電容式工頻高壓標準的研究與應用

摘 要：電容式工頻高壓標準關系由精確的高壓電容器和低壓電容器以及二次測量系統組成，在發達國家已經使用了70多年。現在，它已廣泛用作100kV及更高電壓頻率報告的標準，以評估變壓器故障。

關鍵詞：電容;工頻高壓;標準器

國家的高壓計量站第一部分保護著中國的高壓計量，在1960年代開發的精度為300，000的18kV電阻分壓器。然后，在1980年，在標準建設工作中完成了110kV標準的比率，并且以110kV頻率相對于35kV標準電壓對110kV電壓校準標準單元的完成。2006年，國家高壓計量站完成了建設500kV電容性頻率電源的標準，測量不確定度優于5×10-5。在我國，已安裝了一種將電子測量和電容測量結合起來以進行高壓測量系統監視和傳輸的工作保護系統。

1 電容式工頻高壓標準器線路的研究

1.1 電位差電橋型

該測量電路的特殊功能是通過電容分壓器提供標準的二次電壓測量器。被測變壓器的第二電壓與電容器的分壓器相同的分壓比被轉換成通過斷路器電路測得的電壓。正常電壓提供兩個極限電壓平衡。因此，電容器的分壓器負載電流為0，因此不會發生其他誤差。這種測量器是可以直接讀取故障，但是將低壓電極的容量保持在標準電壓的電容器低壓電極中的接地電位的裝置與流通電路的裝置相同。現有的測量設備配置手冊等進行環路測量時，每個數據功能都會讀取兩次。由于我們現在使用的是當前最好的電子跟蹤器，因此該電路對于實施非常有用。

1.2 等功率電橋型

兩個電橋均具有電流比率轉換的功能，因此，流經高壓電容器和低壓電容器的電流可以不同。以此方式，可以使用具有大約100nF的電容值的氣體電容器（諸如3320型電容器），并且tanδ<1×10-5。高壓冷凝器和單凝氣體的穩定性也可以使用。高電壓容量與低電壓容量之比與測得的VT電壓之比不是恒定的，因為安裝了正確且合適的氣體冷凝器，并且支路的數量無法直接讀取不完整數誤差。由于可以與固定電容器并聯的調節單個1kV100pF電容器的變化，因此在校準階段將橋電容對比度設置為磁盤1，將紫外線磁盤設置為0。電橋性能相對于測量的變化和對應于變壓器與反正相的弧度值之比的差異，從而可以直接讀取誤差。在轉換初始值后，可以將對其進行手動操作。

當前用于測量兩線VT干擾的高壓電容器是所有電流類型的比較，可以將其分為有源和無源兩種。有源類型使用電子電路來產生的方電位并調節相位平衡和微磁電位。使用這種類型的無源RC網絡無需電子放大器即可移動。由于其高精度的緣故，在調節和使其平衡的過程中，會聚角始終可以保持在90°。同時，它具有適合于VT測量的正負詢問測量功能，因此，由于相差可能為正或負，也因此它是同一功率測量的首選。但是，由于使用了電子放大器，因此電流系數比手冊中的要大，因此請務必在使用時糾正誤差。

下圖顯示了兩個電源橋的典型VT故障電路。當前的C1回路電流>C2回路電流，比較器電橋電流適合于電流連接>1的測量，因此需要將C1連接到電橋CX端子，將C2連接到CN端子。

2 電容式工頻電壓比例標準器的誤差與校準

使用電容性電壓時，比例的標準單位（此處稱為標準單位）為組合標準單位。其準確性與標準設備各個單元的準確性有關。誤差為其各自的誤差以及組合后產生的附加誤差的綜合。因此，可以獲得根據構圖控制方法的構圖控制方法。但是，由于工作量大，精度低，難以實現。實際的標準誤差在很大程度上取決于整個校準過程。

典型的標準校準通常僅在特定的電壓比下執行。JJG314-94僅需要一個校準點（標稱電壓的20%），但是有必要在操作過程中將電壓盡可能提高以提高校準精度。由于這是校準點，因此，如果存在與測試標準相匹配的電壓，則在較高電壓的測量中可能會出現錯誤。需要對其進行測量和評估。

如《國家計量驗證聲明》JJG314-94中所述，《全面替代校準標準》是一種用于實驗室測量和國際比較的實用，準確，可靠且經過驗證的方法。替代方法需要具有較高分辨率的穩定測量系統。標準尺寸和樣品尺寸必須是同一類型的單位，并且其標稱值必須相同。另一種方法是間接比較方法，通常需要切換測量系統并進行差分測量。

測量步驟與四種常用的標準器測量線路的替代方法相同。首先把標準的電壓互感器當作飾品接入測試線路，配置為調整連接到儀表線的儀表的電壓分布，故障計數器會顯示標準電壓互感器的校準值。準確性與標準實驗室的理論相同。對于僅具有測量功能的設備，例如電壓橋，輸入和標準電壓互感器也可能以錯誤的單位用于信號值。主要是在出現電壓錯誤的情況下不會失敗。完成上述校準后，可以用被測產品替換標準電壓互感器并進行正式測量。

除校準點外，測量點誤差還疊加在其他標準和系統測量誤差上。干擾旨在評估高低壓電容器和標準電壓電容器的影響的測量系統，該系統用于測量恒定標準時間，大氣中電磁干擾的幅度，并會隨機變化。我們需要根據標準的具體結構進行管理。他的高壓標準電容器的電壓系數Th已如前述，進口商品的技術條件規定Tst3×10-5，tanW≯1×10-5，國產設備T≯3×10-5，tanW≯2×10-5，均以滿足實驗室測量的標準要求，Th可不作考慮。

3 電容式工頻電壓標準的應用

電容器與標準電壓（以下簡稱為標準電壓）之比為復合標準電度表。標準電壓與各種標準度量單位的精度有關。因此，可以根據控制方法獲得標準誤差。但是，由于工作量大，精度低，因此難以實施這一種方法。當前的標準誤差在很大程度上取決于整個校準過程。

標準液的正常校準通常僅在一定百分比的電壓下執行。JJG314-94僅需要記錄電壓的20%校正點，但是為了提高校準的準確性，有必要在操作過程中使電壓盡可能的提高。由于這是一個校準點，所以如果它與被測試的標準電壓有關，則在測量較高電壓的結果中可能會有一些誤差，并需要對其進行深度測量和評估。

使用別的方法來測試標準品是一種很高效的方法，適用于實驗室和國際比較中的測量，并且在國家法規JJG314-94中對準確可靠的稱量驗證進行了描述。標準量和樣本量都必須屬于同一個儀器的測量，因此標稱值是相同。換句話說，另一種方法是比較間接的方法，該方法應用于轉換整個測量系統，從而以獲得方差測量。

常用的四個標準測量電路具有相同的測量方法。首先，使用標準的電壓互感器作為測試產品以達到測量范圍，測量故障的設備需要使用標準驗證值來調整測量單元的分壓。該理論類似于標準的實驗設置，對于僅具有測量功能的設備（例如高壓電容器），故障測量設備可以檢測到信號，并且可以將標準電壓轉換作默認電壓，而不會受到任何干擾。完成上述校準工作后，可以用測試產品替換標準電壓互感器以進行正式測量。

測量點超出校準點的誤差解釋會導致更多誤差，從而超出測量系統的標準。誤差包括高壓電容器和低壓電容器測量系統的T電壓系數，恒定的標準時間測量系數，電磁干擾的大小和方向的隨機變化等，以及對標準中特定結構的影響和評估。其中，高標準電壓的系數是Th進口商品的技術狀態Tst3×10-5，tanW≯1×10-5，家用電器T≯3×10-5，tanW≯2×10-5是的不足以滿足所有常見實驗室測量要求，因此不考慮Th。

可以使用電容器比較器直接測量低電壓標準電壓系數T1。使用的工具是有源比例分支橋。它的使用稱為參考標準的電壓T因子和標準電容器。可以在其他電容器上測量的標準電容器通常是氣體絕緣電容器，并且通常是多層板結構。如果對電容器的要求很高，則可以通過根據標準規范添加測量規范K來糾正規范引入的測量誤差。

4 結語

本文首先從電極系統的熱膨脹以及壓力容器效應等方面對影響高壓標準電容器電容量穩定性的因素進行了分析，然后從電位差電橋型、有源阻抗電橋型以及等功率電橋型等方面對電容式工頻高壓標準器線路進行了研究，接著對電容式工頻電壓比例標準器的誤差與校準進行了研究，再接著對電容式工頻電壓標準的應用進行了分析，最后希望通過本篇文章的研究對今后的專家學者研究與電容式工頻高壓標準與應用相關的課題有一定的借鑒與啟發作用。

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作者簡介：劉旗峰（1963—），男，漢族，福建福州人，本科，高級工程師，研究方向：從事電學計量。