（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司計量中心 廣西南寧 5 3 0 0 2 3）

0 引言

電壓互感器在電力系統(tǒng)中廣泛用于把電網(wǎng)的交流一次電壓信號按照特定比例進行變換，并將變換后得到的低電壓信號供給二次回路中的電能表、測控裝置及繼電保護裝置等設(shè)備，以實現(xiàn)對一次電力線路、設(shè)備高電壓的準(zhǔn)確測量、監(jiān)測及保護，從而保證電力系統(tǒng)的安全、可靠及經(jīng)濟運行。電壓互感器作為電能計量裝置的重要組成部分，其誤差成為電能計量裝置誤差的主要來源之一。一般來說，電壓互感器誤差隨負(fù)荷增大，誤差往負(fù)的方向變化增加[1-2]。通過多次對互感器的現(xiàn)場誤差檢驗分析，發(fā)現(xiàn)電壓互感器在進行上限負(fù)荷與下限負(fù)荷檢驗的同時，會出現(xiàn)不能同時滿足上限負(fù)荷與下限負(fù)荷誤差合格的情況，即互感器誤差范圍在相同負(fù)荷變化條件下誤差范圍較大。針對上述情況進行誤差計算公式推導(dǎo)，結(jié)合現(xiàn)場電壓互感器誤差試驗數(shù)據(jù)，進行理論分析，得出互感器誤差在相同二次負(fù)荷變化條件下誤差范圍較大是由于互感器繞組內(nèi)阻抗較大會導(dǎo)致誤差范圍變大。

1 電壓互感器結(jié)構(gòu)原理及電氣原理

1.1 電壓互感器結(jié)構(gòu)原理

以1臺單相雙繞組電壓互感器的結(jié)構(gòu)原理圖為例，對運行中的電壓互感器的電磁轉(zhuǎn)換之間關(guān)系進行簡述，從而說明電壓互感器的電氣原理。在圖1所示的電壓互感器的原理結(jié)構(gòu)圖中，一次、二次繞組直接繞在同一個互感器鐵芯上，一次繞組接入一次交流電壓U1，U1在鐵芯中產(chǎn)生的交變磁通在二次繞組上感生出二次電壓U2并加在二次回路中的負(fù)荷Z2上。正常運行的電壓互感器的工作狀態(tài)實際上也包括了其在空載運行時候的狀態(tài)，即電壓互感器在帶負(fù)荷運行時的狀態(tài)實際是空載狀態(tài)和負(fù)荷狀態(tài)疊加后形成的。

1.2 電壓互感器運行狀態(tài)的等值電路

實際電壓互感器現(xiàn)場運行均為帶負(fù)載運行。為了便于分析和計算，在對二次側(cè)的各量進行折算到一次側(cè)，將電壓互感器一、二次側(cè)的電磁關(guān)系直接做出一個等值電路[3]如圖2所示。

在圖2中，R1和X1是一次繞組的阻抗，包含著線圈電阻和漏磁電抗；R2′和X2′是二次繞組的阻抗，包含著線圈電阻、漏磁電抗及二次回路負(fù)荷阻抗；因為互感器在電磁轉(zhuǎn)換過程中存在渦流損耗和磁滯損耗，這些電磁效應(yīng)的所引起的等效阻抗在等值電路圖2中以R0和X0進行表示。

2 電壓互感器帶負(fù)載運行狀態(tài)的誤差計算

2.1 電壓互感器誤差定義

復(fù)數(shù)誤差定義為電壓互感器的誤差是折算后的二次電壓U2反轉(zhuǎn)1800后與實際一次電壓向量U1之差的比值。

誤差包括了比值差f和相位差δ，即又可表示為

按照J(rèn)JG1021—2007《電力互感器檢定規(guī)程》對電壓互感器誤差定義為

電壓互感器比值差

式中：K為電壓互感器額定電壓比；U1為一次電壓有效值；U2為二次電壓有效值。

兩者定義差別這里不再詳細(xì)說明，實際計算誤差值采用復(fù)數(shù)誤差計算方法。

2.2 電壓互感器誤差計算方法

2.2.1 電路理論計算方法

結(jié)合電路圖2并根據(jù)互感器復(fù)數(shù)誤差定義進行互感器誤差分析[4-5]，誤差公式為

其中Z為復(fù)阻抗。第一項為空載誤差、第二項為負(fù)載誤差。

2.2.1 相量分析法

結(jié)合圖2互感器等值電路圖，給出等值相量圖。為了便于簡化分析互感器的誤差[6-8]，當(dāng)忽略之間的相位差時，可以得到簡化后電壓互感器的誤差相量圖3。

根據(jù)（2）式的定義及圖3，可以得到電壓互感器的比值差。

δ角是實際的相位誤差，由于δ角通常很小，所以可以按δ≈sinδ的方式對δ角進行測取。

在（6）、（7）式中，fu0、δu0為空載誤差，fuf、δuf為負(fù)載誤差。

3 電壓互感器誤差受負(fù)荷及內(nèi)阻抗影響分析

3.1 現(xiàn)場檢測實例

表1 電壓互感器兩次測試誤差數(shù)據(jù)對比

從表1數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在第一次測試時，互感器在下限負(fù)荷比值誤差超差（0.2級互感器比值差誤差限為±0.2%），電壓百分比為80%與100%條件下分別是+0.215和+0.226。在經(jīng)過廠家調(diào)整后，經(jīng)過第二次測試發(fā)現(xiàn)，互感器下限負(fù)荷誤差合格，但上限負(fù)荷出現(xiàn)了超差情況，在電壓百分比80%與100%條件下分別是-0.216和-0.216。

3.2 原因分析

由公式（3）（5）分析，互感器誤差負(fù)載誤差部分，得出互感器負(fù)載誤差受到一次繞組及二次繞組內(nèi)阻抗值的影響。圖4為不同互感器一二次繞組內(nèi)阻抗條件下，互感器誤差與二次負(fù)荷關(guān)系曲線。

發(fā)現(xiàn)當(dāng)互感器內(nèi)阻抗值較大情況下，誤差波動隨負(fù)荷變化更大，即斜率更大為圖4黑色直線，因此，負(fù)載時的誤差與二次負(fù)荷的導(dǎo)納成正比。由于互感器繞組內(nèi)阻抗和二次負(fù)荷導(dǎo)納及電壓無關(guān)[9-10]，因此電壓互感器負(fù)載的比值差與負(fù)荷關(guān)系為直線，同時繞組內(nèi)阻抗會影響到比值差與負(fù)荷直線關(guān)系的斜率大小，若內(nèi)阻抗值越大，斜率越大，即在上限負(fù)荷與下限負(fù)荷不變的情況下，互感器上下限負(fù)荷比值誤差域更寬，更難滿足實際試驗檢測中，上下下負(fù)荷比值誤差同時滿足誤差限值得要求。

4 結(jié)論

實際廠家進行誤差調(diào)整只是將電壓互感器的誤差向所需的一個方向整體平移，不會改變電壓互感器上限與下限負(fù)荷的的誤差域?qū)挾?。如果互感器繞組內(nèi)阻抗值較大，互感器比值誤差隨負(fù)荷變化較大，容易產(chǎn)生互感器上限負(fù)荷超差或者下限負(fù)荷超差?；ジ衅鞒鰪S前負(fù)荷誤差按照其額定二次負(fù)荷來調(diào)整，一般將額定上限負(fù)荷時的比值誤差調(diào)整為負(fù)值，在額定下限負(fù)荷時比值誤差就移至正值，以保證在整個負(fù)荷范圍內(nèi)誤差均合格。由于實際負(fù)荷值接近下限負(fù)荷大小，很難達(dá)到上限負(fù)荷的負(fù)荷值，所以建議在調(diào)整互感器誤差時，應(yīng)先考慮多滿足下限負(fù)荷的誤差要求，將互感器誤差比值差整體向正的方向偏移，以保證在實際運行當(dāng)中保證互感器比值誤差滿足誤差要求，實現(xiàn)準(zhǔn)確計量的目的。