一种三全绝缘10kV电压互感器高压电能计量装置*

朱敏珊，蔡春元，陈劲游

（广东电网有限责任公司中山供电局，广东中山 528400）

0 引言

10 kV高压电能计量装置是计收电费的依据，约占整体计收用户电费的70%。随着国家工业不断发展壮大，电网规模随之扩大，高压电能计量装置的数量不断增加，电能计量设备维护人员处理电能计量故障的工作量也越来越大[1]。电压互感器一次线圈匝数较多，线径细，是整个高压计量装置最容易受到电压突变而损坏的部分，由其导致的计量故障，需要用户配合停电，处理难度大，费工费时，因而有必要提升其可靠性。

本文对常用电压互感器接线方式优缺点进行了分析，介绍了一种三全绝缘10 kV电压互感器高压电能计量装置。这种装置在防止铁磁谐振、提高电压互感器使用寿命和提升计量装置运行可靠性方面有重要意义。

1 常用电压互感器接线方式

图1 两台单相电压互感器的10 kV高压电能计量装置

高压电能计量装置接线方式还有如图2所示的YN/yn接线方式，由三台单相一次绕组接地的电压互感器分别经3只高压熔断器接在10 kV电源上，其中性点均接地。这种接线方式多用于变电站10 kV侧高压电能计量[6]。缺点是当系统单相接地时，非接地相一次线圈承受线电压，特别是单相接地时易发生铁磁谐振，引发高压熔断器熔断，甚至电压互感器损坏。为防铁磁谐振，也有采用如图3所示的4台电压互感器接线方式，即在三台单相电压互感器一次绕组中性点与地之间再串入一台电压互感器，这种接线方式虽然可有效防止铁磁谐振，但需要4台电压互感器，所需电压互感器数量较多[7]。

图2 三台单相电压互感器的10 kV高压电能计量装置

图3 四台单相电压互感器的10 kV高压电能计量装置

2 三全绝缘10 kV电压互感器高压电能计量装置

三全绝缘10 kV电压互感器高压电能计量装置如图4所示，是由3台全绝缘的电压互感器（TV1、TV2、TV3）以YN/yn接线方式组成。一次线圈首端经3只高压熔断器接在10 kV电源上，末端相互连接并悬空，二次线圈末端相互连接后接地，首端接三相三线电能表。每台电压互感器一次线圈承受10 kV电源的相电压，而电流回路仍由两台电流互感器（TA1、TA2）将电流引入三相三线电能表。这种接线方式由三台单相电压互感器组成，但一次线圈的中性点是不接地的，当系统发生单相接地时，中性点电压将升为相电压，每台电压互感器一次线圈依然承受相电压，由于中性点需要绝缘，所以三台电压互感器一次线圈两端都需要绝缘，故称为三全绝缘10 kV电压互感器高压电能计量装置。

图4 三全绝缘电压互感器的10 kV高压电能计量装置

3 优缺点分析及解决措施

3.1 优点分析

（1）三全绝缘10 kV电压互感器组成YN/yn接线方式，接入电能表的是线电压，对于中性点不接地的绝缘系统，在任何情况下中性点都不会产生不平衡电流，因而与二全绝缘10 kV电压互感器组成V/v接线方式一样，理论上不会产生计量误差。

（2）三全绝缘10 kV电压互感器组成YN/yn接线方式，实质是将用于V/v接线的电压互感器应用于YN/yn接线的电压互感器，一次线圈由接入线电压改为相电压，承受10 kV线电压降为承受10 3kV相电压，对于运行的电压互感器长期承受降压使用，从而提升计量可靠性。

（3）降低了一次线圈内部温度，延长了电压互感器的使用寿命。三全绝缘10 kV电压互感器一次线圈电压降低到原来的1 3，在其他条件不变的情况下，一次线圈电流I也会降低到原来的1 3，按线圈电阻R发热功率P=I2R计算，线圈电阻发热功率仅为原来的1/3，一次线圈内部温度会明显下降。根据测算，目前常用的V/v接线全绝缘10 kV电压互感器，一次线圈接入10 kV电压，环境温度为25C时，一次线圈内部温度高达74℃，当环境温度为35℃时，内部温度将更高。如果绕组连续维持超过95℃温度，根据变压器温度与寿命关系的所谓8℃定则，以上述温度下的寿命为基础，绕组温度每升高8℃，变压器使用寿命就缩短1/2。电磁式电压互感器与变压器是同类型产品，也遵循8℃定则。使用三全绝缘10 kV电压互感器，一次线圈内部温度会明显下降，从而延长使用寿命。

（4）当电网电压突然升高（如雷击、操作过电压）或合闸送电时，三全绝缘10 kV电压互感器一次线圈承受的电压是V/v接线电压互感器一次线圈的1 3，甚至只有1 2。如A、B、C三相同时合闸，每相电压互感器一次线圈承受的电压为1 3线电压，如A相和B相先合闸，A相和B电压互感器一次线圈承受的电压为1 2线电压，最后合上C相时，每相电压互感器一次线圈也是承受的电压为1 3线电压。由于电压互感器一次线圈承受的电压降低，即使电网电压突然升高或电网合闸送电，励磁涌流也会相应减少，对电压互感器的破坏也会降低。

（5）当系统单相接地时，三台电压互感器一次线圈的中性点不接地，系统对地电容电流不能流过电压互感器一次线圈，使电压互感器铁芯饱和，因而不容易发生铁磁谐振。

（6）事实证明，由于单台电压互感器的体积及散热和绝缘性的提升是相互予盾的。增加匝间、层间绝缘裕度，会导致体积增加，散热更加困难，提高铁芯磁饱和裕度，同样也会导致单台电压互感器体积和重量增加，所以通过提高单台电压互感器的匝间、层间绝缘裕度，铁芯磁饱和裕度，提高其可靠性的效果不明显。

3.2.1 多功能旅游空间布局 旅游空间布局是整个规划核心部分，遵循一定的流程和原则至关重要。旅游产业是生产方式和生活方式，是空间布局规划的本质，不仅要生产效用最大化，而且消费者的消费效用也要最大化。做好空间布局规划要突出资源特色，各功能之间要协调互补，同时要保证资源的完整性，以保护环境为基本。另一方面，可借助互联网，用AR、VR等浓缩成虚拟的空间场景，增加游客的体验乐趣，使生态休闲旅游变得更人性化，更有乐趣。

3.2 存在缺点

（1）由于三全绝缘10 kV电压互感器一次线圈中性点悬空，如果三台电压互感器的励磁阻抗或三相负载阻抗不平衡，中性点将产生位移。当这种不平衡超出一定程度时，电压互感器一次线圈承受的电压将偏离相电压较大。当超出规定误差限正常工作电压范围时，误差可能会超差。

（2）V/v接线的10 kV电压互感器的额定电压是10 kV，正常工作时一次线圈承受的额定电压也是10 kV，因而规定误差限的额定电压Un也是10 kV。YN/yn接线的电压互感器绝缘和可靠性是按接入10 kV额定电压设计的，规定误差限的额定电压Un也是10 kV，而三全绝缘10 kV电压互感器正常工作时，一次线圈承受的额定电压也是10 3kV，则有可能超出误差限。

3.3 解决措施

（1）为了解决中性点位移的缺点，需要规定同一计量装置的三台全绝缘10 kV电压互感器励磁阻抗（包括铁芯磁饱和裕度）、负载阻抗相差不应大于10%。同时，电压互感器应采用同一设计方式、相同电磁材料制造，且三相负载相差不大于10%。

（2）为了解决超出误差限的问题，需要规定误差限的额定电压Un为10 3kV，以10 3kV为额定电压Un在到货验收时进行误差测试。相应的，三全绝缘10 kV电压互感器对应的二次电压是100 3V，按此电压计算输出功率即可解决超出误差限的问题。

4 经济社会效益分析

由常用两台全绝缘电压互感器，改为用三台全绝缘电压互感器，将会增加装置的一次性投资成本。按采购价1 600元/台单相电压互感器算，每套三全绝缘10 kV电压互感器高压电能计量装置将增加1 600元一次性投资成本。以每年新增100套10 kV电压互感器高压电能计量装置计算，一年只需增加一次性运营投资成本16万元。

相对其前期投入成本，采用三全绝缘10 kV电压互感器投运后节约的成本更为可观。这套装置能降低一次线圈内部温度，从而延长设备使用寿命，节约设备投资费用。因其一次线圈内部温度明显下降，电压互感器的使用寿命也较原来延长。假设比原来20年使用寿命延长了1/3，则使用寿命为30年，增加的电压互感器一次性成本就抵消了。另一方面，对于减少故障处理费用也节省了一笔支出。中山供电局目前运行的10 kV电压互感器高压电能计量装置约6 000套，每年故障率约为1.5%，每次更换故障设备费用按5 000元计算，则每年需要45万元；按350元·人/日的工时费计算，每次处理故障需一组两人半天处理完毕，则节省人工费用3.15万元每年。同时，对发生高压计量故障来说，不可避免会产生故障损失电费、处理故障耗时减少售电量等损失。

因此，采用三全绝缘10 kV电压互感器高压电能计量装置，有效提高了供电可靠性，降低了停电对客户生产经营的影响，从而提高了客户满意度。

5 结束语

三全绝缘10 kV电压互感器YN/yn接线的高压电能计量装置，与目前常用的二全绝缘10 kV电压互感器V/v接线高压电能计量装置一样，理论上不会产生计量误差，且通过电压降额使用能有效提高一次线圈匝间、层间绝缘裕度，铁芯磁饱和裕度，一次线圈工作电流和励磁涌流，从而提高10 kV高压电能计量装置可靠性，延长电压互感器使用寿命，对电网设备可靠运行有重大意义。

参考文献：

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［2］杨斌文，李文圣.电压互感器铁磁谐振的产生与消除［J］.电力自动化设备，2010，30（3）：134-136.

［3］逯霞.再议断N线与中性点偏移的关系［J］.电气应用，2010，29（15）：32-34.

［4］周炜山.电网谐振过电压的限制方法探究［J］.通讯世界，2017（23）：129-130.

［5］王兴，陈功洵，韩其国.基于整流补偿基波近似法的LCC谐振变换器参数设计［J］.机电工程，2016（1）：88-91.

［6］张宇宸，刘红文.一起工频铁磁谐振的分析［J］.云南电力技术，2017，45（05）：89-92.

［7］李宁，雷超.浅谈变电所10kV电压互感器防谐振措施［J］.科技创新与应用，2016（29）：210-210.