多绕组电压互感器现场基本误差调整方法的研究及应用

陈少华，陈　骁，许灵洁

(1. 浙江省浙能电力股份有限公司萧山发电厂，杭州　311251；2. 国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州　310014)

多绕组电压互感器现场基本误差调整方法的研究及应用

陈少华1，陈骁2，许灵洁2

(1. 浙江省浙能电力股份有限公司萧山发电厂，杭州311251；2. 国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014)

摘要：分析了电压互感器在实际二次负荷下误差超差的原因及其对电能计量准确性带来的影响，并对多绕组电压互感器误差调整方法进行了研究，采用误差叠加法原理，设计了一款误差调整线圈。利用一组非计量绕组做激磁线圈，研究了一种简便易行的多绕组电压互感器计量绕组现场误差调整方法。

关键词：电压互感器；计量绕组；超差；误差调整

高压电流、电压互感器是电力系统中担负测量、计量、保护等功能的电力设备。电力系统中互感器数量多，对电网安全经济运行影响大。为了确保互感器设备处于完好状态，除了要求其绝缘可靠外，还必须保证测量误差符合其准确级别。其中，电压互感器是把一次侧的高电压按确定的比例变换为二次侧的常规电压，从而可使测量、计量仪表和继电保护装置等标准化、小型化设计的变压设备，其比值差会使测量仪表的指示发生误差，而相位差会对功率型测量仪表和继电器带来误差。因此，对于电能表而言，比值差和相位差都会对其带来误差[1]。

目前在电力系统中仍然运行着大量老旧互感器设备，包括电能表在内二次设备的数字化改造，电压互感器的实际二次负荷出现了很大的变化，由原来的几十伏安，甚至上百伏安减少至十几个伏安，甚至几个伏安，这使电压互感器在实际二次负荷下的误差出现严重的正偏差，远远超出其误差限值要求，无法满足电能计量的公平、公正以及准确、可靠的要求。针对这一问题，JJG1021-2007《电力互感器》国家计量检定规程明确规定：除非用户有要求，电压互感器的下限负荷按2.5VA选取，电压互感器有多个二次绕组时，下限负荷分配给被检二次绕组，其他二次绕组空载。如今，较多发电厂和变电站安装的电压互感器单个二次绕组的额定容量都在100VA及以上，由于原先出厂设计的下限负荷按1/4额定负荷选取，因此在按照JJG1021-2007《电力互感器》国家计量检定规程，对电压互感器下限负荷下误差测量的过程中，往往出现正向超差的现象，必须按照DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》的规定，对被测电压互感器进行技术改造，以满足电能计量准确性要求。简单的方法是更换新的电压互感器设备，但是费时、费力，尤其是GIS内置电压互感器，更换成本高，停电时间长，不易实施。因此，必须研究一种简便易行、性能稳定的误差调整方法。

1电压互感器的基本误差分析

电压互感器的一次绕组接在被测电压的线路或母线上，励磁电流I0通过一次绕组, 在铁心中产生磁通，在一次绕组和二次绕组中分别产生感应电势E1和E2。由电磁感应原理可得，绕组的感应电势E与绕组匝数N成正比，即E1/E2=N1/N2。如果将E2通过匝数比折算至一次, 则得折算至一次的二次绕组产生的感应电动势E2′为：

(1)

匝比N1/N2就是电势和电压折算系数，这样一次回路和二次回路就可以联系起来，电压互感器的等值电路如图1所示[2]。

U1——一次电压；Z1——一次绕组内阻抗；I1——一次电流；I0——励磁电流；E1——一次绕组产生的感应电动势；Zm——激磁阻抗；E2′——折算至一次的二次绕组产生的感应电动势；I2′——折算至一次的二次电流；Z2′——折算至一次的二次电流；U2′——折算至一次的二次输出电压；Y——二次折算至一次的导纳。图1　电压互感器的等值电路

一次电动势U1的平衡方程为：

U1=E1+I1Z1

(2)

U2=E2-I2Z2

(3)

分析电压互感器的等值电路和式(3)可知只有当二次绕组内阻抗Z2等于零时，二次电压乘以额定电压比才等于施加的一次电压。但是，电压互感器或多或少总是存在着阻抗压降，所以二次电压乘以额定电压比之值总是小于实际一次电压，也就是说电压互感器电压误差总是负值，只有在采取误差补偿措施以后，才有可能出现正值的电压误差。

由于感应式电能表被负荷更小的电子式电能表替换，导致电压互感器实际二次负荷远远小于出厂时的额定下限负荷，负荷电流在二次绕组内阻抗上产生的压降将大大减小，此时二次绕组输出电压将比额定下限负荷时的输出电压偏高，也就是说其比值误差在实际二次负荷下正向偏移，从而可能使电压互感器在实际二次负荷下出现正向超差。

表1为2013年4月对某发电厂110kV母线A、B、C三相电能计量用电磁式电压互感器在下限负荷(2.5VA)进行误差测量的结果。该电压互感器于2006年安装投运，型号为JDCF-110W2型，计量绕组准确度为0.2级，额定负荷为100VA，另外保护绕组的额定负荷150VA，剩余电压绕组的额定负荷为100VA。从表1可以明显的看出，该型电压互感器在二次轻载(2.5VA)下基本误差偏正且已超出其0.2级电压互感器基本误差限值要求，必须予以更换或误差调整。

表1　某发电厂110 kV电磁式电压互感器误差测量数据

2多绕组电压互感器误差调整方法研究

110kV及以上电压互感器皆具有多个二次绕组，其基本误差可以通过各种方法调整。常见的误差调整方法有匝数补偿法。出厂试验时，一般将额定上限负荷时的比值误差调整为负值, 在额定下限负荷时比值误差调整为正值，以保证在整个负荷范围内误差均满足出厂技术指标要求。

(1)并接固定导纳：在电压互感器的二次绕组并联一个固定负荷，使互感器的实际二次负荷处于额定负荷和1/4额定负荷之间，以满足设计要求，从而保证电压互感器的误差要求，见表1。该方法虽然比较简单，但该方案增加了互感器的电能消耗，且存在电压互感器二次回路短路的安全隐患。

(2)改变二次绕组匝数：改变电压互感器的补偿误差量，使其在轻负荷时满足误差要求。但对匝数补偿的电压互感器，需要拆除高压线包绝缘后才能对高压绕组进行改造，并需要进行大量的测试工作，也不一定能达到预期的效果，费时、费力，且不具备可操作性[3]。

(3)利用原厂设计、安装的激磁绕组和误差调整线圈现场进行误差调整：图2为某GIS内置电压互感器生产厂设计的电压互感器工作原理图，通过预先设计，本体预留一个专用激磁线圈a-n，用于出现误差超差时的误差调整。误差调整时，在激磁线圈上并接一个误差调整线圈，将误差调整线圈感应的输出电压串接入被计量绕组其中的一个输出端，如1a或1n，从而改变计量绕组的二次输出电压，达到误差调整的目的。该误差调整方法具有简便易行，误差调整结果稳定性好，不存在安全隐患的优点。但是该方法只有极少一部分厂家设计、生产，所以不具有通用性。

图2　利用电压互感器本体专用激磁线圈a-n和误差调整绕组进行误差调整原理接线图

为解决多绕组电压互感器现场误差调整的难题，在第3种方法的基础上，提出了一种新的误差调整方法，即将电压互感器非计量绕组作为激磁绕组，也就是说，将误差调整线圈的一次线圈并接在一非计量绕组如测量或保护绕组的输出端2a和2n之间，然后将误差调整线圈感应的输出电压串接入被计量绕组其中的一个输出端如1a或1n，从而改变计量绕组的二次输出电压，达到误差调整的目的，其原理接线如图3所示。即将误差调整线圈的一次绕组极性端A0和非极性端N0分别与激磁绕组的非计量绕组极性端和非极性端2a和2n并联，其二次绕组非极性端n0与计量绕组非极性端1n直接相连，此时误差调整线圈的二次绕组极性端a0即为误差调整后的计量绕组非极性端1n′，二次绕组接线端子1a和1n′之间输出的电压即为误差调整后的计量绕组输出电压U1a-1n′。

(2)货币供应量对不良贷款率的影响，一般认为M2与不良贷款率存在负相关关系。当货币供应量下降，利率上升，企业利润随之下降，选择向银行贷款维持资金流通，商业银行风险增加；当货币供应量增加，利率下降，企业融资成本下降，利润增加，企业财务状况也得到改善，银行不良贷款率下降。

U1——电压互感器一次侧电压；U1a-1n′——计量绕组调整后的输出电压；U1a-1n为计量绕组1a-1n调整前的输出电压；U32-2n——非计量绕组2a-2n的输出电压；ΔU0——误差调整线圈二次输出输出电压。图3　利用电压互感器非计量绕组作误差调整绕组一次激磁线圈进行误差调整的原理接线图

该方法的工作原理是电压叠加法或误差叠加法原理，通过将误差调整线圈二次绕组输出电压ΔU0与计量绕组1a-1n的输出电压U1a-1n相叠加，得到误差调整后的计量绕组的输出电压U1a-1n′，使得计量绕组的测量误差整体向负方向偏移，从而达到对下限负荷误差调整的目的，即

U1a-1n′=U1a-1n-ΔU0

(4)

反之，亦可调节额定负荷下电压互感器的测量误差，即将误差调整线圈一次输入端极性端和非极性端反接即可，则使得计量绕组的测量误差整体向正方向偏移，从而达到额定负荷下误差调整的目的，即

U1a-1n′=U1a-1n+ΔU0

(5)

该误差调整方法只是将电压互感器的误差向所需的一个方向整体平移，具有保持电压互感器原有的误差特性的特点。

3多绕组电压互感器误差调整新方法应用

(1)多绕组电压互感器误差调整线圈的设计

图4　误差调整线圈(二次绕组穿心2匝)实物图

(2)误差调整线圈的应用

2013年11月，利用误差调整线圈对前述某发电厂110kV母线三相电压互感器成功地实施了现场误差调整。

1)110kV电压互感器误差调整实施

表2为该发电厂110kV电压互感器调整前后下限负荷误差测量数据。通过事前分析误差调整前的下限负荷误差数据可知，须将下限负荷比值误差偏调-0.10%才能满足其0.2级误差限值要求。为此，只需将误差调整线圈二次绕组穿心2匝，就能实现下限负荷比值误差偏调-0.10%的要求，表2所示实测数据表明调整结果完全满足设计和误差调整要求。

表2　110 kV电压互感器下限负荷比值误差

2)额定负荷(按铭牌)误差超差处理

由前述可知，本误差调整方法只是将电压互感器的误差向所需的一个方向整体平移，不会改变电压互感器原有的误差特性的特点，误差调整后，如果按照电压互感器铭牌额定负荷测量额定负荷下的误差，则会使电压互感器额定负荷下的误差接近或超过其允许误差限值。

从表3明显可以看出，该水电厂110kV电压互感器经过误差调整后，按照电压互感器铭牌额定负荷的误差已全部接近或超过其0.2级电压互感器允许误差限值。因此，需要根据实际二次负荷测量结果适当降低额定负荷值，且按照国家电网公司《电能计量装置通用设计》标准，计量专用的电压互感器(或计量绕组)额定负荷按照50VA选取，线路用计量专用电压互感器(或计量绕组)额定负荷按10VA选取，非计量绕组(不含剩余电压绕组)亦可按此选取。从表4实测数据表明，按照通用设计要求，重新测得该水电厂新选定额定负荷下的误差，全部满足0.2级电压互感器误差限值要求。

表3　110 kV电压互感器额定负荷(按铭牌)

表4　110 kV电压互感器误差及额定负荷值皆

3)稳定性试验

为验证误差调整结果的稳定性和可靠性，2014年11月再次对该发电厂调整后的110kV电压互感器年度基本误差稳定性进行了跟踪试验。通过对比、分析表5与表2、表4数据，误差调整后的110kV电压互感器年稳定度满足JJG1021-2007《电力互感器》国家计量检定规程的技术要求。

表5　110 kV电压互感器基本误差稳定性试验数据

4结语

本文研究的多绕组电压互感器误差调整新方法，采用电压叠加法原理，设计了一款高精度、小功率多绕组电压互感器误差调整线圈，实际上是一只二次输出绕组匝数可调的高精度电压互感器，利用多绕组电压互感器的非计量绕组作误差调整绕组一次激磁线圈进行误差调整，成功实现了多绕组电压互感器计量绕组的误差调整，具有成本低，易于操作，误差调整结果稳定性好，不改变电压互感器原有误差特性，不存在安全隐患的优点，具有较高的实用价值。该方法对于误差超差的老旧电压互感器设备，尤其是GIS内置电压互感器设备的误差调整具有推广应用价值。

参考文献：

[1]王乐仁.电力互感器检定及应用[M].北京：中国计量出版社，2010.

[2]史轮，赵洋，刘仲海，等.电压互感器二次负荷对误差的影响[J].河北电力技术，2006，25(6)：40-41.

SHILun,ZHAOYang,LIUZhong-hai,etal.Influenceofsecondaryloadofvoltagetransformeronerrors[J]．HebeiElectricPower，2006，25(6)：40-41.

[3]李歆辉.电压互感器二次负荷动态补偿器的研制[J].华中电力，2009,22(1)：36-38.

LIXin-hui.DevelopmentofdynamiccompensatorofPTload[J].CentralChinaElectricPower, 2009,22(1):36-39.

(本文编辑：严加)

Research and Application of On-Site Basic Deviation Adjustment Method for Multi-Winding Voltage Transformer

CHEN Shao-hua1, CHEN Xiao2, XU Ling-jie2

(1.XiaoshanPowerPlant,ZhejiangZhenengElectricPowerCo.,Ltd.,Hangzhou311521，China;2.StateGridElectricPowerResearchInstitute,ZhejiangElectricPowerCompany,Hangzhou310014，China)

Abstract:This paper analyzes the reason for voltage transformer excessive deviation under actual secondary load and the impact on the veracity of electric power measurement, and researches the deviation adjustment method for multi-winding voltage transformer. The principle of error superposition method is applied to designed an error adjustment coil. and a set of non-metering winding is used as excitation coil to study a simple and convenient on-site basic deviation adjustment method for multi-winding voltage transformer.

Key words:voltage transformer; metering winding; excessive deviation; deviation adjustment

DOI：10.11973/dlyny201603030

作者简介：陈少华(1964)，男，工程师，从事电气技术管理工作。

中图分类号：TM451

文献标志码：A

文章编号：2095-1256(2016)03-0383-05

收稿日期：2016-03-12