电压互感器宽频误差自动测量装置及试验研究

于廷满

（永安煤业有限责任公司，福建 三明 366102）

引言

为准确测量电压互感器的宽频误差，基于测差原理，运用锁相放大器和LabVIEW技术，研制了一套电压互感器宽频误差测量装置，实现了互感器误差测量的自动化与智能化。介绍了宽频误差测量基本原理及装置整体设计方案，并通过工频误差校准、自校结果比对、频率特性及稳定性等试验，对该装置的性能进行了测试与验证。测试结果表明，装置在50Hz～10kHz范围内，其比差测量精度优于5×10－7，角差测量精度优于0.2μrad，且频率响应特性十分平坦。

一、电压互感器的模型

PT的非线性模型首先要考虑的是铁心的励磁饱和非线性特性；另外一个要考虑的是随着频率的升高，处于高频信号下的电压互感器，在两个导体或者电压互感器绕组的电阻和电感中存在着分布的电气耦合，这些电气耦合表现出电容的特性，称之为杂散电容；同时考虑铁心的非线性特性，电压互感器在高频下的工作状态和电压互感器中绕组的电阻（表示铜损耗）和电感（表示漏电感）。

二、系统设计

宽频误差测量装置。信号发生器生成低压宽频信号，经过功率放大器和宽频升压器完成升压，组成电源系统。锁相放大器选用美国SRS公司的Lock-inAmplifier—850，使用时需要注意以下两点:①输入的差压信号ΔU和参考信号Uref的有效值都必须低于10V(即使瞬时超过10V也会导致损坏);②在锁相放大器的内部，差压信号的低端通过10K电阻接外壳地，因此需要设计1∶1宽频隔离变压器。

为了实现误差测量的自动化，编写了一套Lab VIEW智能测试软件，通过GPIB接口同时与信号发生器、锁相放大器进行通信(IEEE—488标准协议)，实现误差测量自动化与智能化。初始化运行后，控制信号发生器的输出幅值和相位，实现自动升压与变频。在软件中处理锁相放大器测得的数据，计算角差和比差，保存结果并实时显示。

三、试验结果与分析

（一）与感应分压器自校结果比对

1kV感应分压器(IVD)为工频电压比例标准量值溯源体系的源头，一般采用参考电势法对其进行自校，通常认为自校结果接近真值。以国家高电压计量站1kV标准感应分压器作为试品，在不同比率下(0.1～1)，用本装置对其误差进行校准。然后将测量结果与参考电势自校结果进行比对。

与参考电势自校方法结果相比，在不同比率下，受装置中的1∶1隔离变压器、锁相放大器测量精度等装置本身的影响，本装置的比差、角差测量结果分别存在+2×10－7和－2×10－7的整体偏移。相对于互感器误差来说，该偏移误差非常小，基本可忽略不计;另一方面，对于这种系统带来的固有测量误差，由于其比较稳定，可以在软件中加以修正。

（二）频率特性测试

将信号发生器输出5V电压信号，同时施加在差压信号U X和U N两个通道上，形成1∶1的标准差压信号，理论上误差应为零，试验中该装置所测得的比差和角差即为测量装置自身的误差。给定信号频率范围为50Hz～100kHz。

在频率10kHz以内，装置的比值差和相位差均比较平坦，其误差均小于1×10－6。在电力系统中，谐波频率主要成分低于2.5kHz，更高频率含量十分有限，对电能计量造成的影响可忽略不计，因此，研制的装置满足互感器谐波特性的误差测量需求。

（三）工频测量误差校准

参考传统电工式互感器误差校验仪的校准方法，对装置的工频测量误差进行校准。给定标准工频误差源(可根据需要产生不同的比差、角差组合)，直接测量本装置在工频下由测量系统带来的误差。

传统电工式校验仪的比差、角差测量精度均优于5×10－7，而本装置测量精度约3.5×10－7，其测量精度比电工式校验仪有所提升。对于常见的误差量值溯源工作，两种方法均能较好地满足需求。

（四）电容式电压互感器下节电容测量方法

现场试验时，为防止检修时线路侧来电，线路电压互感器高压接头通常是悬挂地线，即电压互感器高压侧接地。

结语

装置将工频条件下的测差法基本原理应用于电压互感器谐波误差测量，借用锁相放大器精密测量仪器及LabVIEW虚拟仪器技术，实现了电压互感器误差的自动测量，解决了传统电工式校验方式操作繁琐等难题。通过一系列试验分析与验证，结果表明，该装置具有较高的测量精度，其比差测量精度优于5×10－7，角差测量精度优于0.2μrad。与此同时，也具有较好的频率响应特性，在50Hz～10kHz范围内，其测量精度基本不变，频率响应十分平坦。