电压互感器误差测试技术实践探析

广西桂能科技发展有限公司 黄良欢

电压互感器是变电所和发电厂稳定运行的基础环节，是输电供电系统中重要的组成部分，能够有效地连接一次设备和二次设备，保障一次电气设备的稳定运转。因此，电压互感器在运行过程中如果出现误差，或者受到其他外界因素的干扰，将会直接影响后续工作的稳定性，将会直接影响贸易结算的精准性。本文结合工作实践，分析并对比了测差法和等效外推法两种测试技术，探究了测试技术要点和注意事项，并在此基础上，提出了降低电压互感器误差的方法。

1 电压互感器误差测试技术

电压互感器误差测试，能够有效将一次电气设备和二次控制设备相连接，明确电压变化情况，与同比的标准电压相比，在相同电压下将电压负载箱有效地安装在二次控制设备端，在二次端电压的作用和影响下，明确不同电压互感器的运行状态和参数变化，并采用电压互感器误差测试明确各设备的运行状况，进行电压对比分析。

这种测试技术能够得到较为准确可靠的误差数据信息，但该测试过程需要使用多个配套设备，如负载箱、互感器校验仪、升压器等，操作过程较为复杂，且所需的测量电压有时相对较高，现场操作较为麻烦。相比较而言，等效外推法能够有效弥补测差法的不足，无须使用过多配套设备，操作较为便捷。因此，本文分别研究侧差法和等效外推法两种电压互感器误差测试技术。

1.1 测差法

1.1.1 测量设备

使用测差法测试电压互感器误差时，须准备多个试验设备，包括5kVA以上电源操作箱、过载自动掉闸装置、升压器、标准电压互感器、互感器现场校验仪等，装置设备所适用的试验环境要求如下表1所示。其中，升压器的选择应当结合现场实际情况与被测电压互感器的情况，准备多台不同设备类型；标准电压互感器，一般选择0.05S级标准电压互感器，或者相比于被测电压互感器等级，拥有不同的等级，如果高出两个等级以上，则为标准的电压互感器，能够保障在后续运行过程中始终处于稳定的运行状态。

表1 测量设备使用环境要求

互感器在实际运行过程中包括多个组成设备，包括二级设备，因此为保障后续工作环节的有序运行，需要明确电压负荷箱的具体使用等级，明确电压负荷箱的操作规范，参考额定值，确定二次控制设备的运行状态，并准备备用设备，保障设备处于有效的运行状态下，保障后续工作环节的有效进行。在以上测量设备基础上，额外准备一组专用接地线、一套专用测试导线、一个在有效期内可测电流的带钳口的万用表等[1]。

1.1.2 接线方法

将互感器校验仪的Ux端子和被测电压互感器计量二次绕组首端相连接，互感器校验仪x端子与被测电压互感器计量二次绕组非尾端相连接，并在互感器校验仪Ux端子和x端子之间连接电压负荷箱Y1。如果被测电压互感器在运行状态中存在保护绕阻，则需要在绕阻的两端接入电压负载箱，避免电压负载箱在后续运行时，出现了严重的短路问题。同时，电压互感器也要发挥自身的测量误差技术的优势，及时地对电压负载线的两端进行检查，并明确电压互感器的传输状态，对接地端子接地处理。

1.1.3 测试过程

在正式通电测试前，检查接线情况，在确保接线质量符合标准后，进一步检查高压线是否处于安全距离。在此基础上，做好预通电检查工作。安排专人检查监督加压过程，确保电压提升过程中的稳定性，使其逐步上升至额定值5%～10%左右，在此条件下，观察判断误差值。若在此期间，没有发现异常情况，则证明误差值正常，且设备处于正常运行状态下，可将其上升到最大电压百分点，再下降到0[2]。若在检查期间发现误差值异常问题，则应对问题进行判断排除，再重新测试。

以工频谐振升压法为例，该测试方式一般应用于35kV以上电压等级电容式电压互感器的误差测试当中。

近年来，工频谐振升压法所使用的相关设备越来越轻便，且受到广泛欢迎。工频谐振升压装置，一般包括可调感电抗器、励磁变压器。在实际使用过程中，可从设备铭牌中已知，通常分为0.005μF、0.01μF和0.02μF，确定电容量值，并根据相关信息，确定所需的垫片大小。

表2为额定电压40kV、50kV下的可调感电抗器部分谐振电容值和调节气隙之间的关系。如对额定电压为110kV、电容量为0.01μF的电压互感器进行校验，则可选择单节额定耐压值为40kV的可调感电抗器进行，使用两个相同的电抗器，选择4mm大的垫片；若选择额定电压50kV的可调感电抗器，则也需使用两个电抗器同时进行，选择22mm的垫片。又如，某个变电站电压互感器为220kV额定电压，电容量0.01μF，若选择额定耐压值为40kV的可调感电抗器，那么则需要同时使用4个，并选择15mm的垫片；若使用额定耐压值为50kV的可调感电抗器，则需同时使用3个，并选择38mm的垫片。

1.2 等效外推法

1.2.1 测试原理

等效外推法相交于测差法，具有实际操作更加便捷的优势特征。在电压互感器的等效电路图中，V1，V2分别为以此电压和二次测实际电压。其中，Va=V1／k-（I0+I2）Z’1，I0=Va/Z’0，I2=Va/Z2+Zb，I1=I0+I2，V2=Va×Zb/（Z2+Zb），整理代入可得，Va=[V1/k×（Z2+Zb）]/[（Z2+Zb）+Z1’Y1’（Z2+Zb）+Z1’]。在此基础上，根据互感器误差定义公式：（V2-V1/k）/（V1/k），对电压互感器误差计算过程进行简化并详细计算，以保证计算精准度。

在实际计算过程中，电压互感器误差主要包括两个部分，首先空载误差是指电压互感器在运行状态中数值受到内阻抗的影响，与二次电气设备无关。空载误差的数值会出现明显的变化，并不会随着后续电气设备的运行状态作出相应的调整，也不会随着后续电压情况而发生一定的变化。因此，在出现空载误差时，该误差的类型具有明显的特征，会受到内阻抗的影响，随着电压值的变化发生转变。另一类电压互感器误差为二次负载误差，会受二次内阻抗和二次负载值的影响，与第一次的电气设备无关。一旦负载值不变，那么其也为不变量[3]。所以，在测试过程中，在不同测点下，电压互感器的误差主要由一次励磁导纳变化值所带来的。

1.2.2 测试过程

针对以上所分析的测试原理，在测量过程中，Y’1的测量相对较为困难，所以一般选择二次测开路导纳的测量值代替Y’1，但二者并不完全相等。这主要是由于Y’1测量过程中，所得到的值还包括分布电容的容纳，该容纳值与Y2测量过程中得到的值并不相同。所以，在实际测量中，将两电路正交盘均置于LC位置，分别读出两个数值，控制两次电压相同，将两次得到的试验数值相减，基于比例折算方法，即可计算出高压侧的分布电容，进而得出相对应的Y1c’和Y2c’数值，代入公式当中进行计算。

在实际电压互感器误差测试过程中，运用上述公式和测量方法，进行适当拓展延伸，得到相应的试验结果。该过程中，大多数参数均可使用互感器校验仪测量得出，在部分环节，搭配使用小型标准器和小型升压器（低于1000V），即可得到相应的误差值，操作较为便捷，且结果较为精准。表3为电压互感器误差精度等级和最大允许误差。

表3 电压互感器误差精度等级和最大允许误差

1.3 测试注意事项

在测试之前，应当进一步校对测试过程中所需要的各类仪器，保证仪器设备的工作精准度，绘制出相应的校正曲线和校正表格，使其作为后续测量过程的重要参考，根据校正表格和曲线，引入相应的修正值，使得测量结果更加精确可靠。同时，为降低误差，应当尽量从根源上消除附加误差问题，确保各类仪器仪表能够在常规条件下运行。

比如，正确安装仪器仪表，科学调整仪器仪表，使其稳定运行，保证其运行精准度，针对容易影响仪器仪表精确度的外来电磁场、环境温度、频率和电源电压波形等因素加强调整，控制其在合理范围内，维持仪器仪表的正常运行状态。另外，在电压互感器误差测试过程中，为保证测试结果的精确度和科学性，还可多次使用不同的测量方法，对比分析测试结果。

无论采用何种电压互感器误差测试方法，其操作过程均在电网带电环境下进行，所以除了要确保误差测试精度外，还必须保证整个过程安全进行，避免发生设备故障或电网事故。在压降校验仪接进过程中，针对其导线进行检查，若为四芯屏蔽电缆线，那么在接近之前，应当先使用100V兆欧表，同时要加强检查，做好运营维护工作，防止电气设备在后续出现故障短路问题。在测试过程中要保障三芯通电，并严格地控制接线线头，防止出现短路，影响了后续的测量状态。在正式测试开始前也要做好充分的前期准备工作，要对机器设备进行详细的检查，并对电缆线进行核对，明确丈量误差，对设备进行保存，在每次检测完后毕后也要及时消除误差，以此降低其对丈量的影响，并保障操作安全进行。

2 降低电压互感器误差的方法

2.1 减小二次回路压降

为降低电压互感器误差，减小二次回路压降，应当科学设置计量专用的二次回路。对于重要电能表中，所安装的专用二次回路，与继电保护装置，与电能表相连接。此外，针对10kV测量计，在使用过程中，还可在靠近PY开关室的区域安装电能表，以此缩短二次导线的长度，降低二次回路压降，进而减小电压互感器误差。但由于该过程涉及的开关室，其随着季节温度的变化较为明显，因此同时仅适用于保护室与开关室在一起的环境当中，且须使用附加误差相对较小、温度特性较好的电能表。

此外，对电压互感器的二次导线截面进行加粗处理，也能够通过减少接点与电阻的接触，进而减小电压互感器二次回路压降。二次回路导线，一般由铜质单芯绝缘线制作而成，且二次回路连接导线的截面应当根据电压降允许范围进行确定，一般控制在2.5mm2以上，以此减小误差。

2.2 做好误差合理配对

针对以上电压互感器误差计算过程来看，互感器的合成误差，与角差、比差等均有所关联，因此在安装过程中，应当尽量做到合理配对，尽量使得电压互感器，在接入电能表同一元件的过程中，控制比差符号相反、数值相等或相近。

2.3 控制在额定负载内运行

当电压互感器运行在额定负载内时，其精度有所提高，相应地合成误差便会有所下降。对于电能计量装置而言，准确度是最基本也是最重要的要求，而准确与否主要通过误差进行判断。作为主网线损考核的重要指标依据，电能计量装置影响着电力系统的整体发展效果，所以必须进一步优化电能计量工作，提高电能计量装置运行精准度，保证公平工作，控制在额定负载内，以此降低电压互感器误差。