陳黎明

（溧陽市市場綜合檢驗檢測中心，江蘇溧陽 213300）

0 引言

隨著新技術(shù)、系統(tǒng)和設備的發(fā)展，電力供應質(zhì)量的重要性正在增加，這是由于負載數(shù)量的增加，特別是那些不符合能源質(zhì)量標準敏感的負載。電壓驟降和驟升可能對電子設備或組件產(chǎn)生很大影響，因此可能會縮短其生命周期，導致故障并產(chǎn)生額外的經(jīng)濟成本[1]。減少電網(wǎng)電壓變化對電氣設備正常運行的影響需要在整個電力系統(tǒng)中使用各種改進。通常，為了減少電力質(zhì)量問題，使用電力電子設備提供補償任何干擾的不同方式。一種解決方案是各種類型的混合變壓器的概念[3]。已經(jīng)提出這種裝置作為AC 電壓幅度變化的補償器。混合變壓器（HT）是電壓調(diào)節(jié)器，其中傳統(tǒng)的電磁變壓器與脈沖寬度調(diào)制（PWM）AC/AC 轉(zhuǎn)換器配合。

電力系統(tǒng)中的電壓互感器設計用于將電壓從傳輸級別的高電壓轉(zhuǎn)換為繼電器和測量設備所需的低電壓。在運行期間，由于開關(guān)操作和雷擊，變壓器的繞組會受到高頻瞬態(tài)過電壓的嚴重干擾。瞬態(tài)過電壓可能會導致變壓器繞組和絕緣層產(chǎn)生過大的電應力，從而導致絕緣失效和擊穿。為了充分確定變壓器繞組和匝間或?qū)娱g絕緣的尺寸，需要在設計水平上獲得瞬態(tài)電壓分布?？紤]到電壓互感器的典型繞組幾何結(jié)構(gòu)，其通常需要非常大的匝數(shù)和離散的層間絕緣，這是一項復雜的任務。

為了建模和模擬瞬態(tài)電壓分布，開發(fā)了分布式或集總參數(shù)的等效電路表示。準確計算等效參數(shù)非常有意義，因為它們對瞬態(tài)電壓有重要影響。它們通常使用簡單的分析公式或基于有限元法（FEM）進行計算?？梢允褂眠z傳算法來計算集總電路參數(shù)。由于系統(tǒng)模型的復雜幾何形狀，可以采用降階技術(shù)。

目前，國家越來越重視電力的安全、穩(wěn)定、高效發(fā)展，不斷細化電力部門職責，有效指導電力企業(yè)、電器生產(chǎn)企業(yè)、高校、科研院所的業(yè)務運行以及運營發(fā)展，在這樣的環(huán)境下，電磁式電壓互感器檢定裝置得到了有效的應用、創(chuàng)新和改革。本文將介紹比較法、間接法檢定電磁式電壓互感器，客觀地指出幾種方法的優(yōu)缺點，并提出做好電磁式電壓互感器檢定工作的對策。

1 比較法檢定電磁式電壓互感器

比較法檢定發(fā)展較早，而且應用比較廣泛，技術(shù)也比較成熟。比較法檢定核心和關(guān)鍵是運用基爾霍夫電壓定律來進行檢定，將2 種不同電壓進行一個反向的串聯(lián)操作，這樣就會產(chǎn)生一個差壓，之后差壓被送進測量回路系統(tǒng)，經(jīng)多個處理環(huán)節(jié)后，分別采出同相分量和正交分量，再經(jīng)適當運算在互感器校驗儀上顯示被檢電壓互感器的比值誤差和相位誤差。

Ashkan Teymouri 采用比較法檢定電磁式電壓互感器，研究結(jié)果表明：所有型號均使用每個變壓器的FRA 測試結(jié)果（阻抗傳遞函數(shù)）獲得。此外，MATLAB Simulink 中每個模型的模擬阻抗響應與實驗FRA 測試結(jié)果一致。這意味著模型的計算是正確的。應該注意的是，由于不符合FRA 測試結(jié)果，模型1A 未被模擬。Andreas Theocharis 等采用比較法檢定電磁式電壓互感器，在所提出的分析中，該方法被開發(fā)用于變壓器繞組的△—Y 形連接，并且電壓分布因子矩陣的確定來自于幾何數(shù)據(jù)。研究結(jié)論：該方法可應用于任何類型的繞組連接，其阻抗矩陣是已知的，因為該方法取決于阻抗矩陣（它也可以應用于自耦變壓器或相移變壓器）。應使用幾何數(shù)據(jù)，測量或兩種選項確定轉(zhuǎn)換矩陣的若干選項。應該做更多的工作，以使這種方法可以在電磁暫態(tài)程序環(huán)境中實施。黑箱和集總參數(shù)建模的完全統(tǒng)一仍在調(diào)查中，并且將在未來的工作中提出改進。

2 間接法檢定電壓互感器

2.1 負荷誤差曲線外推法

負荷誤差曲線外推法是通過測量低電壓下負荷與電壓的對應關(guān)系并算出誤差補償值然后再推算出100%和120%額定電壓和相應負荷下的比值差和相位差。M.Kaczmarek 研究使其能夠應用于數(shù)字功率計或電能質(zhì)量分析儀或示波器的測量電路，以確定電壓互感器和分壓器的電壓復合誤差（變壓器校正系數(shù)）的均方根值和諧波頻譜，用于正弦差分輸入電壓的變換和失真電壓。

開發(fā)的轉(zhuǎn)換器應用技術(shù)確保差分輸入電壓到單端輸出電壓的轉(zhuǎn)換誤差不高于5%。這適用于頻率為50 Hz 至20 kHz 的正弦差分輸入電壓和失真電壓，即使輸入端的共模電壓有效值等于190 V。此外，本文介紹開發(fā)的轉(zhuǎn)換器的應用。事實證明，它能夠轉(zhuǎn)換正弦和失真電壓，從而更準確地確定電壓互感器和分壓器的復合誤差。此外，表明它可確定設計評估電壓互感器和分配器的比率誤差和相位移的測量系統(tǒng)的精度。

2.2 低校高法

低校高法是20 世紀90 年代由趙修民教授提出的，沿用至今已經(jīng)30 多年。其實質(zhì)是測出被檢電磁式電壓互感器的一次與二次繞組的電阻和漏抗、各電壓百分值下的激磁導納值、低電壓下的誤差值以及實際二次負荷導納值，用計算方法得到高電壓下的誤差值。

A.Arroyo 等人已經(jīng)設計并開發(fā)了實驗室測試臺，以評估應用于商業(yè)檢定電磁式電壓互感器所提出的檢測方法。所提出的方法已應用于受測試的電磁式電壓互感器，具有不同的對地電容和操作條件。通過傳統(tǒng)方法和新方法的對比結(jié)果，來驗證新方法對低校高法電壓互感器現(xiàn)場校驗儀校準的可行性。表1 是現(xiàn)場校驗儀測量數(shù)據(jù)。從實驗結(jié)果來看，完全符合JJG 314—2010《測量用電壓互感器檢定規(guī)程》0.05 級要求。因此，用新方法對低校高法電壓互感器現(xiàn)場校驗儀進行校準的結(jié)果是令人滿意、放心的。

表1 現(xiàn)場校驗儀測量數(shù)據(jù)

2.3 3 種檢定方法的優(yōu)缺點

（1）比較法。優(yōu)點：檢定方法相對于其他方法來說比較成熟，且完全符合檢定規(guī)程的標準。缺點：在檢定時，輔助設備配備復雜需求量大，如果是現(xiàn)場檢定，情況更為復雜，調(diào)壓器容量、升壓器載荷與使用要求相差較遠。

（2）低校高法。優(yōu)點：測試所需的電源容量小，方便現(xiàn)場檢定。缺點：由于客觀限制，會出現(xiàn)額定電壓下的誤差偏差過大；附加誤差時有出現(xiàn)。此外，僅能檢定不帶非線性補償?shù)碾妷夯ジ衅?，檢定范圍受到一定的限制。

（3）負荷誤差曲線外推法。優(yōu)點：所有測試工作與比較法測電壓互感器誤差完全相同，只是改變負荷的倍數(shù)就可實現(xiàn)檢定要求，容易快速掌握方法。缺點：在不同的負荷導納和繞組內(nèi)阻下，需要提供相應倍數(shù)的負荷導納和電阻，測量的準確性有待進一步研究。

3 各檢定裝置的量值溯源

由于系統(tǒng)和變壓器之間的高頻相互作用，可能會發(fā)生瞬態(tài)過電壓。從Cigre 聯(lián)合工作組（A2/C4.39）的活動可以得出結(jié)論，當浪涌沖擊的固有頻率與變壓器參與的系統(tǒng)的固有頻率相匹配時，系統(tǒng)會發(fā)生共振。此外，當變壓器端子處的輸入浪涌脈沖導致內(nèi)部變壓器諧振時，可能會發(fā)生極端過電壓并最終發(fā)生絕緣故障。

通常，3 種類型的變壓器模型用于切換瞬態(tài)事件。傳輸線模型被認為是一種快速瞬變和電壓傳播研究的方法。它們需要非常詳細的變壓器設計信息，而且耗時。另外，它們不能直接實現(xiàn)為電磁暫態(tài)軟件。集總參數(shù)模型用于模擬雷電沖擊和切換快速瞬變。這些模型可用于研究變壓器與環(huán)繞網(wǎng)絡的相互作用以及評估內(nèi)部電壓分布。它們可以在電磁暫態(tài)軟件包中實現(xiàn)，并且基于變壓器幾何數(shù)據(jù)。黑匣子模型基于變壓器繞組上任何提供測量點的頻率導納矩陣測量。這些模型用于分析變壓器與系統(tǒng)的相互作用，并研究終端之間傳輸?shù)倪^電壓。此外，它們可以組合到現(xiàn)有的仿真軟件工具，如EMTP，但是，它們無法確定沿繞組的電壓傳播。

目前，國家尚未頒布技術(shù)規(guī)范，只能依據(jù)國家計量規(guī)程規(guī)范JJG 314、JJG169 和JJF1264 對檢定裝置中的標準電壓互感器、互感器校驗儀和互感器負荷箱進行檢定或校準，只要其符合規(guī)程或規(guī)范要求，則認為該檢定裝置滿足溯源要求。

4 做好檢定工作的對策

4.1 抓好檢定方面的培訓工作

做好檢定人員的培訓工作是一項重要的任務，應從實際情況出發(fā)，做好預定方案和計劃，充分考慮人員的能力和水平，不斷增強檢定人員技能和操作本領(lǐng)。主管領(lǐng)導要承擔好責任，指定專人領(lǐng)導培訓工作，分配好任務，制定好培訓計劃，統(tǒng)一進行員工的培訓工作，實現(xiàn)培訓目標，確保人員的素質(zhì)得到提升。

4.2 對檢定的全過程加強控制

要加強檢定設備的日常巡視工作，對檢定設備要進行認真的核查，加大資金、物力的投入，確保檢定設備不存在安全隱患和問題，保證使用性能和檢定結(jié)果的準確度。要加強檢定設備操作人員的管理和思想教育工作，提升這些人員的操作技能，制定詳細的操作規(guī)程和制度，以制度來督促檢定操作人員安全意識的提升。

4.3 建立好檢定記錄和臺賬

對于檢定的很多細節(jié)內(nèi)容，檢定記錄是非常重要的，要有專人進行認真記錄，做到數(shù)據(jù)記錄準確不能丟失；如果出現(xiàn)丟失會產(chǎn)生巨大損失，檢定責任無法分清；對常規(guī)檢定更要如此，這是檢定管理內(nèi)容的實際體現(xiàn)，能夠反映出檢定的管理水平和管控能力。因此，臺賬和檢定記錄工作必須開展好。

4.4 強化人才儲備

人才對一個企業(yè)或者機構(gòu)來說是非常關(guān)鍵和重要的，人才就是企業(yè)發(fā)展的動力和基石，只有保障好人才，企業(yè)或者機構(gòu)才能得到高速發(fā)展，才能長久生存。因此，作為檢定機構(gòu)來講，也應該意識到人才對本身發(fā)展的重要性和必要性。強化人才儲備，可以在本機構(gòu)通過人才考核或者考試等發(fā)現(xiàn)人才，也可以對外從高校、科研院所等引進，同時建立獎勵機制，培養(yǎng)和發(fā)掘青年人才，設立領(lǐng)導小組專門負責人才培養(yǎng)和引進工作，抓好落實工作，確保引進或者儲備的人才更好地為檢定單位服務好。

5 結(jié)語

提出檢定電磁電壓互感器方法存在的問題、優(yōu)缺點、溯源方法等，得出結(jié)論：比較法檢定發(fā)展的比較早，而且應用比較廣泛，技術(shù)也比較成熟。低校高法檢定方便現(xiàn)場檢定，產(chǎn)品也比較成熟，具有很強的基礎和可操作性。負荷誤差曲線外推法檢定電磁式電壓互感器方法的產(chǎn)品較少。提出了做好電磁式電壓互感器檢定的對策，主要包括抓好檢定方面的培訓工作、對檢定的全過程加強控制、建立好檢定記錄和臺賬、強化人才儲備，希望為今后該類計量儀器檢定規(guī)程的制定提供參考依據(jù)。