电压互感器现场检定试验电源升压方式的研究

陈玥名，孙宏伟，金理明，王秀霞

(1.华电电力科学研究院，辽宁 沈阳 110179；2.辽宁电能发展股份有限公司，辽宁 沈阳 110179；3.国网辽阳供电公司，辽宁 辽阳 111000；4.吉林国网新源水电丰满发电厂，吉林 吉林 132012)



专论

电压互感器现场检定试验电源升压方式的研究

陈玥名1，孙宏伟2，金理明3，王秀霞4

(1.华电电力科学研究院，辽宁 沈阳 110179；2.辽宁电能发展股份有限公司，辽宁 沈阳 110179；3.国网辽阳供电公司，辽宁 辽阳 111000；4.吉林国网新源水电丰满发电厂，吉林 吉林 132012)

针对电压互感器现场检定工作中试验电源采用的升压方式展开讨论,根据电压互感器的测量原理和绝缘型式,分析了自升压、调节电容串联谐振升压和调节电感串联谐振升压3种升压方式的特点和适用范围。

量值传递;电压互感器;现场检定;升压方式

电能计量用电压互感器作为电能计量装置的重要组成部分之一，其计量误差直接影响到电能计量的准确性，并关系到电量交易的公平。若电压互感器计量失准必将引起电能计量差错，给发电企业、电网企业和电力用户带来直接经济损失。因此，电压互感器被国家列为强制检定的工作计量器具。

电压互感器的现场检定工作是电压量值传递工作的重要环节，是保证现场电压互感器所测量的电压量值准确可靠的重要手段。

现场检定电压互感器时要求在电力系统一次设备停电的情况下测量电压互感器在不同电压测量点下的误差，这就需要相应的试验电源设备进行电压调节。试验电源的升压方式需要根据电压互感器的具体型式进行选择。本文从减轻现场试验工作量、充分利用现场设备、简化电源配置和提高试验效率出发，对如何根据被测电压互感器及其现场特点合理选择试验电源的升压方式进行分析。

1 电压互感器分类

电力系统中使用的电压互感器型式多样。由于现场检定电压互感器时电源设备升压方式的选择主要与被试电压互感器的测量原理及其绝缘型式有关，因此本文仅从这两方面对电压互感器进行分类。

根据测量原理可将电压互感器分为电磁式电压互感器、电容式电压互感器和电子式电压互感器等。电磁式电压互感器[1]基于电磁感应原理，属于小容量降压变压器，正常运行时相当于变压器的空载运行；电容式电压互感器(简称CVT)[2]的基本原理是采用电容分压器将电力系统的一次高电压分压得到较低的电压并经电磁单元转换后输出模拟电压信号；电子式电压互感器[3]的基本原理主要是指一次传感元件获得电压信号的原理，可分为基于阻容分压原理、基于普克尔效应原理等，但是现阶段实际挂网运行的66 kV及以上电压等级的电子式电压互感器的一次传感元件大多基于电容分压原理，其获得电压信号的方式与CVT类似，采用电容分压器输出模拟电压信号并经信号采集单元处理后输出符合IEC61850的数字信号。

根据绝缘型式可将电压互感器分为采用AIS绝缘型式的电压互感器、采用GIS绝缘型式的电压互感器和采用PASS绝缘型式的电压互感器等。AIS绝缘电压互感器是敞开式变电站中利用空气绝缘的单体式电压互感器；GIS绝缘电压互感器是金属封闭式组合电器中使用SF6气体绝缘的电压互感器；PASS绝缘电压互感器是插接式开关系统中使用SF6气体绝缘的电压互感器，插接式开关系统不包括母线的预装SF6金属封闭高压开关设备[4]。

由于测量原理和绝缘型式不同，电压互感器的具体实现型式各异。从现场检定工作实际出发，综合电压互感器的测量原理和绝缘型式，现阶段在66 kV及以上电压等级中应用最多的是采用AIS绝缘型式的CVT和采用GIS绝缘型式的电磁式电压互感器。其次是采用AIS绝缘型式的电磁式电压互感器，这一类电压互感器在电网建设初期曾得到大量应用，随着CVT制造技术的成熟而被逐渐替代，在66 kV及以上电压等级中应用越来越少，但在66 kV以下电压等级中还有大量应用。随着智能电网的建设，采用AIS/GIS/PASS绝缘型式的基于电容分压原理的电子式电压互感器在智能变电站中也有部分应用。

2 升压方式比较

电力试验时可以采用试验变压器作为试验电源，但由于试验变压器笨重、运输成本高、现场使用不方便，而且在现场也不易找到满足试验变压器容量要求的试验电源箱，因此对电压互感器进行现场检定时不采用试验变压器作为电源。针对目前电力系统中实际运行的电压互感器，结合现阶段的技术水平可将电压互感器现场检定试验电源的升压方式分为自升压方式和串联谐振升压方式，而串联谐振升压又可分为调节电容串联谐振升压和调节电感串联谐振升压。

2.1 自升压

自升压方式是利用现场的电磁式电压互感器进行升压。电磁式电压互感器根据电磁感应原理测量电压。在电磁式电压互感器的一次绕组施加交流高电压，二次绕组将感应输出交流低电压；反之，在电磁式电压互感器的二次绕组输入交流低电压，将在一次绕组感应输出交流高电压。现场检定时，将单相调压器的输出接至作为升压电源的电磁式电压互感器的二次剩余绕组，即可为其他电压互感器进行升压。利用现场的电压互感器作为试验电源，自升压方式在电压互感器现场检定时的接线简单、所需携带设备少，只需1台单相调压器、标准电压互感器、互感器校验仪及必要的连接导线即可。

电磁式电压互感器的绝缘型式有AIS和GIS2种。由于采用GIS绝缘型式的电磁式电压互感器的一次高压端子密封在封闭母线管内部，现场检定时只能在距离电压互感器最近间隔的出线端子处施加电压，经封闭母线到达电压互感器的高压端子。由于封闭母线对地呈容性，且对地电容较大，这种升压路径相当于在电压互感器的一次端子并联一个容抗。而电压互感器本身容量较小，无法满足采用GIS绝缘型式的电磁式电压互感器的升压要求。而对采用AIS绝缘型式的电磁式电压互感器就不存在上述问题。因此，自升压方式适合采用AIS绝缘型式的电磁式电压互感器的现场检定，而不适合采用GIS绝缘型式的电磁式电压互感器。

采用自升压方式进行试验时应注意避免发生过电压事故。一般情况下调压器输入端接220 V单相交流电源，输出端的电压调节范围为0～220 V，而电压互感器的剩余绕组额定二次电压是100 V(中性点直接接地系统)或100/3 V(中性点非直接接地系统)。理论上当调压器输出至220 V时将在电压互感器一次绕组产生2.2倍的额定一次电压(中性点直接接地系统)或6.6倍的额定一次电压(中性点非直接接地系统)，严重威胁人身和设备安全。因此，在升压过程中必须缓慢调节调压器的旋钮并实时监视调压器的输出电压和电压互感器的一次电压，避免发生过电压事故。

2.2 串联谐振升压

2.2.1 串联谐振升压的原理

由于串联谐振电源功率因数较高，与试验变压器相比，在提供相同电压的情况下大大减小了设备的重量和体积，同时对现场试验电源箱的容量要求也较低。这一特点使得串联谐振设备在电力试验中获得广泛应用。

由电路理论可知，对任何含有电感和(或)电容的一端口电路，在一定条件下可呈现电阻性，其端口电压与电流同相位，称此一端口电路发生谐振[5]。RLC串联电路发生的谐振称为串联谐振，此时电感电压和电容电压比电源电压大得多。可利用串联谐振电路的这个特点获得高电压对被试电压互感器的现场检定。

RLC串联电路发生谐振的条件是ω2LC=1，可见通过调节频率、电容或电感均可使电路满足这一条件而达到谐振状态。由于电力互感器的检定规程明确要求在50±0.5 Hz的参比条件下进行检定[6]，尤其是频率的变化对电子式互感器的相位误差影响非常大[7]，因此现场检定电压互感器时不能采用调节频率的方式进行串联谐振升压。下面分别对调节电容串联谐振和调节电感串联谐振2种升压方式进行分析。

2.2.2 调节电容串联谐振升压

调节电容串联谐振即调节电路的电容值进行调谐升压，此外还需匹配电抗器。一般情况下电容器被制成量值不等的若干节电容器，通过改变电容器的串并联数量来改变电容量值。可见，采用这种方式只能对电容值做阶梯式调节，而不能进行连续调节，这大大限制了调节电容串联谐振的使用范围。

调节电容串联谐振升压适用于CVT这种被试回路电容量已知的情况。以东北电网为例来说明。一般情况下66 kV电压等级的CVT额定电容量为20 000 pF，220 kV电压等级的CVT额定电容量为10 000 pF(极个别为5 000 pF)，500 kV电压等级的CVT额定电容量为5 000 pF。由于CVT的额定电容量固定为几个已知值，方便选择电容器和电抗器的技术参数，有利于设计制作相应的电容器和电抗器。

对于采用GIS绝缘型式的电磁式电压互感器和采用AIS/GIS/PASS绝缘型式的基于电容分压原理的电子式电压互感器，由于其试验回路的电容量值会随着电压等级、母线长度等各种因素而变化，且变化范围较大。若采用调节电容串联谐振升压方式在实际操作时较难实现电路的谐振状态。因为需要制作数量较多的不同标称电容值的电容器以保证阶梯调节的细度，同时也给现场调谐升压带来很大难度，大大降低了现场试验的效率。可见，调节电容串联谐振升压方式不适合这几种型式电压互感器的现场检定。

2.2.3 调节电感串联谐振升压

调节电感串联谐振即采用电感值可调的电抗器进行调谐升压。除采用AIS绝缘型式的电磁式电压互感器以外，其余各种型式电压互感器的试验回路均呈容性，因此可以在回路中串联电抗器使之与呈容性的被试电压互感器回路发生串联谐振而得到高电压。

一般情况下电抗器被制作成相同的若干节，每节电抗器均可通过调节铁芯在电感线圈中的位置来调节电感值。因此，这种方式既可对电感值作阶梯式调节，也可作连续调节。若电抗器的技术参数选择合理，则适用于大部分现场情况。相对于调节电容串联谐振升压方式而言，调节电感串联谐振升压试验电源设备使用的电抗器重量稍大，且由于不同现场被试电压互感器回路的电容量不同，因此每个现场的电感调节量不同，手动调谐过程复杂，对试验人员的操作水平要求较高。但是由于电感可以连续调节的特点使其适用范围较广，可以满足绝大多数电压互感器现场检定的升压要求。

对采用GIS绝缘型式的电磁式电压互感器和电子式电压互感器，其一次高压端子密封在封闭母线管内部，现场检定时只能选择在距离电压互感器最近间隔的出线端子处施加电压，经封闭母线、隔离开关等到达电压互感器的高压端子。这种升压路径使得一次回路呈电容性。对采用AIS绝缘型式的CVT和采用AIS/PASS绝缘型式基于电容分压原理的电子式电压互感器，设备本身也呈电容性。因此，对上述几种电压互感器均可采用调节电感串联谐振升压方式的电源设备进行升压。

3 结论

由电压互感器现场检定升压试验的需要，可根据测量原理和绝缘型式将电力系统中使用的电压互感器分为采用AIS绝缘型式的电磁式电压互感器、采用AIS绝缘型式的CVT、采用GIS绝缘型式的电磁式电压互感器和采用AIS/GIS/PASS绝缘型式的电子式电压互感器等。

电压互感器现场检定试验电源可分为自升压方式、调节电容串联谐振升压方式和调节电感串联谐振升压方式。其中自升压方式适合采用AIS绝缘型式的电磁式电压互感器的现场检定试验，调节电容串联谐振升压方式适合采用AIS绝缘型式的CVT的现场检定试验，调节电感串联谐振升压方式适合采用AIS绝缘型式的CVT、采用GIS绝缘型式的电磁式电压互感器和采用AIS/GIS/PASS绝缘型式的电子式电压互感器的现场检定试验。

根据电压互感器的具体型式，合理选择电压互感器现场检定时的升压方式以配置相应的试验电源设备，可以使电压互感器的现场检定工作顺利开展，达到节约设备运输成本、缩短试验周期、提高试验效率和减轻试验人员工作强度的良好效果。

[1] 王乐仁.电力互感器检定及应用[M].北京：中国计量出版社，2010：61-64.

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Research on Voltage Boosting Method of Voltage Transformer in Site Test

CHEN Yueming1, SUN Hongwei2, JIN Liming3, WANG Xiuxia4

(1.Huadian Electric Power Research Institute,Shenyang,Liaoning 110179,China;2.Liaoning electric power development stock Co., Ltd., Shenyang, Liaoning 110179,China;3.State Grid Liaoyang Power Supply Company，Liaoyang，Liaoning 111000，China;4. Fengman Hydropower Plant, State Grid Xinyuan Company Ltd. , Jilin, Jilin 132012,China)

This paper discusses the boost voltage method used in the site test of voltage transformer. According to the measuring principle and insulation type of voltage transformer,it analyzes the characteristics and application range of three boost voltage methods.They are self-boosting,adjusting capacitor series-resonant boosting and adjusting inductance series-resonant boosting.

value transfer;voltage transformer;site test;boost voltage method

TM451

A

1004-7913(2017)06-0001-03

陈玥名(1981)，男，硕士，高级工程师，主要从事电力计量检测工作。

2017-03-01)