地線，即電壓互感器高壓側(cè)接地。

結(jié)語

裝置將工頻條件下的測(cè)差法基本原理應(yīng)用于電壓互感器諧波誤差測(cè)量，借用鎖相放大器精密測(cè)量?jī)x器及LabVIEW虛擬儀器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電壓互感器誤差的自動(dòng)測(cè)量，解決了傳統(tǒng)電工式校驗(yàn)方式操作繁瑣等難題。通過一系列試驗(yàn)分析與驗(yàn)證，結(jié)果表明，該裝置具有較高的測(cè)量精度，其比差測(cè)量精度優(yōu)于5×10－7，角差測(cè)量精度優(yōu)于0.2μrad。與此同時(shí)，也具有較好的頻率響應(yīng)特性，在50Hz～10kHz范圍內(nèi)，其測(cè)量精度基本不變，頻率響應(yīng)十分平坦。