淺談電磁式電壓互感器誤差特性隱性惡化的原因分析

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【摘 要】.本文對電磁式電壓互感器的誤差隱性惡化的原因作了如下分析：tv額定容量不足；tv額定功率因數(shù)低于實際功率因數(shù)；諧波引起；電力系統(tǒng)過電壓引起；長期的熱作用。

【關(guān)鍵詞】.電磁式電壓互感器；誤差特性分析 【abstract】.electromagnetic voltage transformer errors recessive reasons for the worsening made the following analysis: the tv rated capacity; tv rated power factor is lower than the actual power factor; harmonics; overvoltage caused power system; long-term thermal effects. 【key words】.electromagnetic voltage transformer;error performance analysis 電磁式電壓互感器(下文簡稱為tv)作為電能計量裝置的一個重要組成部分，其誤差特性影響著電能計量的準(zhǔn)確性。tv的誤差特性是根據(jù)檢定規(guī)程要求按銘牌參數(shù)進(jìn)行試驗。而tv是在實際條件下運(yùn)行，在某些情況下，tv的實際誤差可能超出了允許值。正因為我們在tv的使用中忽視了這些情況，導(dǎo)致tv誤差特性惡化而未被察覺，即所謂的隱性惡化。由此，為減少電能計量誤差而在其它方面采取的措施得到的成效，反被tv誤差特性惡化而部分或全部抵消。因此，對引起tv誤差特性惡化的原因作了如下的分析。  1. 額定容量不足引起tv誤差特性惡化  由于tv繞組存在直流電阻和漏電抗，接上負(fù)載時必然產(chǎn)生壓降，引起二次電壓隨著負(fù)載而變化，即tv誤差隨之變化。按規(guī)程規(guī)定，選擇tv二次額定容量s?n時，應(yīng)使實際二次容量s不大于s?n，但不小于(1/4)sn，即(1/4)s?n≤s≤sn。tv實際二次容量可按下式計算：  s＝［(∑skcosφk)?2+(∑sksinφk)?2］1/2＝［(∑p k)?2+(∑q k)?2］1/2 式中cosφ?k——接在tv二次側(cè)的各設(shè)備的功率因數(shù)  s?k——接在tv二次側(cè)的各設(shè)備的視在功率(一般設(shè)計手冊可查到)  tv額定容量選取不足的原因，歸納起來，有如下方面： 1.1 先天不足：  （1）設(shè)計人員缺乏必要的計量專業(yè)知識，在額定容量的選取問題上認(rèn)識不足。 （2）對各種測量性質(zhì)不同的表計，或同一類不同工作原理的表計的電壓回路參數(shù)、結(jié)構(gòu)知之不詳，又不愿查有關(guān)的手冊，因而引起計算錯誤。  （3）對計量不夠重視，工作疏忽，對接入設(shè)備數(shù)量不清楚，如后備線路未計算在內(nèi)。  （4）為了節(jié)約投資，選取了額定容量較小或額定容量裕量不足的tv。   1.2 后天造成：  在計量設(shè)備安裝時，額定容量已正確選取了，因?qū)崟r監(jiān)測和管理的需要，除原來已接入的繼保設(shè)備、監(jiān)視用的電壓表、功率表、功率因數(shù)(相位)表、頻率表外，又接入遙測用的電壓變送器、功率變送器，電壓監(jiān)測儀，失壓儀，諧波監(jiān)測儀等等，這最容易發(fā)生在運(yùn)行多年的變電所。最嚴(yán)重的是，這些設(shè)備中，某些設(shè)備的工作電源還由tv供給，若只取自某一相時會使tv各相負(fù)載變得不平衡。還有，因用電形勢發(fā)展出乎意料的迅速，新線路一下子增加了許多而令tv回路設(shè)備相應(yīng)增加很多。這些不斷接入的設(shè)備，可能會使tv二次回路的總實際容量超出最初設(shè)計時選定的額定容量。而設(shè)備的接入人員或沒有及時通知相關(guān)部門的管理人員，或管理人員疏于職守，管理不善，沒有察覺到tv的實際容量已超出額定容量。  2. 各tv的實際功率因數(shù)低于額定功率因數(shù)引起tv誤差特性惡化  感應(yīng)式的三相電能表，其電壓線圈的功率因數(shù)約為0.2～0.3，電子式電能表由于其電壓回路一般都使用小型tv作為隔離和采樣，工作電源也由小型變壓器降壓整流獲得，故其功率因數(shù)也在0.3～0.5，加上其它接入設(shè)備的感性負(fù)載，整個電壓二次回路的功率因數(shù)約為0.3左右。目前廣泛用于電力系統(tǒng)的電磁式tv，額定功率因數(shù)為0.8(感性)，當(dāng)tv二次負(fù)載的功率因數(shù)與額定功率因數(shù)相差較大時，將會超出允許誤差。  3. 諧波引起tv誤差特性的惡化  由于大容量用電整流或換流設(shè)備以及其它非線性負(fù)荷接入電力網(wǎng)造成系統(tǒng)中存在諧波。對于中、低電壓等級的系統(tǒng)，一般都采用電磁感應(yīng)式tv，此種tv在高次諧波條件下運(yùn)行時，由于原、副邊的漏阻抗以及原、副邊間的電容和副邊負(fù)載引起附加誤差。當(dāng)滿足tv的鐵芯不飽和、一次繞組的漏抗很小、tv空載等條件時，則附加誤差很小，但tv負(fù)載較重時，誤差特性迅速惡化。tv的誤差隨正弦波畸變率的增大而非線性地增大，偶次諧波對tv誤差的影響比奇次諧波更甚。工作在諧波環(huán)境中的tv的誤差特性是無法通過選擇接線形式來改善的。所幸的是，我們在多年的諧波測試中發(fā)現(xiàn)，注入電力系統(tǒng)的諧波，引起電網(wǎng)某點電壓畸變的程度，與該點的短路容量、運(yùn)行方式大小成反比。電網(wǎng)中存在的主要是奇次諧波，對于某次含量最大的諧波分量，其后的該序組的諧波分量的含量隨次數(shù)的增大出現(xiàn)較快的衰減，其余序組的各次諧波分量的含量則迅速衰減。但試驗表明，不能忽視其對tv的誤差特性乃至整個電能計量裝置的誤差的影響。 4. 電力系統(tǒng)過電壓引起tv誤差特性惡化  電力系統(tǒng)中形式各異的電感元件，如變壓器、tv(因其容量相對于變壓器容量而言微不足道，故相當(dāng)于空載運(yùn)行的變壓器)、發(fā)電機(jī)、消弧線圈等，與電力系統(tǒng)中存在的各式電容，如線路的對地、相間電容，補(bǔ)償用的串、并聯(lián)電容及各種高壓設(shè)備的寄生電容，可能形成不同的振蕩回路，在一定條件下將產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，引起諧振過電壓。諧振過電壓不僅會在操作或發(fā)生故障時產(chǎn)生，而且可能在過渡過程結(jié)束后的較長時間內(nèi)穩(wěn)定存在，直至諧振條件被破壞為止。在中性點不接地的系統(tǒng)中，系統(tǒng)在非全相運(yùn)行的狀態(tài)下，如輸電線路因意外折斷，斷路器非全相操作以及熔斷器的一相熔斷等情況下，常會發(fā)生諧振過電壓。在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，非故障相的電壓升高可能超出線電壓三角形之外，中性點發(fā)生位移、不穩(wěn)定，單相接地電弧熄滅后，容易導(dǎo)致tv的鐵芯飽和激發(fā)起中性點不穩(wěn)定電壓。上述均可能引起tv嚴(yán)重超差。在中性點不接地系統(tǒng)中，因單相短路接地時可帶病運(yùn)行達(dá)兩小時之久，tv不但超差甚至可能過熱損壞。  5. 長期的熱作用使tv鐵芯磁導(dǎo)率下降，引起誤差特性惡化  運(yùn)行5年以上的tv，由于鐵芯在各種損耗轉(zhuǎn)變成熱能的長期作用下，引起鐵芯磁導(dǎo)率下降，誤差偏負(fù)甚至超差。我們在對運(yùn)行多年的tv做試驗取得的數(shù)據(jù)與安裝前試驗數(shù)據(jù)作比較證明了這一點。 6. 總結(jié)  要使tv穩(wěn)定地工作在誤差允許范圍內(nèi)，建議采取以下一些措施：選取容量時有必要留出較大的裕量；定期測量tv二次回路的導(dǎo)納；嚴(yán)格執(zhí)行定期輪換制度；選擇合理的tv繞組——負(fù)載結(jié)線方式，對于變電所的電能計量，條件許可時，使用專用計量的tv二次繞組，使tv繞組——負(fù)載結(jié)線方式單一化，以利于計算所選用tv的容量與功率因數(shù)；使用額定功率因數(shù)與實際功率因數(shù)相近的tv；對于在tv二次回路采取電容補(bǔ)償?shù)姆椒☉?yīng)慎重，以免在一定條件下引起諧振損壞設(shè)備，發(fā)生事故；加強(qiáng)電網(wǎng)諧波管理，防止用戶向電網(wǎng)輸送諧波；采取適當(dāng)措施消除過電壓。