三元件三相組合互感器誤差影響分析

任麟東，劉 剛，江 波，陳湘萍

(1.貴州大學(xué) 電氣工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025;2.四川省電力公司 計(jì)量中心，四川 成都 610000)

1 概述

目前在我國電力電網(wǎng)系統(tǒng)中大用戶和專用變作關(guān)口進(jìn)行點(diǎn)亮貿(mào)易結(jié)算的裝置，一般采用10～35 kV的三相組合互感器(計(jì)量箱)。其電能計(jì)量準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到電力供需雙方的經(jīng)濟(jì)利益，因此實(shí)現(xiàn)對三相組合互感器的準(zhǔn)確檢定有了極為深刻的意義。

國家有關(guān)部門于2004年8月1日實(shí)施的JB/T10432-2004《三相組合互感器》標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)范了三相組合互感器的試驗(yàn)方法，其指出:三相組合互感器的誤差試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)及相互干擾試驗(yàn)均應(yīng)在施加三相電壓和三相電流的情況下進(jìn)行［7］。但目前國內(nèi)各級測試機(jī)構(gòu)和組合互感器的制造廠家均沒有適用于三相組合互感器檢定的裝置，產(chǎn)品試驗(yàn)均采用單相法即在單相電源下采用單相檢定標(biāo)準(zhǔn)分別對三相組合互感器的各個(gè)互感器進(jìn)行獨(dú)立的誤差檢定和其它試驗(yàn)。顯然，這種方法既不符合現(xiàn)行國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，又不符合三相組合互感器實(shí)際工作的情況，這種情況下帶來的檢測誤差就容易影響到電能貿(mào)易結(jié)算的公平公正性，并影響到產(chǎn)品的性能質(zhì)量。

本文采用了單相法和三相法對三元件三相組合互感器進(jìn)行了誤差分析。

2 三相組合互感器檢定方法

2.1 單相法檢定

三相組合互感器的單相法［1］是指在單相電源條件下采用傳統(tǒng)校驗(yàn)方法對三相組合互感器中的一個(gè)電流互感器(CT)或者電壓互感器(PT)單獨(dú)進(jìn)行校驗(yàn)，其原理框圖如圖1所示。

圖1 單相法檢定三相組合互感器原理框圖

由原理框圖可以看出采用單相法檢定只是對三相組合互感器其中的某一相的電流互感器(CT)或電壓互感器(PT)進(jìn)行誤差檢定，其余電流互感器二次繞組或電壓互感器二次繞組分別進(jìn)行短路或開路。而單相法檢定三元件三相組合互感器的接線方式上存在很大的爭議，其接線圖如圖2所示。檢定電壓互感器誤差接線圖如圖3所示。

圖2 三元件三相組合互感器電壓誤差接線圖

圖3 電壓誤差接線圖

由圖2、圖3電壓誤差接線圖可以看出，三元件三相組合互感器在采用單相法檢定電壓誤差時(shí)，其被試一次和二次接線會不可避免多穿入一個(gè)繞組。這樣的接線方式是將一次兩個(gè)繞組和二次兩個(gè)繞組同時(shí)進(jìn)行電壓誤差試驗(yàn)，這與圖3所示的電壓誤差檢定接線完全不符，因此試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)完全不可靠。

2.2 三相法

三相法［2］是模擬三相組合互感器實(shí)際工作狀態(tài)，同時(shí)在三相加載電流和電壓的情況下對其進(jìn)行檢定。三相法原理框圖如圖4所示。

圖4 三相組合互感器三相檢定法原理框圖

由原理框圖4可知，三相法的高壓三相組合互感器檢定系統(tǒng)主要由三相組合互感器檢定控制臺、帶升流器的高壓標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、升壓器、標(biāo)準(zhǔn)TV(標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器)、三相組合互感器校驗(yàn)儀及被試品等組成。其檢定三元件三相組合互感器電流誤差線路圖如圖5所示。

圖5 三相三元件電流互感器檢定接線圖

采用三相法對三相組合互感器中電流互感器進(jìn)行檢定時(shí)，由三相組合互感器檢定控制臺經(jīng)升壓器，將電壓升至三相組合互感器的工作電壓，并由標(biāo)準(zhǔn)TV監(jiān)視升壓電壓值。隨之，在三相組合互感器檢定控制臺控制下逐步升流，對三相組合互感器中的電流互感器實(shí)施檢定。檢定三元件三相組合互感器電壓誤差線路圖如圖6所示。

圖6 三相三元件電壓互感器檢定接線圖

同理當(dāng)采用三相法對高壓組合互感器中的電壓互感器進(jìn)行檢定時(shí)，由三相組合互感器檢定控制臺先將三相組合互感器的電流互感器一次側(cè)電流升至額定電流值，其二次側(cè)短路或接入負(fù)載，并通過標(biāo)準(zhǔn)電流互感器監(jiān)視升流電流值。然后，在三相組合互感器檢定控制臺控制下逐步升壓，進(jìn)而對三相組合互感器中的電壓互感器進(jìn)行檢定［3］。

3 三相組合互感器誤差試驗(yàn)

基于以上三相組合互感器校驗(yàn)平臺，對一組電流準(zhǔn)確級為0.2S、電壓準(zhǔn)確級為0.2的三元件三相組合互感器分別采用單相法與三相法進(jìn)行誤差試驗(yàn)［5］，對比其測量結(jié)果。

3.1 單相法誤差試驗(yàn)

對同一組三元件三相組合互感器采用單相法進(jìn)行誤差試驗(yàn)，其電流誤差曲線如圖7所示，電壓誤差曲線如圖8所示。

由此圖我們可以看出單相法電流誤差比差曲線是隨著電流增大而增大的曲線，角差曲線是隨著電流增大而減小的曲線［6］。電壓誤差的比差、角差曲線則是一個(gè)平緩的曲線。電流、電壓的比差均在0.2范圍內(nèi)，角差均在10的范圍內(nèi)，即誤差沒有超差，互感器檢測合格。

圖7 單相法電流誤差曲線圖

圖8 單相法電壓誤差曲線圖

3.2 電流、電壓相互影響誤差對比

三相組合互感器是將電流互感器(CT)和電壓互感器(PT)密閉在一個(gè)容器內(nèi)，當(dāng)其工作時(shí)一次電流產(chǎn)生的磁場和一次電壓產(chǎn)生的電場不可避免會對電壓誤差和電流誤差造成影響［4］。

將單相法檢測所得的比差、角差與用三相法檢測所得的比差、角差做差，取其絕對值，比較其變化量。那么0.2S級的電流互感電流誤差絕對值不超過4，0.2級的電壓互感器電壓誤差絕對值不超過20。

電流誤差差值曲線如圖9所示。由圖可知，單相法和加額定電壓的三相法電壓誤差做差，其電場在20%In電流以下時(shí)對比差、角差差值曲線是一個(gè)很陡的曲線。其中A相比差差值接近0.5，超出了0.4的誤差差值范圍，B、C相比差差值接近0.4。由此可見在20%In以下電場對電流誤差的影響是較大的，而且很可能存在超差的情況。在20%In以上電流誤差比差、角差差值曲線均是平緩的曲線。由此可見隨著一次電流增大，電場對電流誤差逐漸減小，即20%In以上電流誤差差值為一個(gè)較為平緩的曲線，并且比差差值與角差差值均在正常的范圍內(nèi)。

圖9 額定電壓下電流誤差變化曲線

將單相法檢測所得的比差、角差與用三相法檢測所得的比差、角差做差，比較差值變化量。電壓誤差差值曲線如圖10所示［8］。由圖可知在一次電流額定的情況下，80%Un以下比差、角差差值曲線是相對較陡的曲線，比差差值在0.1到0.5范圍內(nèi)，角差差值在6到16范圍內(nèi)。其中C相比差差值超過了0.4，那么C相比差就可能超差。由此可見，磁場對80%Un以下的電壓誤差影響較大。隨著電壓的增大，80%Un以上的比差、角差差值曲線為一個(gè)較為平緩的曲線，由此可知其磁場對電壓誤差的影響隨著一次電壓的增大而減小。

圖10 額定電流下電壓誤差變化曲線

4 結(jié)論

本文對國內(nèi)目前三相組合互感器的兩種檢定方法單相法和三相法校驗(yàn)法進(jìn)行了探討。分析了單相法的不足，同時(shí)也利用三相法分析了一次電壓、電流的相互影響。結(jié)果表明:

1)采用單相法對三元件三相組合進(jìn)行電壓誤差檢定存在原理上的問題，所以單相法不能準(zhǔn)確測出其電壓誤差;

2)采用三相法檢定三相組合互感器可知一次電流產(chǎn)生的磁場對80%Un以下的電壓誤差影響較大，隨著電壓的逐漸增大，磁場對電壓誤差的影響逐漸減小;一次電壓所產(chǎn)生的電場對20%In以下的電流誤差影響較大，甚至?xí)霈F(xiàn)超差情況，但隨著電流的增大電場對電流誤差的影響逐漸減小。

由此可見對于三相組合互感器的誤差校驗(yàn)必須采用三相法才能準(zhǔn)確的校驗(yàn)出三相組合互感器的誤差，以保證電能貿(mào)易結(jié)算的公平公正性。

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［5］ 張有順，馮井崗.電能計(jì)量基礎(chǔ)［M］.中國計(jì)量出版社，2002

［6］ 吳安嵐.電能計(jì)量基礎(chǔ)及新技術(shù)［M］.中國水利水電出版社，2008

［7］ 2004，JB/T10432.三相組合互感器［S］

［8］ 2004，JB/T10433.三相電壓互感器［S］