电磁式电压互感器检定方法

陈黎明

（溧阳市市场综合检验检测中心，江苏溧阳 213300）

0 引言

随着新技术、系统和设备的发展，电力供应质量的重要性正在增加，这是由于负载数量的增加，特别是那些不符合能源质量标准敏感的负载。电压骤降和骤升可能对电子设备或组件产生很大影响，因此可能会缩短其生命周期，导致故障并产生额外的经济成本[1]。减少电网电压变化对电气设备正常运行的影响需要在整个电力系统中使用各种改进。通常，为了减少电力质量问题，使用电力电子设备提供补偿任何干扰的不同方式。一种解决方案是各种类型的混合变压器的概念[3]。已经提出这种装置作为AC 电压幅度变化的补偿器。混合变压器（HT）是电压调节器，其中传统的电磁变压器与脉冲宽度调制（PWM）AC/AC 转换器配合。

电力系统中的电压互感器设计用于将电压从传输级别的高电压转换为继电器和测量设备所需的低电压。在运行期间，由于开关操作和雷击，变压器的绕组会受到高频瞬态过电压的严重干扰。瞬态过电压可能会导致变压器绕组和绝缘层产生过大的电应力，从而导致绝缘失效和击穿。为了充分确定变压器绕组和匝间或层间绝缘的尺寸，需要在设计水平上获得瞬态电压分布。考虑到电压互感器的典型绕组几何结构，其通常需要非常大的匝数和离散的层间绝缘，这是一项复杂的任务。

为了建模和模拟瞬态电压分布，开发了分布式或集总参数的等效电路表示。准确计算等效参数非常有意义，因为它们对瞬态电压有重要影响。它们通常使用简单的分析公式或基于有限元法（FEM）进行计算。可以使用遗传算法来计算集总电路参数。由于系统模型的复杂几何形状，可以采用降阶技术。

目前，国家越来越重视电力的安全、稳定、高效发展，不断细化电力部门职责，有效指导电力企业、电器生产企业、高校、科研院所的业务运行以及运营发展，在这样的环境下，电磁式电压互感器检定装置得到了有效的应用、创新和改革。本文将介绍比较法、间接法检定电磁式电压互感器，客观地指出几种方法的优缺点，并提出做好电磁式电压互感器检定工作的对策。

1 比较法检定电磁式电压互感器

比较法检定发展较早，而且应用比较广泛，技术也比较成熟。比较法检定核心和关键是运用基尔霍夫电压定律来进行检定，将2 种不同电压进行一个反向的串联操作，这样就会产生一个差压，之后差压被送进测量回路系统，经多个处理环节后，分别采出同相分量和正交分量，再经适当运算在互感器校验仪上显示被检电压互感器的比值误差和相位误差。

Ashkan Teymouri 采用比较法检定电磁式电压互感器，研究结果表明：所有型号均使用每个变压器的FRA 测试结果（阻抗传递函数）获得。此外，MATLAB Simulink 中每个模型的模拟阻抗响应与实验FRA 测试结果一致。这意味着模型的计算是正确的。应该注意的是，由于不符合FRA 测试结果，模型1A 未被模拟。Andreas Theocharis 等采用比较法检定电磁式电压互感器，在所提出的分析中，该方法被开发用于变压器绕组的△—Y 形连接，并且电压分布因子矩阵的确定来自于几何数据。研究结论：该方法可应用于任何类型的绕组连接，其阻抗矩阵是已知的，因为该方法取决于阻抗矩阵（它也可以应用于自耦变压器或相移变压器）。应使用几何数据，测量或两种选项确定转换矩阵的若干选项。应该做更多的工作，以使这种方法可以在电磁暂态程序环境中实施。黑箱和集总参数建模的完全统一仍在调查中，并且将在未来的工作中提出改进。

2 间接法检定电压互感器

2.1 负荷误差曲线外推法

负荷误差曲线外推法是通过测量低电压下负荷与电压的对应关系并算出误差补偿值然后再推算出100%和120%额定电压和相应负荷下的比值差和相位差。M.Kaczmarek 研究使其能够应用于数字功率计或电能质量分析仪或示波器的测量电路，以确定电压互感器和分压器的电压复合误差（变压器校正系数）的均方根值和谐波频谱，用于正弦差分输入电压的变换和失真电压。

开发的转换器应用技术确保差分输入电压到单端输出电压的转换误差不高于5%。这适用于频率为50 Hz 至20 kHz 的正弦差分输入电压和失真电压，即使输入端的共模电压有效值等于190 V。此外，本文介绍开发的转换器的应用。事实证明，它能够转换正弦和失真电压，从而更准确地确定电压互感器和分压器的复合误差。此外，表明它可确定设计评估电压互感器和分配器的比率误差和相位移的测量系统的精度。

2.2 低校高法

低校高法是20 世纪90 年代由赵修民教授提出的，沿用至今已经30 多年。其实质是测出被检电磁式电压互感器的一次与二次绕组的电阻和漏抗、各电压百分值下的激磁导纳值、低电压下的误差值以及实际二次负荷导纳值，用计算方法得到高电压下的误差值。

A.Arroyo 等人已经设计并开发了实验室测试台，以评估应用于商业检定电磁式电压互感器所提出的检测方法。所提出的方法已应用于受测试的电磁式电压互感器，具有不同的对地电容和操作条件。通过传统方法和新方法的对比结果，来验证新方法对低校高法电压互感器现场校验仪校准的可行性。表1 是现场校验仪测量数据。从实验结果来看，完全符合JJG 314—2010《测量用电压互感器检定规程》0.05 级要求。因此，用新方法对低校高法电压互感器现场校验仪进行校准的结果是令人满意、放心的。

表1 现场校验仪测量数据

2.3 3 种检定方法的优缺点

（1）比较法。优点：检定方法相对于其他方法来说比较成熟，且完全符合检定规程的标准。缺点：在检定时，辅助设备配备复杂需求量大，如果是现场检定，情况更为复杂，调压器容量、升压器载荷与使用要求相差较远。

（2）低校高法。优点：测试所需的电源容量小，方便现场检定。缺点：由于客观限制，会出现额定电压下的误差偏差过大；附加误差时有出现。此外，仅能检定不带非线性补偿的电压互感器，检定范围受到一定的限制。

（3）负荷误差曲线外推法。优点：所有测试工作与比较法测电压互感器误差完全相同，只是改变负荷的倍数就可实现检定要求，容易快速掌握方法。缺点：在不同的负荷导纳和绕组内阻下，需要提供相应倍数的负荷导纳和电阻，测量的准确性有待进一步研究。

3 各检定装置的量值溯源

由于系统和变压器之间的高频相互作用，可能会发生瞬态过电压。从Cigre 联合工作组（A2/C4.39）的活动可以得出结论，当浪涌冲击的固有频率与变压器参与的系统的固有频率相匹配时，系统会发生共振。此外，当变压器端子处的输入浪涌脉冲导致内部变压器谐振时，可能会发生极端过电压并最终发生绝缘故障。

通常，3 种类型的变压器模型用于切换瞬态事件。传输线模型被认为是一种快速瞬变和电压传播研究的方法。它们需要非常详细的变压器设计信息，而且耗时。另外，它们不能直接实现为电磁暂态软件。集总参数模型用于模拟雷电冲击和切换快速瞬变。这些模型可用于研究变压器与环绕网络的相互作用以及评估内部电压分布。它们可以在电磁暂态软件包中实现，并且基于变压器几何数据。黑匣子模型基于变压器绕组上任何提供测量点的频率导纳矩阵测量。这些模型用于分析变压器与系统的相互作用，并研究终端之间传输的过电压。此外，它们可以组合到现有的仿真软件工具，如EMTP，但是，它们无法确定沿绕组的电压传播。

目前，国家尚未颁布技术规范，只能依据国家计量规程规范JJG 314、JJG169 和JJF1264 对检定装置中的标准电压互感器、互感器校验仪和互感器负荷箱进行检定或校准，只要其符合规程或规范要求，则认为该检定装置满足溯源要求。

4 做好检定工作的对策

4.1 抓好检定方面的培训工作

做好检定人员的培训工作是一项重要的任务，应从实际情况出发，做好预定方案和计划，充分考虑人员的能力和水平，不断增强检定人员技能和操作本领。主管领导要承担好责任，指定专人领导培训工作，分配好任务，制定好培训计划，统一进行员工的培训工作，实现培训目标，确保人员的素质得到提升。

4.2 对检定的全过程加强控制

要加强检定设备的日常巡视工作，对检定设备要进行认真的核查，加大资金、物力的投入，确保检定设备不存在安全隐患和问题，保证使用性能和检定结果的准确度。要加强检定设备操作人员的管理和思想教育工作，提升这些人员的操作技能，制定详细的操作规程和制度，以制度来督促检定操作人员安全意识的提升。

4.3 建立好检定记录和台账

对于检定的很多细节内容，检定记录是非常重要的，要有专人进行认真记录，做到数据记录准确不能丢失；如果出现丢失会产生巨大损失，检定责任无法分清；对常规检定更要如此，这是检定管理内容的实际体现，能够反映出检定的管理水平和管控能力。因此，台账和检定记录工作必须开展好。

4.4 强化人才储备

人才对一个企业或者机构来说是非常关键和重要的，人才就是企业发展的动力和基石，只有保障好人才，企业或者机构才能得到高速发展，才能长久生存。因此，作为检定机构来讲，也应该意识到人才对本身发展的重要性和必要性。强化人才储备，可以在本机构通过人才考核或者考试等发现人才，也可以对外从高校、科研院所等引进，同时建立奖励机制，培养和发掘青年人才，设立领导小组专门负责人才培养和引进工作，抓好落实工作，确保引进或者储备的人才更好地为检定单位服务好。

5 结语

提出检定电磁电压互感器方法存在的问题、优缺点、溯源方法等，得出结论：比较法检定发展的比较早，而且应用比较广泛，技术也比较成熟。低校高法检定方便现场检定，产品也比较成熟，具有很强的基础和可操作性。负荷误差曲线外推法检定电磁式电压互感器方法的产品较少。提出了做好电磁式电压互感器检定的对策，主要包括抓好检定方面的培训工作、对检定的全过程加强控制、建立好检定记录和台账、强化人才储备，希望为今后该类计量仪器检定规程的制定提供参考依据。