电力设备管理中互感器在电力计量中的应用与优化

2024-06-04国网西藏电力有限公司拉萨市达孜区供电公司旦增美朵国网西藏电力有限公司林周县供电公司扎西卓玛

电力设备管理 2024年7期

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电能计量作为电力设备管理中的重要环节，对于促进供用电双方降低能耗、节约能源、提高经济效益和推动社会和谐发展起着至关重要的作用。而互感器作为电能计量中的关键元件之一，其准确性和稳定性对于电能计量结果的可信度有着直接的影响。本文旨在深入探讨互感器在电力计量中的应用与优化，重点关注互感器对计量准确度的影响，以期为电力设备管理提供科学的指导和决策依据。

1 互感器的特点和技术要求

互感器在电路中采用一次线圈串联的方式，并且其匝数较少。这种设计使一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，与二次电流无关[1]。因此，互感器能够根据具体负荷电流的变化来实时传递相应的信号。为了保证互感器的正常运行，需要注意以下几点。

第一，二次线圈所接的仪表和继电器的电流线圈阻抗应该很小，以确保互感器输出的信号可以被准确地传递到相关设备中。这意味着这些仪器和继电器应具有低电流阻抗，以避免对互感器工作状态造成影响。

第二，在正常情况下，互感器应该处于近于短路状态的运行状态。这是因为互感器的一次线圈是串联在电路中的，对于交流电路来说，互感器的一次线圈阻抗应尽量小，以确保互感器的工作不会引入额外的电压降。如果负荷电流通过互感器时，互感器的阻抗过大，将会导致测量误差的增加，甚至可能引起互感器的过热现象。在安装互感器时，接地螺栓的直径不应小于8mm，接地处的金属表面应平整，并且连接孔的接地板面积要足够大。此外，在接地处旁应标有明显的接地符号，以提醒人员注意接地设施的存在。

值得注意的是，电子式互感器应具备完善的自诊断功能，并能输出自检信息。这些信息包括采集器状态、辅助电源/自身取电电源状态、检修测试状态等。这样可以帮助人员及时了解互感器的工作状态，便于维护和管理。

2 实地调研和数据采集

2.1 电力设备管理单位选择和数据收集

电力设备管理单位的选择对于配电网规划编制和数据收集非常重要。第一，供电企业需要与规划管理部门密切合作，共同商讨确定配电网的发展规划，确保配电网规划与城市发展规划相协调[2]。第二，选择合适的电力设备管理单位对于配电网规划编制和数据收集非常关键。这样的数据收集形式能够为配电网规划提供可靠的数据支持，为电力设备的管理和发展提供有效的参考。

2.2 不同负载条件下的互感器实测与验证

为了区分电流互感器一次绕组接头的接触状况，需要使用压降法和双臂电桥等方法测试一次绕组的直流电阻。然而错误的极性可能导致计量外表显示错误，甚至引起带有方向性的继电保护误动作。互感器的一次和二次绕组之间均为减极性，因此极性试验通常选用直流法进行。在试验时，要注意将电源接在互感器的一次侧，测试仪器则接在互感器的二次侧。假设规范电流互感器的变比为KN=500:5（即一次电流为500A，二次电流为5A），被试电流互感器的变比为K=502:5（一次电流为502A，二次电流为5A），被试电流互感器的额外变比为KxN=2:5。根据给定的公式：

变比差错公式为：

式中，KN、IN——规范电流互感器的变比和二次电流值；K、I——被试电流互感器的变比和二次电流值；KxN——被试电流互感器的额外变比。在连接被试电流互感器和规范电流互感器时，确保测量的准确性和稳定性需要采取一些措施。其中之一是将非被试电流互感器的二次绕组短路。短路非被试电流互感器的二次绕组可以有效防止二次侧发生开路或其他干扰，并避免对测量结果产生影响。

具体而言，当被试电流通过被试电流互感器时，非被试电流互感器的二次绕组处于短路状态，此时电流会通过短路路径流回系统中，不会影响被试电流互感器的运行。这种做法的主要目的是消除非被试电流互感器的二次侧与外部负载之间的差异。如果非被试电流互感器的二次绕组未短路，其二次电流可能会受到连接的负载影响而发生变化，从而导致额外的误差。短路非被试电流互感器的二次绕组可以消除这种差异，确保被试电流互感器的输出信号准确、稳定。

需要注意的是，在开展短路操作的过程中应确保使用合适的短路装置，以避免对二次绕组造成损坏或过热。短路装置应具备足够的导电能力和耐受能力，以保证在被试电流的运行条件下稳定可靠地将电流引导回系统中。

3 计量结果比较和分析

3.1 不同互感器的计量结果对比

由表1可知，CT（电流互感器）和PT（电压互感器）的精度等级都是0.2，表明此类设备设施的计量准确度相对较高，VT（电压互感器）的额定电流较高（1000A），而CT 的额定电流较低（100A），这意味着VT 适用于更大功率负载的应用。Rogowski 线圈的精度等级为1，相对于其他互感器来说，其计量准确度较低。Optical CT（光纤CT）与CT 具有相同的精度等级和额定负荷，但光纤CT 可能通过使用光纤传感器技术实现更好的信号传输和抗干扰能力。

表1 不同类型互感器的精度等级、额定电流和计量误差对比

3.2 综合误差的评估和分析

综合误差公式为：

CT（电流互感器）的精度等级为0.2，额定电流为100A，额定负荷为5VA，计量误差为±0.2%。CT 的综合误差为：

VT（电压互感器）的精度等级为0.5，额定电流为1000A，额定负荷为10VA，计量误差为±0.5%。VT 的综合误差为：

PT（电压互感器）的精度等级为0.2，额定电流为500A，额定负荷为5VA，计量误差为±0.2%。PT 的综合误差为：

Rogowski 线圈的精度等级为1，额定电流为2000A，额定负荷为20VA，计量误差为±1%。Rogowski 线圈的综合误差为：

Optical CT（光纤CT）的精度等级为0.2，额定电流为1000A，额定负荷为10VA，计量误差为±0.2%。Optical CT 的综合误差为：

根据以上计算，可以得出以下结论。

CT（电流互感器）和PT（电压互感器）具有相同的精度等级（0.2），额定负荷（5VA）和综合误差（4%）。其在计量准确度方面表现出较高水平。VT（电压互感器）的综合误差为5%，略高于CT和PT。考虑到其较大的额定电流（1000A），所以适用于更大功率负载的应用。Rogowski 线圈的综合误差为5%，较其他互感器类型稍高。虽然其精度等级为1，但仍然具有一定的计量准确度。Optical CT（光纤CT）的综合误差为2%，是所有互感器类型中综合误差最低的一个。通过光纤传感器技术，可以实现更好的信号传输和抗干扰能力。

综上所述，根据互感器类型、精度等级、额定电流、额定负荷和计量误差数据的评估和分析结果，可以了解到各个互感器在计量准确度和综合误差方面的性能特点。这些信息对互感器的选择和应用具有重要参考价值。

4 优化措施和建议

4.1 合理选用互感器的策略和方法

第一，互感器需要确定被测电路的电流范围，根据被测电路的精度等级选型[3]。精度等级是评估测量准确度的重要指标，应与被测电路的精度等级相匹配。选择精度等级较高的电流互感器可以减小测量误差，但也需要平衡其成本和实际需求。工业过程测量和控制用检测仪表和显示仪表精确度等级有：0.01，0.02，（0.03），0.05，0.1，0.2，（0.25），（0.3），（0.4），0.5，1.0，1.5，（2.0），2.5，4.0，5.0。共16个，其中括号里的5个不推荐使用，依据标准为《GBT 13283-2008 工业过程测量和控制用检测仪表和显示仪表精确度等级》。根据被测电路的额定负荷和计量误差要求，选择具有合适额定输出的电流互感器。确保电流互感器的额定输出能够满足被测电路的需求，同时不引入较大的测量误差。

第二，由表2可知，需考虑电流互感器的环境条件。选择的电流互感器应能够适应被测电路的环境条件，包括温度、湿度和振动等。确保电流互感器在各种环境下都能正常工作，避免环境条件不匹配导致电流互感器失效。

表2 互感器选择与环境条件要求对比

4.2 优化计量装置配置的指导原则

贸易结算用的电能计量装置应配置在供受电设施的产权分界处，包括发电企业上网线路和电网经营企业间的联络线路两侧都应配置电能计量装置。I、II、III类贸易结算用电能计量装置应配备计量专用的电压、电流互感器或专用二次绕组，并且上述设备及二次电路禁止作为与能源计算无关的装置。单机容量在100MW或以上的机组上网，结算电量表和电网与运营公司之间所购销电力的计算量时，一般建议选择同一准确度级别的主、辅助二组电能表，以实现同步运算、同时记录、即时比对和监控，以防产生巨大的电力误差。

4.3 降低综合误差的技术手段和措施

多次测量并求取平均值可以有效地减少偶然误差的影响。通过重复测量，可以尽可能地排除一次性误差，提高测量结果的准确性。根据实践证明，在足够多的测量中，偶然误差的平均值趋近于零。针对测量过程中可能出现的误差源，采取相应的改进措施减少误差的产生。例如，在测量轴与待测表面呈一定倾斜角度时，需要小心处理余弦误差，确保测量的准确性。此外，对于不同形状的待测工件，选择适当的测砧和测量方法也能够减少误差的生成。

综合上述技术手段和措施，在实际测量中通过多次测量求平均值、选用精密的测量工具、改进测量方法和进行度量器及测器的校正，可以有效地降低综合误差。根据实际情况，不同的技术手段和措施可以结合使用，提高测量的准确性和可靠性。以提高测量结果的精确度和可信度，满足贸易结算等精密测量要求。