電壓互感器二次回路壓降影響電能計量的原因分析及應對策略

薛曉慧，薛峪峰，郭志華，張友璇，黃雪剛，寇 震

（1.國網青海省電力公司，青海 西寧 810001；2.北京中電普華信息技術有限公司，北京 100085）

0 引 言

電壓互感器是電力系統的主要組成，其二次回路上的電阻會導致測量信號通過二次回路時產生壓降，從而使得測量值與真實電壓值存在差異，影響電能計量[1-2]。為了解決電壓互感器二次電壓下降對電力系統的影響，需要采取必要措施，確保計量誤差在合理范圍[3]。在采取措施前，需要分析電壓互感器二次回路壓降影響電能計量的原因，從而制定合理的應對策略。

1 電壓互感器二次回路壓降對電能計量的影響原因分析方法

深入分析電壓互感器二次回路壓降對電能計量的影響原因，為制定應對策略奠定基礎。在分析過程中，為了保障實驗結果的準確性和可靠性，采用多種方法結合的形式分析影響原因[4]。分析方法包括電壓互感器誤差測試技術、同步采樣法、直接測量法、無線傳感器技術以及微分測量法等，具體如下所示[5]。

1.1 電壓互感器誤差測試技術

該技術是用于測量電壓互感器二次回路中振幅差和相位差的方法。具體而言，這是一種用于評估電壓互感器二次回路中同相線誤差（即振幅差和相位差）的測試方法，在測試過程中通常會使用高精度的數字電壓表或示波器來進行測量，并且可以將測量結果用于校準和誤差修正電壓互感器。

1.2 同步采樣法

通過同步采樣法可以測量電壓的相位角，利用同步機來檢測電網中的電壓信號，并與參考信號進行比較。其原理是將被測電壓信號與參考信號通過特定的技術（如鎖相環）進行同步采樣，然后對比它們的相位差來確定電壓的相位角。同步機通常由穩定的振蕩器和高精度的計數器組成，能夠提供非常精準的參考信號。使用同步采樣法測量電壓相位角的好處是準確性高且受干擾較小。

1.3 直接測量法

這是一種直接測量二次電壓降低值的方法，通過直接測量二次電壓的降低值來獲得結果，不需要進行計算。這種方法使用簡單的工具和儀表進行測量，但在提高測量精度方面有一定的困難。

1.4 無線傳感器技術

無線傳感器技術是一種電壓測量方法，旨在改善測量精度和校準零位誤差。在無線傳感器技術中，為了減小感應電勢的影響，可以將無線傳感器安裝到輸電線路，從而分段測量長線路的電壓。該技術利用傳感器裝置將電壓信號轉換為可靠的無線信號，并通過無線傳輸方式將信號傳遞給操作員進行測量和監測。此方法對于長線路和大面積二次回路的測量尤為適用。

1.5 微分測量法

微分測量法是一種用于測量電壓或電流信號變化率的方法?；谖⒎e分中的導數概念，通過計算信號的斜率或變化速率來獲得相關信息。該方法更加簡單，便于實現。在實驗設計中，還可以通過調整零位誤差來進一步提高測量精度。

此外，在電力系統中使用電壓互感器進行電壓測量時，包括對220 kV 系統線路和保護電纜的電壓測量。其中，測量220 kV 系統線路電壓時，為了得到最小化零位誤差，可以通過適當調整電壓互感器的工作參數，包括校準互感器的零位電阻，來達到更準確的測量結果。而在保護電纜的電壓測量中，為了抑制外部電磁場的干擾，通常采用外部測量方法，如使用屏蔽線纜或其他抗干擾措施，以提高測量的精確性。

通過上述方法的結合進行電壓互感器二次回路電壓的測量和計算，根據測量和計算結果，分析電壓互感器二次回路壓降對電能計量的影響原因，基于分析結果制定應對策略[6]。

2 實驗部分

2.1 實驗準備

實驗以電壓互感器為研究對象，在實驗過程中，連接高速開關觸點和熔接管，連接線長度較長，并且確保其電阻值相對較高。電壓互感器的二次回路如圖1 所示。

圖1 電壓互感器二次回路

圖1 中最左側的A、B、C 為電壓互感器的三相，P 表示主繞組，最右側的R1和R2表示電阻。以圖1所示的電壓互感器二次回路為研究對象，分析二次回路的比值差（電壓互感器二次回路實際變比與額定變比之間的偏差）、由二次電壓降引起的角差以及二次壓降比值，從而驗證該研究的有效性。

2.2 實驗設計

根據《電能計量裝置技術管理規程》（DL/T 448—2000）關于電氣測量設備管理的規定，對于I 類測量裝置，準確度應不大于額定二次電壓的0.5%，實驗的輸入電壓分別采用170M1571 型熔斷器及A70QS50-4 型熔斷器進行比較。在降低電壓互感器二次回路中的壓降方面，互感器二次回路的連接導線應采用銅制單芯絕緣線，連接導線的截面積應由計算來確定。

為了降低電壓誘導器在次級回路中的壓降，要求在小于額定次級電壓0.25%的次級回路中，使用電壓誘導器對二次集成端子與同相線電壓之間振幅差和相位差的組合值進行計算。這樣能夠快速計算出角差。對于二次電壓互感器方案中的35 kV 以上的電壓互感器，需要每2 年至少進行一次壓降檢查。

點計算方法主要要求測量精度高。為了滿足高測量精度的要求，當二次回路線很長且二次回路面積很大時，宜選擇差值的測量方法，并采用模式調制載波頻率，即使用直接測量法來測量壓差。

目前使用的4 條主電纜的長度通常為200 m，每條電纜的電阻值為12 Ω。通過誘導器測試方法測量二次回路的電壓，應采用同步采樣法，使用同步機來測量電壓、電流以及電壓相位角。若在斷電的情況下進行設備的計算（如電感檢測器的計算），則需進行特殊的計算步驟。采用感應校準法可以提高電壓互感器的精度水平。在測量方案中以220 kV 電壓為例，將電壓互感器電纜末端連接到檢查員控制的電壓互感器插座。通過將這些電纜連接到電壓互感器的一次側，可以用于構建電壓互感器系統線路，并進行儀器校準。

3 實驗結果

以電壓互感器為研究對象，通過前文的分析方法得到實驗結果，即比值差、角差以及二次壓降比值，結果如表1 所示。

表1 電壓互感器二次回路的壓降測試結果

根據表1 可知，實驗采用了1 號主變關口表和2 號主變關口表，相位為A、B、C，比值差范圍為-0.204%～0.166%，角差范圍為-7.600′～8.500′，二次壓降范圍為0.159%～0.207%。在100 kV 和35 kV 二次回路進行的實驗中，使用的繼電器等功耗較大，二次回路保護裝置輔助電壓計量方案連接到不必要的負載設備。

4 電壓互感器二次回路壓降影響電能計量的原因

根據以上所述的實驗結果，分析得出電壓互感器二次回路壓降影響電能計量的原因包括以下幾點。一是220 kV 合閘裝置不使用特殊的電纜線，因此從測量裝置到電壓互感器的回路引線更長，線路阻抗和回路引線電壓的增加會導致測量裝置的誤差增大。二是隨著二次回路電壓互感器方案的過度負擔和不同保護裝置的老化，增加了能耗，二次回路電源增加，壓降增加。三是二次回路電壓互感器的熔斷器管道兩端簧片被刮傷壓縮，形成了許多接觸點。簧片容易受到表面氧化和外部環境影響，這些影響因素產生的主要原因為簧片位置產生不良接觸。以220 kV 為例，現場設備不良接觸點的電壓、電流以及電阻測量值結果如表2 所示。

表2 現場設備不良接觸點的有關數據

由表2 可知，不良接觸點的電阻達到了9.5 mΩ以上，最高達到了11.7 mΩ，而正常情況下，二次回路電壓互感器管道兩端簧片的電阻小于5 mΩ，甚至更低。電壓互感器二次回路壓降受簧片受損的影響，可能改變了電壓互感器的某些工作特性，如電路的阻抗或者電流分布等，從而影響了二次回路的壓降。

5 應對策略

在上述分析的基礎上，采取了以下的改進措施，以應對相關二次電壓互感器方案中的壓降問題。首先，在220 kV 關口測量裝置中放置專用電纜，可有效降低二次阻抗方案，并降低回路壓降。其次，更換當前二次方案中的老化涂層，并通過拆除二次電壓互感器方案中不必要的工具來減少負載損耗和電流周轉，從而降低方案中的電壓損耗。最后，替換二次電壓互感器方案中的170M1571 型熔斷器。不同型號熔斷器的電壓降比較如表3 所示。

表3 不同型號熔斷器的電壓降

從表3 中可以看出，不同型號的熔斷器在輸入電流固定時，其電壓降效果不同。170M1571 型熔斷器的電壓降在輸入電流為100、150、200 mA 時，均比A70QS50-4 型熔斷器高，兩者最高相差7.2 mV，在輸入電流為100 mA，兩者相差最小，數值為2.9 mV。由此可知，隨著輸入電流的增加，不同型號熔斷器的電壓降不斷增加，但是A70QS50-4 型熔斷器的電壓降數值增加較小，其在輸入電流固定時，電壓降數值低于170M1571 型熔斷器，說明A70QS50-4 型熔斷器降低二次回路的壓降效果高于170M1571 型熔斷器。因此，應用A70QS50-4 型熔斷器替換170M1571 型熔斷器可以有效降低電壓互感器二次回路的電壓降效果。

6 結 論

為確保電壓互感器在允許的誤差范圍內穩定，避免影響電能計量，需要采取一些措施。因此，深入分析了電壓互感器二次回路壓降影響電能計量的原因，并且給出了應對策略。該研究采用電壓互感器誤差測試技術、同步采樣法、直接測量法、無線傳感器技術以及微分測量法等方法進行電壓互感器二次回路壓降對電能計量影響原因的分析，基于分析結果，提出采用替換電壓互感器二次回路中熔斷器的應對策略，避免二次回路壓降影響電能計量，從而提高電能計量的可靠性。