多变比电压互感器误差自动检定方法

吴 宇，毛永晶，靳绍平，杨爱超，朱 亮

（1.国网江西省电力有限公司电力科学研究院，江西 南昌 330096；2.国网江西省电力有限公司赣西供电分公司，江西 新余 338000）

0 引言

多变比电磁式电压互感器，大量应用于配电网自动化设备，涉及电网的安全、稳定运行[1-3]。其二次有二个绕组，1a-2n：220 V；2a-2n：100 V。全性能质量检测时必须依据JJG1021—2007《电力互感器检定规程》对其进行检定，根据检定规程检定线路图，这种特殊电压互感器误差检定存在以下问题：

1）GB1207—2006《电磁式电压互感器》规定电压互感器额定二次电压为100 V或100/3 V，因此，标准电压互感器没有设计额定二次电压为220 V的量程，常用检定方法不能检定，通常采用试品二次级联感应分压器（见图1）的方法进行检定。

2）220 V绕组额定二次负荷通常为350 VA，由于常规电压负荷箱的额定电压仅为100 V，需要将3台电压负荷箱串联后方可耐受220 V的试验电压，串联后电压负荷箱在220 V电压下全部投入仅254.1 VA，不能满足上限负荷要求[4]。各负荷箱量程切换时必须使用相同量程，否则会由于分压比不同而造成负荷箱损坏。

为了解决目前检定额定二次电压为220 V的电压互感器，存在操作过程复杂，劳动强度大，效率低的问题[7-8]，研究一种多变比电压互感器误差检定方法对改变上述局面，具有现实意义。

图1 级联感应分压器非常规变比电压互感器检定线路图

1 基于负荷误差外推法的多变比电压互感器误差检定方法

依据JJG1021—2007《电力互感器》检定规程附录D中电压互感器负荷误差曲线外推法D1公式法，将其进行推导，得到基于负荷误差外推法的多变比电压互感器误差检定方法[9-10]。

用公式法计算时，需要分别在负荷S1和空载下测量得到电压互感器的误差值。电压互感器在负荷S2下的误差按下式计算：

式中：f0、f1、f2分别为负荷空载S1和S2下的比值差；δ0、δ1、δ2—分别为负荷空载S1和S2下的相位差；φ1、φ2—分别为负荷S1、S2的功率因数角。

依据GB 1207—2006《电磁式电压互感器》§14.2测量电压互感器的电压误差和相位差限值：“在额定频率和80%～120%额定电压之间的任一负荷且其功率因数为0.8（滞后）的条件下，电压互感器的电压误差和相位差限值不应超过表12所列值。”即电压互感器应在功率因数为0.8（滞后）的条件下进行检定。本文使用线绕无感电阻为二次负荷，其功率因数为1.0，φ1=0°。因此，式（1）和（2）中的cos（φ2-φ1）=0.8，sin（φ2-φ1）=0.6，将式（1）、（2）中系数代入式（1）和（2）中得：

式（3）和（4）是一个二次绕组基本原理电压互感器负荷误差曲线外推法计算公式，本文需要解决二个二次绕组电压互感器误差测量问题，依据JJG1021—2007《电力互感器检定规程》§附录D“电压互感器负荷误差曲线外推法”中“如果电压互感器有两个或多个二次绕组，可以把各个绕组带负荷后对计量绕组误差的影响线性叠加。得到计量绕组在全部绕组带各自负荷时的误差。”则二个二次绕组基本原理电压互感器负荷误差曲线外推法计算公式为：

式中：f0、δ0—为计量绕组和其他绕组均空载下的比值差、相位差；f1、δ1—为计量绕组负荷S1和其他绕组空载下的比值差、相位差；f2、δ2—为计量绕组空载和其他绕组负荷S3下的比值差、相位差；f3、δ3—计量绕组负荷S2和其他绕组负荷S4下的比值差、相位差。

依据电压互感器检定线路图，检定额定二次电压为220 V的电压互感器时，常用误差测量装置均未设计220 V电压量程，本文采用比例电压替代法，即在按电压互感器检定线路图时，将误差测量装置工作电压回路接至标准电压互感器的100 V输出端（见图2），误差计算时再按系数进行比例折算。

具体方法如下：

依据互感器原理及误差理论，电压互感器的误差可用复数误差ε表示：

式中：KU为电压互感器变比；UX为电压互感器二次电压；U1为电压互感器一次电压。

规程检定线路中，当标准电压互感器的误差可以忽略不计时，U1=KUU20，U20为标准电压互感器二次电压，代入式（7）得：

规程检定线路中，误差测量装置采用测差原理，UX-U20=ΔU，ΔU为差值电压，代入式（9）得：

式（10）中，U20=220 V，由于常用误差测量装置没有220 V的电压量程，检测时采用比例电压替代法，U’20=100 V，则：U20=2.2U’20，代入式（10）得：

依据式（11）可知，采用比例电压替代法检测的数据除以2.2即为检测结果。为适应本检定方法的要求，额定二次电压为220 V绕组的负荷误差曲线外推法的计算公式为：

为了便于识别，将额定二次电压为100 V绕组的负荷误差曲线外推法的计算公式变更为：

式中：S1、S2—分别为（1a-1n）和（2a-2n）绕组检测时所带负荷；S1n、S2n—分别为（1a-1n）和（2a-2n）绕组额定二次负荷检测时所带负荷。

2 程控无感电阻的设计

依据GB 1207—2006《电磁式电压互感器》对额定电压为100 V的二次绕组，其额定输出标准值：功率因数为0.8（滞后）的额定输出标准值为：10 VA，15 VA，25 VA，30 VA，50 VA，75 VA，100 VA。以及国家电网公司《配电自动化设备典型设计》对多变比电压互感器的要求，额定电压220 V二次绕组规定：

1）内置式：额定容量不小于150 VA，短时容量不小于300 VA/10 s；

2）外置式：额定容量不小于75 VA；

3）组屏式：额定容量不小于250 VA，短时容量不小于500 VA/10 s。

图2 带抽头无感电阻

根据上述限制条件对本文使用的无感电阻值进行计算。为避免电压互感器进入饱和状态引入测量误差，误差检验时所带负荷应不大于额定二次负荷。同时，为减小外推过程中引入的不确定度，误差检验时所带负荷应不小于额定二次负荷的50%。则：

式中：Sn为电压互感器额定二次负荷；S为误差检验时所带二次负荷；R为无感电阻；U电压互感器额定二次电压。

从表1可以看出，带抽头线绕无感电阻分为四段：

第一段：电阻=100Ω，电流不小于2.2 A，功率不小于484 W；第二段：电阻=200Ω-100Ω=100Ω，电流不小于1.1 A，功率不小于242 W；第三段：电阻=400Ω-200Ω=200Ω，电流不小于0.55 A，功率不小于121 W；第四段：电阻=1 000Ω-400Ω=600Ω，电流不小于0.22 A，功率不小于48.4 W。根据设计带抽头无感电阻如图2所示，通过继电器的切换实现电阻值自动控制。

表1 无感电阻设计

3 多变比电压互感器误差自动检定

图3 多变比电压互感器误差自动检定

根据基于负荷误差外推法的多变比电压互感器误差检定方法，通过采用定制标准电压互感器，实现多变比电压互感器误差自动检定，如图3所示。根据前文介绍的原理，制定多变比电压互感器自动检定流程图，如图4所示。

图4 多变比电压互感器检定流程图

表2 误差测量与负荷状态对照表

由于（1a-1n）和（2a-2n）二个绕组的误差均要检测，可对检测过程的控制进行必要的优化，为避免带电压状态下切换负荷对继电器触点的损伤，制定了检测流程优化控制，检定过程依据电压互感器负荷误差曲线外推法负荷状态对应的检测误差表（表2）。通过实验得到的fx（x=0~6）、δx（x=0~6）代入公式（12）~（15）计算即可得到（1a-1n）和（2a-2n）绕组误差。

4 验证性试验

图5 多变比电压互感器误差检定试验

为了验证本文提出的检定方法的正确性，对多变比互感器进行误差检定（见图5），被测互感器参数为：1a-1n绕组额定变比10 000/220 V，准确度3级，额定输出500 VA；2a-2n绕组额定变比10 000/100 V，准确度0.5级，额定输出30 VA。验证性试验分为两个：1）采用图1所示检定线路得出多变比电压互感器实际误差，作为参考比对数据，试验结果如表3所示；2）采用图3所示检定线路外推出互感器误差，试验和计算结果如表4、5所示。

表3 传统检定方法下多变比TA实际误差

从表3和表5实际误差与推算误差对比来看，基于负荷曲线外推法多变比TA检测方法引起的测量误差不大于被检互感器基本误差限值的1/10，验证了所提检定方法的正确性。

表4 根据对照表试验误差

表5 基于负荷曲线外推法计算多变比TV误差

5 结束语

利用现有的升压器、互感器误差检测装置等电压互感器检定设备，提出了基于负荷曲线外推法的误差自动检定方法，可实现对多变比电压互感器误差的自动检测。试验结果表明，该方法具有准确、经济、科学、实用、可操作性强、成本低等优点。