电磁式电压互感器误差特性隐性恶化的原因分析

祁爱军　郭亮　张东

摘要：电磁式电压互感器作为计量电能装置的重要组成部分，其误差特性直接关系到电能计量的准确性。本文通过对额定容量不足、额定功率因数低、谐波、过电压、热作用等因素引起的误差特性恶化进行分析，并提出相应的政策建议，进而为防止电磁式电压互感器误差特性隐形恶化提供参考依据。

关键词：电压互感器 误差分析

1 电磁式电压互感器误差特性概述

电磁式电压互感器（TV）是计量电能的重要装置，其误差特性直接关系到计量电能的准确程度。检测TV的误差特性，通常情况下是按照检定规程的相关要求和铭牌的参数进行。在某些情况下，在实际条件下运行的TV，其误差可能远远大于相关规定的允许值。在使用TV的过程中，往往会忽视上述因素，导致TV的误差特性被进一步恶化，然而相关工作人员却没有察觉，这就是所谓的TV为隐性恶化。所以，为了降低因计量误差造成的电能损失，通过采用其他措施进行改进，使得TV误差特性造成进一步恶化。因此，对引起TV误差特性恶化的原因需要进行研究分析。

2 TV误差特性恶化的原因

通常情况下，额定容量不足、实际功率因数低、谐波、过电压、热作用等是引起TV误差特性恶化的主要原因。

2.1 额定容量不足

在绕组时，在TV中由于存在直流电阻和漏电抗，压降因负载连接而出现，随着负载的变化二次电压也发生相应的变化，TV误差也随之出现很大的变化。根据相关的规定，在选择TV二次额定容量Sn过程中，控制实际二次容量S，使之在（1/4）Sn≤S≤Sn，通常情况下根据下列公式计算TV实际的二次容量：

S=[（∑Skcosφk）2+（∑Sksinφk）2]1/2=[（∑Pk）2+（∑Qk）2]1/2，

其中：cosφk 和Sk分别为接在TV二次侧的各设备的功率因数和视在功率。

在选择TV额定容量的过程中，其容量出现不足的原因包括先天不足和后天性形成两方面。

先天不足：

①设计人员由于缺乏计量专业知识，在选取额定容量的过程中，经常透露出认识方面的不足；

②工作人员自身能力存在不足，对电压回路参数和结构不熟悉、不清楚，在工作过程中，遇到相应的问题又不愿意去查询使用手册，在一定程度上造成计算错误；

③工作人员工作时，粗心马虎，对计量工作缺乏必要的重视，对于系统中接入的设备数量更是不清楚，计算时没有将后备线路归入计算范围；

④在选择TV的过程中，工作人员为了节省成本，贪图便宜，导致投入使用的TV额定容量小。

后天形成：

工作人员在安装计量设备时，虽然额定容量的TV已经确定，但是为了后期的工作，为了检测和管理的需要，在原有设备的基础上，在系统中又接入了用于遥测的电压变送器、功率变送器，电压监测仪等设备，在运行多年的变电所中这种想象最容易发生。更为严重的是，还要通过TV来给这些设备中的部分设备进行供电。另外，因用电形势的不断增加，在短时间内系统中增加新的线路和许多TV回路设备。在系统中，随着设备的不断接入，TV二次回路的实际总容量在一定程度上超出最初选定的额定容量。

2.2 TV的实际功率因数比较低

电压线圈功率因数大小方面，对于感应式三相电能表来说其值为0.2～0.3。然而在电子式电能表中，由于通过小型的TV作隔离和采样，进一步处理电压回路，所以功率因数一般在0.3～0.5。另外，在系统中由于感性负载的接入，在整个电压二次回路中，电子式电能表的功率因数通常为0.3左右。当前，电磁式TV在电力系统中得到广泛使用，其功率因数通常会为0.8。

2.3 谐波

在电力网中，由于在系统中接入了大容量用电整流设备、换流设备，以及一些非线性负荷等，进而在一定程度上导致在系统中出现谐波。在电压等级为中、低档的系统中，电磁感应式TV得到广泛使用。电磁感应式TV在运行的过程中，由于原、副边存在漏阻抗和电容，以及副边负载存在附加误差等，在满足高次谐波条件时，当TV铁芯出现不饱和现象，或者一次绕组的漏抗较小时，在一定程度上将会导致误差特性继续恶化。TV误差随正弦波畸变率的增大而非线性地增加，与此同时，偶次谐波对TV误差的影响程度远远超过奇次谐波对TV误差的影响程度。如果TV运行在谐波环境中，其误差特性通过采用接线形式的方式是无法降低的。通过对谐波进行多年的测试，对比检测结果，我们发现：在电力系统中注入的谐波，电压畸变程度与该点的短路容量、运行方式符合数学的反比关系。

2.4 电力系统过电压

电力系统中存在的形式各异的电感元件（变压器、TV、发电机、消弧线圈等）与各式的电容（对地、相间电容，补偿用的串、并联电容，高压设备的寄生电容等），有可能形成振荡回路，在满足一定条件便会出现谐振现象，形成谐振过电压。通常情况下，谐振过电压产生的原因主要包括：一方面操作或发生故障产生过电压，另一方面谐振条件被破坏时也容易产生过电压。另外，在中性点不接地系统中，系统处于输电线路出现折断、断路器非全相操作、熔断器熔断一相等非全相运行状态下，这时以容易产生谐振过电压。在电力系统中出现单相接地故障，造成非故障相的電压升高，在一定程度上可能会超出线电压三角形之外，进而发生中性点位移或者不稳定的现象。在系统中，当熄灭单相接地电弧后，中性点的不稳定电压被TV的铁芯饱激发起。当条件具备的情况下，上述现象均可能造成TV严重超差。对于中性点不接地系统，出现单相短路接地时，那么带着故障运行的时间会超过两小时，在一定程度上会造成TV超差，过热严重时会损坏设备。

2.5 热作用

如果热作用的影响时间过长，在一定程度上降低TV铁芯的磁导率，进一步恶化误差特性。如果TV的运行时间超过5年，通常情况下铁芯的各种损耗都是通过热能的形式挥发。如果热作用的影响时间过长，铁芯的磁导率进一步降低，出现误差偏负，甚至超差现象的发生。

3 总结

在误差允许的范围内，要确保TV正常平稳地运行，通畅情况下可以如下措施：

①选择科学、合理的TV接线方式。在条件允许的情况下，计量变电所的电能，利用专用的TV二次绕组，对TV绕组——负载结线方式进行单一化处理，便于计算所选TV容量与功率因数。

②为了避免谐振损坏设备，引发事故，在TV的二次回路中，选择电容补偿方法要慎重。

③选取容量的过程中，留出较大的裕量。

④定期测量TV二次回路的导纳。

⑤遵守定期轮换制度。

⑥在额定功率因数方面，尽量与实际功率因数保持一致。

⑦为了避免用户向电网输送谐波，需要对电网谐波进行管理。

⑧通过合理的措施消除过电压。

参考文献：

[1]卓东友，董柏林.电力工程电气设计手册[M].北京：机械工业出版社，1994.

[2]许正亚.电力系统自动装置[M].水利电力出版社，1985.

[3]董世诜.电力工程设计手册[M].中国电力出版社，1989.

作者简介：祁爱军（1968-），工程师，本科，毕业于内蒙古工业大学电力工程自动化专业，现从事电厂电气专业检修工作；郭亮（1973-），工程师，本科，2001年毕业于内蒙古工业大学电力工程系电力工程专业，现从事电厂电气运行工作；张东（1975-），工程师，本科，1999年毕业于中国农业大学电气工程自动化专业，现从事电网输配电管理工作。