高精度電壓測量回路分析

摘要：文章通過對電壓回路計量誤差和電磁式電壓互感器計量誤差的分析，提出了一種電壓互感器二次回路降壓補(bǔ)償法，這種方法能使得二次回路降壓補(bǔ)償裝置與空載補(bǔ)償?shù)碾娙菔诫妷夯ジ衅骰螂姶攀诫妷夯ジ衅髋浜鲜褂脮r能極大的縮小整個電壓測量回路計量誤差。

關(guān)鍵詞：電壓測量，測量回路，

前言：傳統(tǒng)變電所使用的電能計量系統(tǒng)存在負(fù)載不確定性、二次回路導(dǎo)線、節(jié)點(diǎn)電阻等因素的存在，使得電能計量系統(tǒng)中的電壓互感器和二次電壓回路的計量存在很大的誤差，一般情況下，電壓互感器地計量誤差為±0.2%，二次回路降壓計量誤差為在0.2%-1%，誤差的存在嚴(yán)重影響了變電所電能計量系統(tǒng)的計量精度。但目前為止，還沒有能夠同時減小電壓互感器誤差且能為二次回路降壓提供補(bǔ)償，且成本較低，使電能計量儀表正常計量的方法。

一、電壓測量回路的計量誤差

1、電磁式電壓互感器的計量誤差

電磁式電壓互感器的等效電路如下圖所示

U1代表電壓互感器一次側(cè)電壓，Z1代表電壓互感器一次繞組等效阻抗，Z2是電壓互感器二次繞組的等效阻抗，ZM是電壓互感器的激磁阻礙，ZL代表負(fù)載阻抗。空載電流在以此繞組中產(chǎn)生的阻抗壓降會使得電壓互感器出現(xiàn)空載誤差，雜樹補(bǔ)償法能很大程度上能減小空載誤差的比值誤差，空載電流的相角差很小，電壓互感器工作可以根據(jù)空載電流實(shí)現(xiàn)匝數(shù)補(bǔ)償，縮小電壓互感器的比值誤差和相角差，今天提高電壓互感器的計量精度。電壓互感器的比值誤差和相角差在負(fù)載情況下會增加，對冉匝數(shù)補(bǔ)償能減少這兩項(xiàng)誤差，但受負(fù)載不確定性特征的影響，使得誤差值變動很小。

2、電容式電壓互感器的計量誤差

電容式電壓互感器的等效電路如下圖所示

UN指的是等值電容電壓，C1指的是電容分壓器的高壓分壓電容，C2指的是電容分壓器的中壓分壓電容，Z1指的是中間變壓器一次繞組的等效阻抗，Z2指的是中間變壓器的二次繞組的等效阻抗，ZT指的是補(bǔ)償電抗器的等值電抗，ZM指的是中間變壓器的激磁阻抗，ZL指的是負(fù)載阻抗?？蛰d電流在一次側(cè)產(chǎn)生的阻抗壓降是造成電容電壓互感器空載誤差的主要原因。ZC是兩個電容的并聯(lián)等效容抗，如果ZC能與ZT+X1在運(yùn)作中實(shí)現(xiàn)串聯(lián)諧振，能極大的縮小互感器的相角差，比值誤差也能通過匝數(shù)補(bǔ)償法縮小，可以說，空載狀態(tài)下，電容式互感器的相角差和比值誤差的數(shù)值是最小的，但由于負(fù)載電流具有很強(qiáng)的不確定性，相角差難以實(shí)現(xiàn)精確補(bǔ)償，可以說，電容電壓互感器在負(fù)載不確定的情況下難以達(dá)到很高的計量精度。

3、電壓互感器二次回路壓降誤差

將電壓互感器的二次電壓送入電能表必須經(jīng)過出口端、開關(guān)、熔絲和電纜等內(nèi)容組成的二次回路，負(fù)載電流在二次回路中會產(chǎn)生二次壓降，會引發(fā)電壓測量回路計量誤差。

二、縮小電壓測量回路計量誤差的有效方法

1、新型二次壓降誤差補(bǔ)償法

為了有效降低電壓測量回路誤差值，在不斷地實(shí)踐探索中提出了一種新型的二次壓降補(bǔ)償法，如下圖所示

VS指電壓互感器二次側(cè)出口電壓，VL指二次回路降壓，VT指串接電阻的自身壓降，A*VT是電壓控制電壓源，A是受控電壓的電壓放大倍數(shù)，RL指二次回路等效電阻，RT指二次降壓誤差補(bǔ)償運(yùn)行中二次回路中的串接電阻，如果受控電源的電壓放大倍數(shù)趨于無限大時，二次回路壓降和串接電阻壓降將會無限趨向于零，這種狀態(tài)下，二次回路的電壓降基本上是不存在。受控電壓源不會使用電壓互感器的電能，而是使用變電站的交流供電，受控電壓源的實(shí)現(xiàn)電路如下圖所示

RT表示串接電阻，IC1表示電壓信號隔離放大器，IC2表示功率放大器，T表示輸出驅(qū)動變壓器，從串接電阻上取樣的電壓信號，進(jìn)過隔離運(yùn)算放大器進(jìn)行信號隔離和電壓放大處理后，之后在進(jìn)行功率放大。隔離運(yùn)算放大器的漏電電流較小、受控電源電壓倍數(shù)被放大到最大后，就能使二次回路壓降值更接近于零。

2、空載補(bǔ)償電磁式電壓互感器與新型二次壓降誤差補(bǔ)償裝置聯(lián)合應(yīng)用

匝道補(bǔ)償法能極大地縮小電磁式電壓互感器在空載時的誤差值，實(shí)現(xiàn)新型二次壓降誤差補(bǔ)償方法的裝置在正常運(yùn)行中電壓互感器的二次回路接近于空載狀態(tài)，讓空載補(bǔ)償?shù)碾姶攀诫妷夯ジ衅髋c新型二次壓降誤差裝置配合使用，能將電壓測量回路誤差降至到最小。對普通的0，2級電磁式電壓互感器進(jìn)行補(bǔ)償匝數(shù)的方法就就可以完成對電磁式電壓互感器的空載補(bǔ)償，不需要專門配備昂貴的校驗(yàn)儀器。

3、空載補(bǔ)償電容式電壓互感器與新型二次壓降誤差補(bǔ)償裝置配合使用

通常情況下，高壓計量系統(tǒng)采用的電容分壓式電壓互感器都可以通過對中間變壓器進(jìn)行匝數(shù)補(bǔ)償?shù)姆绞絹斫档碗妷禾幱诳蛰d狀態(tài)時的誤差值，新型二次壓降誤差補(bǔ)償裝置處于工作狀態(tài)時電壓互感器的二次回路基本上處于空載狀態(tài)，使空載補(bǔ)償?shù)碾娙莘謮菏交ジ衅髋c新型二次壓降誤差補(bǔ)償裝置配合使用能將電壓測量回路誤差值降至最低。

4、分壓式電容與新型二次壓降誤差補(bǔ)償裝置配合使

新型二次壓降補(bǔ)償裝置能使二次回路接近短路運(yùn)行狀態(tài)，分壓式電容可以取代傳統(tǒng)的電磁式電壓互感器，這能節(jié)省出很大一筆電壓互感器采購和運(yùn)行成本。用分壓式電容取代傳統(tǒng)的電磁式互感器和電容分壓式電壓互感器有以下幾種特征：

不會在出現(xiàn)電磁式和電容分壓式電壓互感器鐵磁諧振的狀況。

不會改變電網(wǎng)電壓濱化和電源頻率的計量精度。電源頻率發(fā)生改變會影響電容的容抗大小的變動，但分壓電容的容抗可以同時用一種比率進(jìn)行調(diào)節(jié)，不會對輸出電壓大小產(chǎn)生影響。但傳統(tǒng)的電容分壓式電壓互感器的計量精度很容易受到電壓和電源頻率變動的影響。

電壓計量精度受環(huán)境溫度變化的影響變小，雖然電容依舊會受到環(huán)境溫度變化的影響，但電容大小的變化極其微小，對輸出電壓大小的影響可以忽略不計。

二次回路近似短路的狀態(tài)下，小容量值電壓會自動進(jìn)行分壓，降低測量會路成本。

三、計算實(shí)例

電壓互感器制造廠生產(chǎn)的10kV/100V的電壓互感器磁密B是0.9T，原邊匝數(shù)為14300，副邊匝數(shù)為143，原邊繞組電阻為3500Ω，原邊漏抗為0.348，原邊空載電流為1.3mA，二次回路等效電阻RL為6Ω，二次壓降誤差補(bǔ)償二次回路中的串接電阻RT為30Ω，二次壓降補(bǔ)償裝置電壓放大倍數(shù)為10萬，子啊不考慮補(bǔ)償裝置漏電的情況下，二次回路總電壓降值為100÷100001.2≈1mV，原邊空載補(bǔ)償后匝數(shù)為14305，電壓測量系統(tǒng)比值誤差小于0.0061%，相角差小于1.8，空載補(bǔ)償電壓互感器與新型二次回路壓降誤差補(bǔ)償裝置配合使用能實(shí)現(xiàn)高精度電壓測量回路值。

結(jié)語

綜上所述，新型電壓互感器二次壓降補(bǔ)償法能使電壓互感器二次回路的壓降無限大接近于零；分壓式電容與新型二次壓降誤差補(bǔ)償裝置配合使用的發(fā)的方法即能保證高精度計量，還能縮小電壓測量回路的成本，值得在高電壓測量系統(tǒng)中廣泛使用；新型二次壓降誤差補(bǔ)償裝置與經(jīng)過空載補(bǔ)償方式處理后的電壓互感器配合使用能降低外部環(huán)境溫度對其造成的影響。

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作者簡介：

王彥博（1996-3--），男，漢族，陜西榆林人，青海大學(xué)本科在讀。endprint