0.02 级220 kV 标准电压互感器自校准方法应用研究

刘 罡，姜春阳

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.中国电力科学研究院，湖北 武汉 430074）

0 引言

220 kV 电力电压互感器误差试验为省级计量中心现场互感器专业最为常见试验项目，其主要试验用标准器0.05 级现场用电压互感器，须采用省级最高标准0.02 级标准电压互感器进行校准。因此，0.02级标准电压互感器量值准确与否，对发供电企业、电力用户间的贸易结算至关重要。长期以来，省级最高标准须每两年送至武汉采用国家最高标准溯源，存在设备长途颠簸损坏的隐患。近年来，随着220 kV自校准技术应用成熟，标准电压互感器可在省级中心内部采用低端级联感应分压器误差测量，并通过高端串联加法误差推算完成220 kV 标准电压互感器的自校准。

从测量重复性、上级标准器、互感器校验仪3 方面进行不确定度评定，计算合成标准不确定度和扩展不确定度，并对0.02 级省级最高标准220 kV 标准电压互感器进行测量试验，得到各电压下误差，并进行不确定度评定和验证。

1 低端误差测量试验

220 kV 标准电压互感器在50%额定电压以下即低端测量点采用110 kV 电压互感器级联多盘感应分压器进行误差试验，设备位置规划如图1 所示。设备主要由试验台体、升压器、110 kV 电压互感器、多盘感应分压器以及220 kV 标准电压互感器组成。试验台体主要由调压器、校验仪和负荷箱组成，由试验人员手动操作调压器完成升降压，台体距离其余设备3 m 以上。220 kV 标准电压互感器电压等级实际为，故升压器选用200 kV 试验变压器即可。110 kV 电压互感器和多盘感应分压器须级联配套使用，故两者放置中间。220 kV 标准电压互感器为主标准器，为保证受试验磁场影响较小，放置最外侧。

图1 低端误差测量设备位置规划

校准线路如图2 所示。升压器一次侧与110 kV电压互感器一次侧、220 kV 标准电压互感器一次侧并联。二次侧接线采用高端测差，低端对接方式为：多盘感应分压器副边高端A0接校验仪的k 端子，220 kV 标准电压互感器二次侧高端a0接校验仪d端子，多盘感应分压器副边低端X0、原边低端X、220 kV 标准电压互感器二次侧低端x0、110 kV 电压互感器二次侧低端x 分别相连，完成校验仪测差回路。220 kV 标准电压互感器二次侧a0、x0分别接校验仪a、x，完成校验仪供电回路［1-2］。110 kV 电压互感器二次侧a、x 与多盘感应分压器原边A、X 相连，完成两者级联。多盘感应分压器档位置为0.500 000 0，额定电压取UN，调节调压器旋钮，使试验电压分别达到10%UN、20%UN、30%UN、40%UN、50%UN，得到低端误差试验比值误差和相位误差如表1 所示。

图2 低端误差测量校准线路

表1 低端误差测量比值误差与相位误差

2 高端误差推算试验

220 kV 标准电压互感器在50%额定电压以上即低高端测量点采用串联加法推算，分为全电压加法和半电压加法2 种线路。

2.1 全电压加法

串联加法全电压校准线路如图3 所示。220 kV标准电压互感器为主标准器，220 kV 串级式电压互感器上级和下级组成整体作为被检电压互感器。220 kV 标准电压互感器一次侧高端与串级式电压互感器上级一次侧高端相连，220 kV 标准电压互感器一次侧低端与串级式电压互感器下级一次侧低端相连，串级式电压互感器一次侧上级低端和下级高端相连同时与升压器一次侧半电位点相连。220 kV 标准电压互感器二次侧a、x 与校验仪a、x 分别相连，作为二次侧供电回路。220 kV 标准电压互感器二次侧x 与串级式电压互感器下级二次侧x 相连，220 kV标准电压互感器二次侧a 与校验仪k 相连，串级式电压互感器二次侧上级a 与校验仪d 相连，串级式电压互感器二次侧上级x 与下级a 相连，完成二次侧测差回路。

图3 串联加法全电压校准线路

2.2 半电压加法

串联加法半电压校准线路如图4 所示，其校准线路与全电压线路基本相同，不再赘述。220 kV 标准电压互感器为主标准器，220 kV 串级式电压互感器上级（或下级）作为被检电压互感器。

图4 串联加法半电压校准线路

2.3 串联加法误差及电压系数计算

220 kV 电压互感器全电压试验须进行60%UN、70%UN、80%UN、90%UN、100%UN、110%UN、120%UN电压下误差测量，半电压试验须对串级式电压互感器上级和下级分别进行30%UN、35%UN、40%UN、45%UN、50%UN、55%UN、60%UN电压下误差测量。按照图3和图4 校准线路，得到全电压试验误差值ε全、半电压试验（上级）误差值ε上、半电压试验（下级）误差值ε下，同时计算得到对应额定电压下电压系数，如表2 与表3 所示。

表2 全、半电压试验电压系数与比值误差

表3 全、半电压试验电压系数与相位误差

2.4 高端测量点误差最终值

依据JJF 1067—2014 《工频电压比例标准装置校准规范》，额定电压50%以上即高端测量点误差值由半电压低端误差实测值ε 与对应额定电压的电压系数Δ 按照一定比例相加得到，其中220 kV 标准电压互感器推荐以下算法：

式 中：ε30、ε40、ε50、ε60、ε70、ε80、ε90、ε100、ε110、ε120分别为30%UN、40%UN、50%UN、60%UN、70%UN、80%UN、90%UN、100%UN、110%UN、120%UN电压下误差实测值；Δ60、Δ70、Δ80、Δ90、Δ100、Δ110、Δ120分别为60%UN、70%UN、80%UN、90%UN、100%UN、110%UN、120%UN下电压系数值［3］。由表1 低端误差实测值与表2 和表3 电压系数值，得到220 kV 标准电压互感器高端测量点误差最终值如表4 所示。

表4 高端测量点误差最终值

3 不确定度评定

依据JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》和JJF 1067—2014《工频电压比例标准装置校准规范》要求，220 kV 标准电压互感器自校准不确定度评定可从测量重复性、上级标准器、互感器校验仪3 方面考虑。

3.1 测量重复性

测量重复性引入的不确定度为A 类不确定度［4］，其主要由环境电磁场变化、变压器接触电阻变化等引起，因此需要进行不少于6 次的独立测量。对该标准电压互感器在cosφ=1，100%UN条件下进行6 次独立测量，得到比值误差引入的测量重复性u1比=0.3×10-6，相位误差引入测量重复性u1相=0.5×10-6rad。

3.2 上级标准器

上级标准器主要包括110 kV 电压互感器和多盘感应分压器，两者准确度等级分别为0.005 级和0.000 2 级，由于110 kV 电压互感器准确度等级远低于感应分压器，故上级标准器引入的不确定度分量u2主要考虑110 kV 电压互感器的不确定度，其推算过程可参见文献［5］，本文直接给出比值误差u2比=2.5×10-6，相位误差u2相=2.5×10-6rad。

3.3 互感器校验仪

互感器校验仪引入的不确定度u3按照公式u3=计算，其中εmax为误差测量中测得误差最大值。同时考虑比值误差和相位误差，经计算比值误差u3比=0.22×10-6，相位误差u3相=0.34×10-6rad。

3.4 合成标准不确定度及扩展不确定度

合成标准不确定度由上述3 个不确定度分量合成得到，由于各不确定度分量互不相关，故合成标准不确定度uc按式（2）计算。

经计算，比值误差uc比=2.53×10-6，相位误差uc相=2.57×10-6rad。

扩展不确定度U 按照合成标准不确定度乘以相应倍数k 计算。通常情况取k=2，得到扩展不确定度比值误差U比=5.1×10-6，相位误差U相=5.2×10-6rad。

4 不确定度验证

为验证220 kV 标准电压互感器的自校准不确定度，将其送往最高标准检定机构进行验证。对变比在100%UN条件下进行测量，并与自校准结果进行比较，结果如表5所示。

表5 自校准结果和最高标准校准结果比对结果

验证结果表明，220 kV 标准电压互感器的自校准不确定度结果符合要求。

5 结语

对220 kV 标准电压互感器自校准方法进行研究，按照低端测量点和高端测量点2 部分进行分析。其中，低端测量点采用110 kV 电压互感器和多盘感应分压器级联方式进行，高端测量点采用串联加法线路进行推算。同时，从测量重复性、上级标准器与互感器校验仪3 个方面对测量结果进行不确定度评定，计算出合成标准不确定度和扩展不确定度，最后对不确定度进行验证，结果符合要求。另外，本标准器自校准数值可作为工频电压比例标准下一级500 kV 标准电压互感器自校准不确定度评定的一个分量，相关研究成果将在下一步开展。