电压互感器二次负荷对误差的影响_史轮

收稿日期:2006

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作者简介:史 轮(1972-),男,工程师,主要从事电力计量技术研究和管理工作。

电压互感器二次负荷对误差的影响

In flu ence of Secondary Load of Voltage Tran sformer on Errors

史 轮1,赵 洋1,刘仲海2,岳国义1,郑光明

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(1.河北省电力研究院,河北 石家庄 050021;2.保定供电公司,河北 保定 071051)

摘要:根据计量用电压互感器的原理和二次多绕组电压互感器的误差特性,分析了电压互感器计量绕组和保护绕组的二次负荷对电压互感器计量绕组误差的影响,明确了电压互感器误差正向超差的原因,提出了电压互感器误差测试及设备选型时应注意的问题。

关键词:电能计量;电压互感器;二次负荷;误差

Abstract:A cco rding to measuring vo ltag e transfor mer pr inc-i ple and second multi w inding v oltage tr ansfo rmer er ror fea -tur e,analy zed the influence of seco nd lo ad o f the v oltage transformer measur ement w inding and pro tect ive w inding on the er ro r o f v olt age transformer measurement w inding er ro r influence,clea rs the causes of positive v oltage transfor mer erro r excess,pro po ses cautio ns during vo ltag e transfor mer erro r test and w hen the ty pe selectio n.

Keywords:electr ic energ y measur ement;vo ltag e t ransfo rmer ;secondary load;er ro rs 中图分类号:T M 451文献标识码:B

文章编号:10019898(2006)06004003

实施厂网分开、区域联网后,电能计量装置的准确性越来越受到电厂、电网和电力用户的密切关注。对电能计量装置的考核也不像以往仅仅停留在对电能表的考核上。由于电能表的误差趋于稳定合理,互感器作为电能计量装置的重要组成部分,其误差成为电能计量装置误差的主要来源之一。通过近几年对互感器的出厂误差检验和现场的误差测试发现,电压互感器二次负荷配置的大小、合理与否,对电压互感器误差的影响不容忽视。

1 电压互感器的原理

电压互感器的一次绕组接在被测电压的线路上,励磁电流I 0通过一次绕组,铁心产生磁通,在一次绕组和二次绕组中分别产生感应电势E 1和E 2。由电磁感应原理知道,绕组的感应电势与匝数成正比,即

E 1E 2=N 1

N 2

,如果将E 2通过匝数比折算至一次,则有式(1):

E 2c =E 1=

N 1

N 2

E 2(1)

式中,匝比N 1/N 2就是电势和电压折算系数。这样一次和二次就可以联系起来,电压互感器的等值电路如图1。

I 2c -折算至一次的二次电流;

Z 2c -折算至一次的二次绕组内阻抗;Z m -激磁阻抗;Y -导纳

图1 电压互感器的等值电路

I 1+I 2c =I 0

一次电动势平衡方程为:U 1=-E 1+I 1Z 1

二次电动势平衡方程为:

U 2=E 2-I 2Z 2

从电压互感器的工作原理可知道,只有当绕组阻抗等于零时,二次电压乘以额定电压比才等于施加的一次电压。由于互感器或多或少存在着阻抗压降,所以二次电压乘以额定电压比总是小于实际一次电压,也就是说电压互感器在未进行误差调整前,电压误差是负值,只有在采取误差补偿措施以后,才有可能出现正值的电压误差。

影响电压互感器误差的因素有2个方面,一是外部参数,即二次负载和一次电压,另一个是互感器本身的内部参数,即励磁电流和绕组阻抗。内部参数由互感器的设计和制造工艺决定。要减小互感器的误差,必须在合理的前提下尽可能减小绕组的阻抗和铁心的励磁电流。根据电压互感器随负荷变化的特性,其误差又可分为空载误差和负载误差。空载误差是二次不带负荷,一次施加额定电压下,由空载激磁电流在一次绕组上造成的电压降产生的误

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差;负载误差是由于二次带负载后产生了二次负荷电流,此电流会在二次绕组和一次绕组上产生电压降,造成二次实际输出电压的变化,产生负荷误差。因为空载误差在互感器出厂后就确定下来了,所以影响互感器误差的主要因素是负载误差。

2二次多绕组电压互感器的误差特性

现在110kV以上等级的计量用电压互感器二次大都为三绕组电压互感器,即计量绕组、保护绕组、剩余电压绕组。所以除空载误差和本绕组的负载电流引起的误差外,还有其他二次绕组负载电流引起的误差。由于电压互感器的所有二次绕组均与一次绕组共用一个铁心,所以当其他绕组有负载电流时,一次线圈的电流中要增加一个对应的分量。这个分量的增加将使一次绕组的阻抗压降增加,进而影响到一次绕组对计量绕组的电压比误差。所以不仅计量绕组的负荷会影响其误差,保护绕组的负荷同样会对计量绕组的误差产生影响。

3电压互感器误差正向超差的原因

3.1测试实例

对西安电力电容器厂生产的1组3台电容式电压互感器进行现场误差测试。设备型号TYD110/ 3-0.02H,等级0.2级,计量绕组额定负荷37.5 ~150VA,保护绕组额定负荷37.5~150VA,另外一个绕组为剩余电压绕组。计量绕组和保护绕组均带上二次模拟负荷,剩余绕组空载。标准器为电磁式标准电压互感器,型号H JB100G2,等级0.02。为减小电源容量,试验采用并联电抗器谐振。测试数据见表1。

表1电压互感器比值误差测试数据

二次负荷值(计量绕组/保护绕组)/VA

额定一次电压/% 5080100

150/150-0.10-0.10-0.10

7.5/37.5+0.14+0.14+0.14

5/5+0.20+0.20+0.20

150/150-0.08-0.10-0.10

37.5/37.5+0.14+0.14+0.14

5/5+0.22+0.22+0.20

150/150-0.10-0.12-0.12

37.5/37.5+0.14+0.14+0.14

5/50.22+0.22+0.22

从以上测试数据可以看出,当计量和保护绕组在额定二次负荷范围内时误差合格,在1/4额定负荷时误差均为正误差。但当计量和保护绕组处于接近空载的实际二次负荷时误差已经正向超差或处于临界值。

3.2原因分析

3.2.1二次回路的影响

根据DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》的要求,贸易结算用电能计量装置应按计量点配置计量专用电压、电流互感器或者专用二次绕组。电能计量专用电压、电流互感器或专用二次绕组及其二次回路不得接入与电能计量无关的设备。按照这一要求电网及发电企业陆续对不符合要求的计量回路进行了改造。将与计量设备共用的测量仪表和远动设备移出计量绕组,并将原来的感应式电能表更换为全电子式多功能电能表,全电子式多功能电能表的特点之一是一表多用,可以同时计量多时段的单向、双向有功电能,单向、双向或四象限无功电能,相当于4块感应式电能表的功能,且具有高功率因数、小负载的特点,使电压互感器计量二次回路的负荷大大减小;微机保护的应用,也使得电压互感器保护绕组所带负荷大大减小。绕组负荷的变化,对计量绕组的误差造成了一定影响。

3.2.2出厂误差调整范围的影响

互感器出厂前负荷误差按照其额定二次负荷来调整,一般将额定上限负荷时的比值误差调整为负值,在额定下限负荷时比值误差就移至正值,以保证在整个负荷范围内误差均合格。如果实际二次负荷小于额定下限负荷,负荷电流在二次绕组内阻抗上产生的压降将减小,二次绕组端电压在额定下限负荷时会增大,比值误差在额定下限负荷时正向偏移更大。由于互感器出厂误差调整范围的不同就有可能造成二次实际负荷低于额定下限负荷时误差的正向超差。图2为1台0.2级35kV电压互感器的负荷比值误差曲线图。从图中可以看出比值误差在额定二次负荷时误差处在负值,随着二次负荷的减小误差逐渐向正方向移动。当二次负荷减小到1/4额定二次负荷时,误差接近+0.2%,当二次负荷继续减小时比值误差有超差的可能。

图2电压互感器的负荷比值误差曲线

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