电压互感器二次回路压降影响电能计量的原因分析及应对策略

薛晓慧，薛峪峰，郭志华，张友璇，黄雪刚，寇 震

（1.国网青海省电力公司，青海 西宁 810001；2.北京中电普华信息技术有限公司，北京 100085）

0 引 言

电压互感器是电力系统的主要组成，其二次回路上的电阻会导致测量信号通过二次回路时产生压降，从而使得测量值与真实电压值存在差异，影响电能计量[1-2]。为了解决电压互感器二次电压下降对电力系统的影响，需要采取必要措施，确保计量误差在合理范围[3]。在采取措施前，需要分析电压互感器二次回路压降影响电能计量的原因，从而制定合理的应对策略。

1 电压互感器二次回路压降对电能计量的影响原因分析方法

深入分析电压互感器二次回路压降对电能计量的影响原因，为制定应对策略奠定基础。在分析过程中，为了保障实验结果的准确性和可靠性，采用多种方法结合的形式分析影响原因[4]。分析方法包括电压互感器误差测试技术、同步采样法、直接测量法、无线传感器技术以及微分测量法等，具体如下所示[5]。

1.1 电压互感器误差测试技术

该技术是用于测量电压互感器二次回路中振幅差和相位差的方法。具体而言，这是一种用于评估电压互感器二次回路中同相线误差（即振幅差和相位差）的测试方法，在测试过程中通常会使用高精度的数字电压表或示波器来进行测量，并且可以将测量结果用于校准和误差修正电压互感器。

1.2 同步采样法

通过同步采样法可以测量电压的相位角，利用同步机来检测电网中的电压信号，并与参考信号进行比较。其原理是将被测电压信号与参考信号通过特定的技术（如锁相环）进行同步采样，然后对比它们的相位差来确定电压的相位角。同步机通常由稳定的振荡器和高精度的计数器组成，能够提供非常精准的参考信号。使用同步采样法测量电压相位角的好处是准确性高且受干扰较小。

1.3 直接测量法

这是一种直接测量二次电压降低值的方法，通过直接测量二次电压的降低值来获得结果，不需要进行计算。这种方法使用简单的工具和仪表进行测量，但在提高测量精度方面有一定的困难。

1.4 无线传感器技术

无线传感器技术是一种电压测量方法，旨在改善测量精度和校准零位误差。在无线传感器技术中，为了减小感应电势的影响，可以将无线传感器安装到输电线路，从而分段测量长线路的电压。该技术利用传感器装置将电压信号转换为可靠的无线信号，并通过无线传输方式将信号传递给操作员进行测量和监测。此方法对于长线路和大面积二次回路的测量尤为适用。

1.5 微分测量法

微分测量法是一种用于测量电压或电流信号变化率的方法。基于微积分中的导数概念，通过计算信号的斜率或变化速率来获得相关信息。该方法更加简单，便于实现。在实验设计中，还可以通过调整零位误差来进一步提高测量精度。

此外，在电力系统中使用电压互感器进行电压测量时，包括对220 kV 系统线路和保护电缆的电压测量。其中，测量220 kV 系统线路电压时，为了得到最小化零位误差，可以通过适当调整电压互感器的工作参数，包括校准互感器的零位电阻，来达到更准确的测量结果。而在保护电缆的电压测量中，为了抑制外部电磁场的干扰，通常采用外部测量方法，如使用屏蔽线缆或其他抗干扰措施，以提高测量的精确性。

通过上述方法的结合进行电压互感器二次回路电压的测量和计算，根据测量和计算结果，分析电压互感器二次回路压降对电能计量的影响原因，基于分析结果制定应对策略[6]。

2 实验部分

2.1 实验准备

实验以电压互感器为研究对象，在实验过程中，连接高速开关触点和熔接管，连接线长度较长，并且确保其电阻值相对较高。电压互感器的二次回路如图1 所示。

图1 电压互感器二次回路

图1 中最左侧的A、B、C 为电压互感器的三相，P 表示主绕组，最右侧的R1和R2表示电阻。以图1所示的电压互感器二次回路为研究对象，分析二次回路的比值差（电压互感器二次回路实际变比与额定变比之间的偏差）、由二次电压降引起的角差以及二次压降比值，从而验证该研究的有效性。

2.2 实验设计

根据《电能计量装置技术管理规程》（DL/T 448—2000）关于电气测量设备管理的规定，对于I 类测量装置，准确度应不大于额定二次电压的0.5%，实验的输入电压分别采用170M1571 型熔断器及A70QS50-4 型熔断器进行比较。在降低电压互感器二次回路中的压降方面，互感器二次回路的连接导线应采用铜制单芯绝缘线，连接导线的截面积应由计算来确定。

为了降低电压诱导器在次级回路中的压降，要求在小于额定次级电压0.25%的次级回路中，使用电压诱导器对二次集成端子与同相线电压之间振幅差和相位差的组合值进行计算。这样能够快速计算出角差。对于二次电压互感器方案中的35 kV 以上的电压互感器，需要每2 年至少进行一次压降检查。

点计算方法主要要求测量精度高。为了满足高测量精度的要求，当二次回路线很长且二次回路面积很大时，宜选择差值的测量方法，并采用模式调制载波频率，即使用直接测量法来测量压差。

目前使用的4 条主电缆的长度通常为200 m，每条电缆的电阻值为12 Ω。通过诱导器测试方法测量二次回路的电压，应采用同步采样法，使用同步机来测量电压、电流以及电压相位角。若在断电的情况下进行设备的计算（如电感检测器的计算），则需进行特殊的计算步骤。采用感应校准法可以提高电压互感器的精度水平。在测量方案中以220 kV 电压为例，将电压互感器电缆末端连接到检查员控制的电压互感器插座。通过将这些电缆连接到电压互感器的一次侧，可以用于构建电压互感器系统线路，并进行仪器校准。

3 实验结果

以电压互感器为研究对象，通过前文的分析方法得到实验结果，即比值差、角差以及二次压降比值，结果如表1 所示。

表1 电压互感器二次回路的压降测试结果

根据表1 可知，实验采用了1 号主变关口表和2 号主变关口表，相位为A、B、C，比值差范围为-0.204%～0.166%，角差范围为-7.600′～8.500′，二次压降范围为0.159%～0.207%。在100 kV 和35 kV 二次回路进行的实验中，使用的继电器等功耗较大，二次回路保护装置辅助电压计量方案连接到不必要的负载设备。

4 电压互感器二次回路压降影响电能计量的原因

根据以上所述的实验结果，分析得出电压互感器二次回路压降影响电能计量的原因包括以下几点。一是220 kV 合闸装置不使用特殊的电缆线，因此从测量装置到电压互感器的回路引线更长，线路阻抗和回路引线电压的增加会导致测量装置的误差增大。二是随着二次回路电压互感器方案的过度负担和不同保护装置的老化，增加了能耗，二次回路电源增加，压降增加。三是二次回路电压互感器的熔断器管道两端簧片被刮伤压缩，形成了许多接触点。簧片容易受到表面氧化和外部环境影响，这些影响因素产生的主要原因为簧片位置产生不良接触。以220 kV 为例，现场设备不良接触点的电压、电流以及电阻测量值结果如表2 所示。

表2 现场设备不良接触点的有关数据

由表2 可知，不良接触点的电阻达到了9.5 mΩ以上，最高达到了11.7 mΩ，而正常情况下，二次回路电压互感器管道两端簧片的电阻小于5 mΩ，甚至更低。电压互感器二次回路压降受簧片受损的影响，可能改变了电压互感器的某些工作特性，如电路的阻抗或者电流分布等，从而影响了二次回路的压降。

5 应对策略

在上述分析的基础上，采取了以下的改进措施，以应对相关二次电压互感器方案中的压降问题。首先，在220 kV 关口测量装置中放置专用电缆，可有效降低二次阻抗方案，并降低回路压降。其次，更换当前二次方案中的老化涂层，并通过拆除二次电压互感器方案中不必要的工具来减少负载损耗和电流周转，从而降低方案中的电压损耗。最后，替换二次电压互感器方案中的170M1571 型熔断器。不同型号熔断器的电压降比较如表3 所示。

表3 不同型号熔断器的电压降

从表3 中可以看出，不同型号的熔断器在输入电流固定时，其电压降效果不同。170M1571 型熔断器的电压降在输入电流为100、150、200 mA 时，均比A70QS50-4 型熔断器高，两者最高相差7.2 mV，在输入电流为100 mA，两者相差最小，数值为2.9 mV。由此可知，随着输入电流的增加，不同型号熔断器的电压降不断增加，但是A70QS50-4 型熔断器的电压降数值增加较小，其在输入电流固定时，电压降数值低于170M1571 型熔断器，说明A70QS50-4 型熔断器降低二次回路的压降效果高于170M1571 型熔断器。因此，应用A70QS50-4 型熔断器替换170M1571 型熔断器可以有效降低电压互感器二次回路的电压降效果。

6 结 论

为确保电压互感器在允许的误差范围内稳定，避免影响电能计量，需要采取一些措施。因此，深入分析了电压互感器二次回路压降影响电能计量的原因，并且给出了应对策略。该研究采用电压互感器误差测试技术、同步采样法、直接测量法、无线传感器技术以及微分测量法等方法进行电压互感器二次回路压降对电能计量影响原因的分析，基于分析结果，提出采用替换电压互感器二次回路中熔断器的应对策略，避免二次回路压降影响电能计量，从而提高电能计量的可靠性。