对电压互感器二次回路压降误差的测试及其电能计量误差的改进技术

(包头供电局，内蒙古 包头 014000)
摘 要：介绍了电压互感器二次回路压降的测试及与二次回中参数、一次回路×角的关系，给出了电压互感器二次回路电缆线的容许电阻值及所需截面，提出了几种降低电压互感器二次回路电压降带来的电能计量误差及电费损失的技术改进方法。
关键词：电压；互感器；二次回路；压降误差；测试技术
中图分类号：TM451  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2008)08—0153—03

安装运行于电厂和变电站中的电压互感器，往往离装设于控制室配电盘上的电能表有较远的距离（例如，有的220kV变电站，此距离长达500m），它们之间的二次连接导线较长，而且往往接有快速开关接点及保险管等，其电阻值较大；如果二次所接表计、继电保护装置极其他负荷较重负荷电流较大，则由此引起的二次回路压降将较大。

如图1（ɑ）所示，由于电压互感器与电能表间的二次回路上有电压降（R+JX）I、（R+JX）I、（R+JX）I，导致电能表端子上的电压（U‘AB与U’CB）不等于电压互感器二次的端电压（UAB、UCB），包括其大小和相角都不相同，即（UAB≠U’AB,UCB≠U’CB,UAB与U’AB,间存在相角差,UCB与U’CB间存在相角差,）从而给电能计量结果带来误差。

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因此电压互感器二次回路压降测试计算的任务就是要求出二次回路压降△Uab和△Ucb（或△Ua、△Ub、△Uc）的大小，以及由于二次回路压降所引起的比差Fab与Fcb、角差ξab与ξcb、电能计量误差ε的大小。
1 测试计算方法

根据电能计量装置管理规程DL448-91的规定（1），电压互感器二次回路压降，对I类计费用计量装置（其计量对象包括月平均用电量100万kW•h及以上或变压器容量为2 000kVA及以上的高压计费用户；10万kW及以上发电机；跨省电网之间的联络线），应不大于额定二次电压的0.25%电压互感器二次回路电压降以电压互感器二次统组端子与电能表端子的同相别线电压（注：三相四线电路取相电压）之间的幅值差和相位差（以弧度表示）的合成值（用方和根法计算）来考核。运行中的电压互感器二次回路电压降检验周期：对35kV及以上电压互感器二次回路电压降，至少每两年检验一次；对35kV以下电压互感器二次回路且具有中间触点，其电压降，至少每4年检验一次。
1.1 对测试计算方法的主要要求：①测试准确度要高。要求电压互感器二次回路电压降测算的绝对误差△U，对I类计费用计量装置；应不大于额定二次电压的0.05%其它计量装置，应不大于额定二次电压的0.1%；②测试要简单易行；③测试的结果受电源波动和外界电磁干扰的影响要小；④算要简单；⑤无需高准确度测试仪器与仪表。

从保证测量准确度高的要求出发，应选用测差的方法，即直接测量差压的方法，而不宜采用间接测量法，即先测二次电压然后计算差压的方法。
1.2 测算电压互感器二次回路电压降的方法有下述几种：①互感器校验仪法（或电压互感器二次回路压降校验仪法）。它基于测差原理，在诸多测算方法中，应该说是最准确的。其不足之处是需由控制室配电盘单独引出长线至变电站；②相位伏安表法。它是用相位伏安表测出电压互感器二次回路的电压、电流及其与电压间相角；再设备停电的情况下，用互感器校验仪测出二次导线的阻抗；用计算的方法求出二次回路的电压降及计量误差之值。此方法的优点是不需要引临时长线。缺点是当电压互感器二次回路为有公共电缆线的多分支电路时，计算较麻烦；算得的值中未包括外界磁场在二次回路感生的电势。而当二次线很长，二次回路的面积大时；此感应电势往往不能忽略不计；③无线监测仪法。它采用调制解调原理。

监测仪由主机与辅机两部分组成。主机与辅机分别装于电压互感器侧与电能表侧。用辅机测量电压互感器二次端电压的幅值与相位，经模一数变换、数据处理、脉冲编码后对一载波频率进行调制。调制波通过电压互感器二次电缆传送到主机。用主机测量电能表端电压的幅值与相位，用主机内的单片机计算二端电压间的比差和角差。此方法的优点是不需另敷设临时长电缆；且可长期自动监测缺点是由于采用了间接测量的方法，其测量准确度难以提高；④小量限高内阻电压表法。它基于测差的原理，测量准确度高；可以直接测出二次回路电压降之值，无需进行计算；现场测试时携带的仪器、仪表简单。缺点是得不出计量误差之值；需引临时线。此法可作为互感器校验仪法的一种补充，二方法相互旁证。
1.3 为提高二次回路电压降测量的准确度，可采用下述方法：①采用测差的方法和原理是提高测量准确度最有效的方法。与非测差方法相比，可提高测量准确度800倍和400倍；②对零位误差（即二次回路电压降为零时测量仪器的误差）进行修正（零位误差可通过自校得出），这也是提高测量准确度得方法之一。例如，采用互感器校验仪法，当所引临时电缆长达200m以上或者当所引电缆线长度与电阻值同该校验仪出厂校准时规定的电缆线长度与电阻值不相同时均有较大的零位误差，必须加以修正；③尽可能的减小零位误差之值。
1.4 当采用互感器校验仪法时，减小零位误差的方法如下：①提高100V/100V隔离PT的准确度级别。当被测对象为I类计量装置时隔离PT的准确级别应不低于0.02级，对于其他计量装置，隔离PT的准确级别应不低于 0.05级；②尽可能的减小所引临时电缆线的电阻值。目前配用的四芯屏蔽电缆线，其每根长度一般为20Om，每根电缆线的电阻值为12Ω。当采用户内测量方式时，由PT端引来的此长电缆线接于效验仪的PT电插座。即它们的电阻串接于100V/100V隔离PT的一次侧，压降效验仪出厂效准时，要按接入此阻值的情况下，将零位误差调至最小；③当采用户内测量方式时，为减小零位误差，应合理设计100V/100V隔离PT，力求减小其激磁电流的有功分量Ia和无功分量Ior；④当采用户外测量方式时，为消除各芯之间的电容泄漏电流引起的零为误差，应采用各芯有屏蔽的多芯屏蔽电缆；⑤消除外界电磁场对测量结果的干扰影响。
1.5 在高压变电站现场条件下，随着电压等级的提高，与输送容量的增大；电磁场的干扰影响不可忽视。在500kV高压线下，电场影响大。特别是当所引临时电缆线长达数百米时，要考虑外界磁场的干扰影响。为消除外界电磁场的干扰与影响，可采取下述办法：①所引临时长线要采用屏蔽电缆线，以消除外界电场的干扰影响。应指出；此屏蔽对高频外磁场亦能起到屏蔽的作用。但由于屏蔽的厚度不大，对工频及低频外磁场的屏蔽作用不大；②所引临时长线采用四芯屏蔽电缆线，且四芯是彼此绞起来的，以减小外磁场的干扰影响；③对采用两芯换位的方法，以消除外磁场在两芯线回路中感生电势的影响。其办法是各相电压降测量及自效测量时，都要在两芯末换位及两芯换位之后两种情况下；各测量一次，取两次测量的平均值作为测量结果。由于两芯换位前与换位后；感应电势的影响是相反的，故采用两芯换位并取两次测量的平均值的方法；可以消除外磁场的干扰影响。
2 降低电压互感器二次回路压降带来电能计量误差的改进技术
2.1 电压互感器二次回路压降引起的计量误差与二次回路参数（I、R、ΦL）及一次回路Φ角的关系：当电压互感器二次负载为V形接法，且AB相比CB相的负载均衡（即I1＝I3＝I且相位角相等），三相的二次导线电阻相等的情况下，二次回路压降引起的计量误差ε由下式表示：

ε＝2IR（cosΦL＋sinΦL igΦ）（％）

由上式可见，电压互感器二次回路压降所引起的计量误差ε取决于下述参数：①PT二次回路电流值I越小。则计量误差ε的绝对值越小。减小电流值 I的办法是直接由 PT二次端子单引专用电缆线至各路电能表；②二次导线电阻值R越小，则计量误差ε的绝对值越小。减小二次导线电阻的办法是加粗二次导线的截面；③一次回路Φ角对ε的影响如下：

当Φ为正值时；随着Φ角的减小，ε的绝对值亦减小。

当Φ为负值时，随着Φ角绝对值的增大，ε往正值变化。
2.2 电压互感器二次回路电缆线的容许电阻值及所需截面：根据《电能计量管理规程DL448一91》白的规定，对于1类计费用计量装置；电压互感器二次回路电压降，应不大于额定二次电压的0.25% 其他计量装置；应不大于额定二次电压的0.5%。
2.2.1 电压互感器二次导线的容许电阻值。为保证电压降△U小于规定值，要求二次导线电阻值R不大于其容许值。当三相 V接线——V负载，且ah与 oh相的负载均衡，三相的二次电阻相等时：

式中：I——电压互感器第一相或第三相二次导线中电流；
      R——三相电路中每相电缆线的电阻值；
      ΔU——二次回路电压降的容许值。
    计算举例：某特大用户(月平均电量500万kW•h），表用PT是V形接线，PY二次负载也是V形接线，已知：PT二次负载I＝I1＝I3＝0.2现计算每相二次导线的容许电阻值。
    
    故：每相二次导线的电阻值应小于O.47Ω
2.3 电压互感器二次导线的客许长度及所需截面：按铜线考虑，电压互感器（每相或每根）二次导线的容许长度L及所需截面S的计算公式如下：

三相V接线一V负载，且Ab与CB相的负载均衡时：为保证二次回路电压降△U小于容许值△Umax。应满足如下关系：
      
对于I类计量装置：L≤4.725／SI
                  S≥0.212LI
对于其它计量装置：L≤9.45S／I
                  S≥0.106LI
式中:I——PT第一相或第三相二次导线电流；
     L、S、R——由电压互感器二次端子接至电能表的连接导线的长度、截面积和电阻值。
2.4 降低PT二次回路压降带来计量误差及电费损失的技术改进措施：降低PT二次回路压降带来计量误差及电费损失的技术改进措施有以下几种：
2.4.1 对重要电能表装设专用的PT二次回路；对重要电能表装设专用的PT二次回路；即将电能表的二次回路与其它表计、继电保护装置等回路分开；直接由PT二次端子单引专用电缆至电能表。它的好处是：①由于电能表电压线圈的阻抗大；通过专用电缆中的电流I很小，从而可以减小二次回路电压降及由此带来的电能计量误差；②电能表采用专用电缆后，其二次回路电压降不受其他负载变化的影响；③为减小电缆线感抗及外界磁场感生电势的影响，PT专用二次回路电缆宜采用一根四芯或三芯电缆线而不宜采用多根分相的电缆线。为消除电缆芯绒间分布电容的影响，宜采用各芯有屏蔽的多芯屏蔽电缆。
2.4.2 加粗PT二次导线截面、减小接点接触电阻。
2.4.3 在双母线供电情况下；尽可能缩短b相公共电缆线的长度。在双母线供电情况下，PT二次回路电压降过大，其原因往往是由于b相采用公共电缆线，其长度很大、截面较小、阻值较大，而通过的电流较大（在公共电缆线中流过全部二次负荷电流）所致。改进的方法是将b相公共小母线的安装位置由控制室移至靠近PT的开关室，以缩短b相公共电缆线的长度，并加大其截面。
2.4.4 将电能表调快。以抵消二次回路压降所引起的负误差。
2.4.5 采用电压补偿器来补偿二次回路压降引起的比差和角差。电压误差补偿器是一种输出电压幅值和相角可以调节的装置。利用它来提高（或降低）加于电能表的电压回路的电压，可以补偿二次回路压降所引起的负值（或正值）比差；调整补偿输出电压的相角，可以补偿二次回路压降所引起的角差。装用电压误差补偿器与采用其他方法相比，具有如下优点：①效果好，它可以将计量误差减至最小，而无论是采用专用二次导线或加粗二次导线截面的方法，总还会有剩余的负误差；②简单易行，设备停电与否均可安装；③比另敷电缆线省为省事省钱、安全，计量人员自己即可安装无需其他班组配合；④造价低。缺点是在二次回路上增加了一个部件和事故点，补偿器必须保证安全、准确、可靠，保证不致因补偿器的故障造成电量的丢失。
3 结论

由于现场买际有很多不同的情况，如何根据现场的实际情况来，采用更合理的测量方法及降低电压互感器二次回路压降的方法是我们计量人员必须多钻研的课题，进而为提高经济效益做出应做的努力。

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