基于Yy0接线方式的三元件三相组合互感器电压误差校验方法的研究

任麟东 刘 刚 雷国赐

（1.贵州大学电气工程学院，贵阳 550000；2.国家电网四川省电力公司计量中心，成都 610000； 3.电子科技大学，成都 610000）

目前国内大量的三相组合互感器用于关口计量，其中三相组合互感器又以三元件三相组合互感器使用较为广泛。国内厂家在设计三元件三相组合互感器时常在电压一次侧采用Yy0 的接线方式，即一次侧不带中性点抽头N，而少部分厂家在电压一次侧采用Y0y0 的接线方式，即一次侧带中性点抽头N。国家相关部门于2004年8月1日实施的JB/T 10432—2004《三相组合式互感器》标准中明确规范了三相组合互感器的试验方法[8]，指出：三相组合互感器的误差试验、温升试验及相互干扰试验均应在施加三相电压和三相电流的情况下进行。而目前国内因各生产厂家或国内各级测试机构均没有适用于该项目的检定装置，因而仍然沿用单相法检定三相组合互感器。而用单相法检定Yy0 接线方式的三元件三相组合互感器不仅不符合国家的相关标准的要求，也不满足误差检定的原理，因此采用单相法检定对其电压误差存在较大的影响。

1 三元件三相组合互感器电压一次侧接线方式

三元件三相组合互感器，即将三个电压互感器和三个电流互感器封闭在一个空间内。国内厂家设计三元件三相组合互感器的电压一次侧时常采用Yy0 和Y0y0 两种接线方式，其中又以Yy0 接线方式的三元件三相组合互感器使用最为广泛。Yy0 接线方式三元件三相组合互感器即一次侧不带中性点抽头N 如图1所示。这样设计目的是一次侧中性点抽头N 在实际的安装时并不会使用，为节省成本而采用Yy0 接线方式。Y0y0 接线方式的三元件三相组合互感器即一次侧带中性点抽头N 如图2所示。

图1 一次侧不带中性点抽头Yy0 连接方式

图2 一次侧带中性点抽头Y0y0 接线方式

2 单相法检定Yy0 接线方式三元件三相组合互感器不足

采用单相法检定三相组合互感器存在以下不足：①单相法检定电流互感器是在低压状态下实施检测，而组合互感器中的电流互感器是工作在高压的状态下；②单相法检定三相组合互感器没能考虑其内部电磁场对误差的影响；③单相法检定Yy0 接线方式的三元件三相组合互感器，线路中不可避免会将一次侧两个绕组串联，电压和负载由两个绕组共同承担，因此每个绕组上的电压和负载不是额定值[6]。

根据电压互感器检定规程电压互感器误差检定采用如图3的接线方式，即一个标准电压互感器对应一个被试电压互感器检定其电压误差。单相法检定Yy0 接线方式的三元件三相组合互感器的电压误差检测接线如图4所示，由图可知在检测Yy0 接线方式的三元件三相组合互感器A 相电压误差时，由于被试一次侧无中性点抽头N 其不可避免串入A、B 两相两个绕组，以A 相为高端以B 相为低端接入。而对应二次侧则以a 为高端，以b 为低端。这样的误差接线方式即将A、B 两相两个一次侧串联，二次侧两个绕组串联。当采用单相法检定时，加载的额定电压和额定负载均是加载在两相绕组上，因此 每一相绕组实际的获得的实际电压值和负载值均不是额定值。因此采用单相法检定的Yy0 接线方式的三元件三相组合互感器并不能真实的反应各相电压互感器的真实误差[4]。

图3 单相法检定电压互感器

图4 单相法检定三元件组合互感器电压误差接线图

3 三相法检定三元件三相组合互感器

三相法是模拟三元件三相组合互感器实际工作状态，同时对三相加载电流和电压的情况下对其进行检定[8]，三相法原理框图如图5所示[1]。其检定三元件三相组合互感器电压误差的接线图如图6所示。由图可知当采用三相法检测Yy0 接线方式的三元件三相组合互感器时，每一相电压互感器均对应有相应的标准互感器[5]，避免一次、二次侧串入多个绕组。实验时对A、B、C 三相同时加载电压、电流进行误差测试，即保证三相组合互感器在模拟工况下进行误差检定获得相互影响的误差数据，又避免单相法多串入绕组的情况。由此可见三相法检定三元件三相组合互感器所取得的误差数据才更加真实可靠。

图5 三相法原理框图

图6 三相法检定三元件三相组合互感器 电压误差接线图

4 单相法和三相法试验对比

基于三相互感器校验平台[3]，对一组电压等级为0.2 级的Yy0 接线方式的三元件三相组合互感器分别在单相法与单相法下进行电压误差试验[2]，对比其试验结果。

4.1 单相法电压误差试验

将Yy0 接线方式的三元三相组合互感器按照图4所示接线，电压误差所得比差、角差数据如曲线图7、图8所示。图7表明AB、BC、CA“三相”的比差曲线均为一条平缓的曲线，数值在-0.14 左右。图8表明AB、BC、CA“三相”的角差曲线均为一条平缓的曲线，其值在1～2 的范围内。

图7 单相法电压误差比差曲线图

图8 单相法电压误差角差曲线图

4.2 三相法电压误差试验

图9 三相法电压误差比差曲线图

图10 三相法电压误差角差曲线图

将Yy0 接线方式的三元三相组合互感器按照图6所示接线，电压误差所得比差、角差数据如曲线图9、10 所示。图9表明A、B、C 三相比差曲线，A、B 相为-0.2 左右平缓曲线，C 相为-0.3 左右平缓 曲线。由此可知单相法的“三相”比差曲线比三相法的三相比差曲线均有增加，向正向偏移。图10表明A、B、C 三相角差曲线A 相为在4 左右的平缓曲线，B 相为-4 左右的平缓曲线，C 相为-2 左右的平缓曲线。

5 理论分析

由试验结果可知，三相法检测Yy0 接线方式的三相组合互感器所获得的电压误差更大。如比差在-0.2 左右、角差为5、1、-5。而单相法测出的电压误差在三相比差都在0.1 左右，角差为2、1、2。因此可知单相法与三相法获得的比差数据是在由负向正向偏移。

根据误差接线图4可知单相法检定Yy0 接线方式的三元件三相组合互感器由于一、二侧分别串入了两个绕组，则可以讲这两个串联的绕组看成一个绕组，但其线圈匝数增加了1 倍即增大了被试电压互感器的阻抗[5]。三相法检定则没有这一影响。

通过电压互感器等值电路图判断绕组线圈匝数增加，对电压互感器是什么影响。电压互感器等值电路图如图11所示[7]。Z1为一次线圈阻抗，Z2′为折算至一次的二次阻抗，Zm为激磁阻抗。

图11 电压互感器的等值电路图

其电压误差：

一次电动势平衡方程：

二次电动势平衡方程：

将式（3）、式（4）代入式（2）可得

将式（5）带入式（1）可得：

结合试验结果，可知采用单相法检定Yy0 接线方式的三元件三相组合互感器，其接线方式不可避免的增大其绕组的匝数，从而导致其电压误差由负向正向偏移，这就导致在负数区域内电压误差值更小，因此单相法不能反映Yy0 接线方式的三元件三相组合互感器的真实误差。三相法避免了这一错误因而获得的电压数据为向负向偏移，所以其电压误差值得绝对值就偏大。

6 结论

采用单相法检测Yy0 接线方式的三元件三相组合互感器会使被试一次、二次侧分别多串联入一个绕组，绕组线圈匝数增加，电压误差由负向正向偏移，因此不能真实的反应每一相电压互感器的真实误差。而采用三相法检测Yy0 接线方式的三元件三相组合互感器可以避免这一影响，真实的反应出每一相电压互感器的实际误差，从而保证电能贸易结算的公平公正性。

[1] 蒋卫,杨华云,江波.高压三相组合互感器三相检定方法及其实现研究[J].电测与仪表,2011,48(7): 46-49.

[2] 刘鹍,蒋映霞.三相组合互感器两种检定方法的比较研究[J].四川电力技术,2010,33(1): 79-81.

[3] 沈效宏,焦鹏,代新建.组合互感器影响量的测试[J].农村电气化,2014(4): 28.

[4] 翁磊.三相三线制计量回路电压互感器二次电压降计算方法[J].绝缘材料,2008,41(4): 65-66,70.

[5] 张能,廖慧敏,吴永云,等.三相组合互感器检定装置研究[J].自动化与仪器仪表,2012(4): 41-43.

[6] 张有顺,冯井岗.电能计量基础[M].北京: 中国计量出版社,1996.

[7] 吴安岚.电能计量基础及新技术[M].北京: 中国水利水电出版社,2004.

[ 8 ] 2 0 0 4 ,JB /T 10432.三相组合互感器[S].