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      多變比電壓互感器誤差自動檢定方法

      2019-01-11 03:24:04毛永晶靳紹平楊愛超
      江西電力 2018年12期
      關(guān)鍵詞:外推法無感互感器

      吳 宇,毛永晶,靳紹平,楊愛超,朱 亮

      (1.國網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院,江西 南昌 330096;2.國網(wǎng)江西省電力有限公司贛西供電分公司,江西 新余 338000)

      0 引言

      多變比電磁式電壓互感器,大量應(yīng)用于配電網(wǎng)自動化設(shè)備,涉及電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行[1-3]。其二次有二個繞組,1a-2n:220 V;2a-2n:100 V。全性能質(zhì)量檢測時必須依據(jù)JJG1021—2007《電力互感器檢定規(guī)程》對其進(jìn)行檢定,根據(jù)檢定規(guī)程檢定線路圖,這種特殊電壓互感器誤差檢定存在以下問題:

      1)GB1207—2006《電磁式電壓互感器》規(guī)定電壓互感器額定二次電壓為100 V或100/3 V,因此,標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器沒有設(shè)計(jì)額定二次電壓為220 V的量程,常用檢定方法不能檢定,通常采用試品二次級聯(lián)感應(yīng)分壓器(見圖1)的方法進(jìn)行檢定。

      2)220 V繞組額定二次負(fù)荷通常為350 VA,由于常規(guī)電壓負(fù)荷箱的額定電壓僅為100 V,需要將3臺電壓負(fù)荷箱串聯(lián)后方可耐受220 V的試驗(yàn)電壓,串聯(lián)后電壓負(fù)荷箱在220 V電壓下全部投入僅254.1 VA,不能滿足上限負(fù)荷要求[4]。各負(fù)荷箱量程切換時必須使用相同量程,否則會由于分壓比不同而造成負(fù)荷箱損壞。

      為了解決目前檢定額定二次電壓為220 V的電壓互感器,存在操作過程復(fù)雜,勞動強(qiáng)度大,效率低的問題[7-8],研究一種多變比電壓互感器誤差檢定方法對改變上述局面,具有現(xiàn)實(shí)意義。

      圖1 級聯(lián)感應(yīng)分壓器非常規(guī)變比電壓互感器檢定線路圖

      1 基于負(fù)荷誤差外推法的多變比電壓互感器誤差檢定方法

      依據(jù)JJG1021—2007《電力互感器》檢定規(guī)程附錄D中電壓互感器負(fù)荷誤差曲線外推法D1公式法,將其進(jìn)行推導(dǎo),得到基于負(fù)荷誤差外推法的多變比電壓互感器誤差檢定方法[9-10]。

      用公式法計(jì)算時,需要分別在負(fù)荷S1和空載下測量得到電壓互感器的誤差值。電壓互感器在負(fù)荷S2下的誤差按下式計(jì)算:

      式中:f0、f1、f2分別為負(fù)荷空載S1和S2下的比值差;δ0、δ1、δ2—分別為負(fù)荷空載S1和S2下的相位差;φ1、φ2—分別為負(fù)荷S1、S2的功率因數(shù)角。

      依據(jù)GB 1207—2006《電磁式電壓互感器》§14.2測量電壓互感器的電壓誤差和相位差限值:“在額定頻率和80%~120%額定電壓之間的任一負(fù)荷且其功率因數(shù)為0.8(滯后)的條件下,電壓互感器的電壓誤差和相位差限值不應(yīng)超過表12所列值?!奔措妷夯ジ衅鲬?yīng)在功率因數(shù)為0.8(滯后)的條件下進(jìn)行檢定。本文使用線繞無感電阻為二次負(fù)荷,其功率因數(shù)為1.0,φ1=0°。因此,式(1)和(2)中的cos(φ2-φ1)=0.8,sin(φ2-φ1)=0.6,將式(1)、(2)中系數(shù)代入式(1)和(2)中得:

      式(3)和(4)是一個二次繞組基本原理電壓互感器負(fù)荷誤差曲線外推法計(jì)算公式,本文需要解決二個二次繞組電壓互感器誤差測量問題,依據(jù)JJG1021—2007《電力互感器檢定規(guī)程》§附錄D“電壓互感器負(fù)荷誤差曲線外推法”中“如果電壓互感器有兩個或多個二次繞組,可以把各個繞組帶負(fù)荷后對計(jì)量繞組誤差的影響線性疊加。得到計(jì)量繞組在全部繞組帶各自負(fù)荷時的誤差?!眲t二個二次繞組基本原理電壓互感器負(fù)荷誤差曲線外推法計(jì)算公式為:

      式中:f0、δ0—為計(jì)量繞組和其他繞組均空載下的比值差、相位差;f1、δ1—為計(jì)量繞組負(fù)荷S1和其他繞組空載下的比值差、相位差;f2、δ2—為計(jì)量繞組空載和其他繞組負(fù)荷S3下的比值差、相位差;f3、δ3—計(jì)量繞組負(fù)荷S2和其他繞組負(fù)荷S4下的比值差、相位差。

      依據(jù)電壓互感器檢定線路圖,檢定額定二次電壓為220 V的電壓互感器時,常用誤差測量裝置均未設(shè)計(jì)220 V電壓量程,本文采用比例電壓替代法,即在按電壓互感器檢定線路圖時,將誤差測量裝置工作電壓回路接至標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的100 V輸出端(見圖2),誤差計(jì)算時再按系數(shù)進(jìn)行比例折算。

      具體方法如下:

      依據(jù)互感器原理及誤差理論,電壓互感器的誤差可用復(fù)數(shù)誤差ε表示:

      式中:KU為電壓互感器變比;UX為電壓互感器二次電壓;U1為電壓互感器一次電壓。

      規(guī)程檢定線路中,當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的誤差可以忽略不計(jì)時,U1=KUU20,U20為標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器二次電壓,代入式(7)得:

      規(guī)程檢定線路中,誤差測量裝置采用測差原理,UX-U20=ΔU,ΔU為差值電壓,代入式(9)得:

      式(10)中,U20=220 V,由于常用誤差測量裝置沒有220 V的電壓量程,檢測時采用比例電壓替代法,U’20=100 V,則:U20=2.2U’20,代入式(10)得:

      依據(jù)式(11)可知,采用比例電壓替代法檢測的數(shù)據(jù)除以2.2即為檢測結(jié)果。為適應(yīng)本檢定方法的要求,額定二次電壓為220 V繞組的負(fù)荷誤差曲線外推法的計(jì)算公式為:

      為了便于識別,將額定二次電壓為100 V繞組的負(fù)荷誤差曲線外推法的計(jì)算公式變更為:

      式中:S1、S2—分別為(1a-1n)和(2a-2n)繞組檢測時所帶負(fù)荷;S1n、S2n—分別為(1a-1n)和(2a-2n)繞組額定二次負(fù)荷檢測時所帶負(fù)荷。

      2 程控?zé)o感電阻的設(shè)計(jì)

      依據(jù)GB 1207—2006《電磁式電壓互感器》對額定電壓為100 V的二次繞組,其額定輸出標(biāo)準(zhǔn)值:功率因數(shù)為0.8(滯后)的額定輸出標(biāo)準(zhǔn)值為:10 VA,15 VA,25 VA,30 VA,50 VA,75 VA,100 VA。以及國家電網(wǎng)公司《配電自動化設(shè)備典型設(shè)計(jì)》對多變比電壓互感器的要求,額定電壓220 V二次繞組規(guī)定:

      1)內(nèi)置式:額定容量不小于150 VA,短時容量不小于300 VA/10 s;

      2)外置式:額定容量不小于75 VA;

      3)組屏式:額定容量不小于250 VA,短時容量不小于500 VA/10 s。

      圖2 帶抽頭無感電阻

      根據(jù)上述限制條件對本文使用的無感電阻值進(jìn)行計(jì)算。為避免電壓互感器進(jìn)入飽和狀態(tài)引入測量誤差,誤差檢驗(yàn)時所帶負(fù)荷應(yīng)不大于額定二次負(fù)荷。同時,為減小外推過程中引入的不確定度,誤差檢驗(yàn)時所帶負(fù)荷應(yīng)不小于額定二次負(fù)荷的50%。則:

      式中:Sn為電壓互感器額定二次負(fù)荷;S為誤差檢驗(yàn)時所帶二次負(fù)荷;R為無感電阻;U電壓互感器額定二次電壓。

      從表1可以看出,帶抽頭線繞無感電阻分為四段:

      第一段:電阻=100Ω,電流不小于2.2 A,功率不小于484 W;第二段:電阻=200Ω-100Ω=100Ω,電流不小于1.1 A,功率不小于242 W;第三段:電阻=400Ω-200Ω=200Ω,電流不小于0.55 A,功率不小于121 W;第四段:電阻=1 000Ω-400Ω=600Ω,電流不小于0.22 A,功率不小于48.4 W。根據(jù)設(shè)計(jì)帶抽頭無感電阻如圖2所示,通過繼電器的切換實(shí)現(xiàn)電阻值自動控制。

      表1 無感電阻設(shè)計(jì)

      3 多變比電壓互感器誤差自動檢定

      圖3 多變比電壓互感器誤差自動檢定

      根據(jù)基于負(fù)荷誤差外推法的多變比電壓互感器誤差檢定方法,通過采用定制標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器,實(shí)現(xiàn)多變比電壓互感器誤差自動檢定,如圖3所示。根據(jù)前文介紹的原理,制定多變比電壓互感器自動檢定流程圖,如圖4所示。

      圖4 多變比電壓互感器檢定流程圖

      表2 誤差測量與負(fù)荷狀態(tài)對照表

      由于(1a-1n)和(2a-2n)二個繞組的誤差均要檢測,可對檢測過程的控制進(jìn)行必要的優(yōu)化,為避免帶電壓狀態(tài)下切換負(fù)荷對繼電器觸點(diǎn)的損傷,制定了檢測流程優(yōu)化控制,檢定過程依據(jù)電壓互感器負(fù)荷誤差曲線外推法負(fù)荷狀態(tài)對應(yīng)的檢測誤差表(表2)。通過實(shí)驗(yàn)得到的fx(x=0~6)、δx(x=0~6)代入公式(12)~(15)計(jì)算即可得到(1a-1n)和(2a-2n)繞組誤差。

      4 驗(yàn)證性試驗(yàn)

      圖5 多變比電壓互感器誤差檢定試驗(yàn)

      為了驗(yàn)證本文提出的檢定方法的正確性,對多變比互感器進(jìn)行誤差檢定(見圖5),被測互感器參數(shù)為:1a-1n繞組額定變比10 000/220 V,準(zhǔn)確度3級,額定輸出500 VA;2a-2n繞組額定變比10 000/100 V,準(zhǔn)確度0.5級,額定輸出30 VA。驗(yàn)證性試驗(yàn)分為兩個:1)采用圖1所示檢定線路得出多變比電壓互感器實(shí)際誤差,作為參考比對數(shù)據(jù),試驗(yàn)結(jié)果如表3所示;2)采用圖3所示檢定線路外推出互感器誤差,試驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果如表4、5所示。

      表3 傳統(tǒng)檢定方法下多變比TA實(shí)際誤差

      從表3和表5實(shí)際誤差與推算誤差對比來看,基于負(fù)荷曲線外推法多變比TA檢測方法引起的測量誤差不大于被檢互感器基本誤差限值的1/10,驗(yàn)證了所提檢定方法的正確性。

      表4 根據(jù)對照表試驗(yàn)誤差

      表5 基于負(fù)荷曲線外推法計(jì)算多變比TV誤差

      5 結(jié)束語

      利用現(xiàn)有的升壓器、互感器誤差檢測裝置等電壓互感器檢定設(shè)備,提出了基于負(fù)荷曲線外推法的誤差自動檢定方法,可實(shí)現(xiàn)對多變比電壓互感器誤差的自動檢測。試驗(yàn)結(jié)果表明,該方法具有準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、實(shí)用、可操作性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

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