山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院 楊志峰

高壓三相組合互感器檢定裝置的研究

山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院 楊志峰

本文介紹了高壓三相組合互感器檢定裝置，該裝置完全符合國(guó)家現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，能夠準(zhǔn)確反映出組合互感器在工作狀態(tài)下的特性，并全面揭示組合互感器在實(shí)際工作時(shí)可能存在的問(wèn)題。通過(guò)與傳統(tǒng)單相檢驗(yàn)方法的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，該裝置能夠消除單相法測(cè)試帶來(lái)的附加誤差，從而全面保證電能計(jì)量的公平和公正。

高壓三相組合互感器 誤差 檢定

0　引言

在35kV及以下電壓等級(jí)的電網(wǎng)中，有兩類電能計(jì)量設(shè)備被廣泛應(yīng)用，一類是三相組合互感器，另一類是三相電壓互感器。它們多用于大用戶和專用變作關(guān)口電能計(jì)量以及電網(wǎng)的電壓監(jiān)測(cè)，其質(zhì)量性能和誤差狀況的優(yōu)劣直接影響到電力部門的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益。為此，必須按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)的規(guī)定來(lái)對(duì)三相組合互感器和三相電壓互感器進(jìn)行準(zhǔn)確檢定，以保證其質(zhì)量性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，特別是作為貿(mào)易結(jié)算的三相組合互感器，如何準(zhǔn)確地對(duì)其進(jìn)行誤差檢定，就顯得更加迫切和重要。

2004年8月1日實(shí)施的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［1］，［2］和2014年4月1日實(shí)施的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［3］中規(guī)定：三相組合互感器和三相電壓互感器的誤差試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)及相互干擾試驗(yàn)均應(yīng)在施加三相電壓和三相電流的情況下進(jìn)行。這就使得一直以來(lái)國(guó)內(nèi)的制造廠家、技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)機(jī)構(gòu)和電力部門的計(jì)量中心各檢測(cè)機(jī)構(gòu)所采用的單相法［4］，［5］，既不符合現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［1］-［3］要求，也與實(shí)際運(yùn)行的真實(shí)情況不符，這對(duì)產(chǎn)品的性能考核和計(jì)量監(jiān)督都極其不利。

鑒于此，研發(fā)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［1］-［3］要求的高壓三相組合互感器檢定裝置，為正確評(píng)價(jià)三相組合互感器和三相電壓互感器創(chuàng)造更先進(jìn)的技術(shù)手段和條件就具有非常重要的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1　高壓三相組合互感器工作原理簡(jiǎn)介

組合互感器是由電流互感器和電壓互感器組合成一體的互感器［6］，計(jì)量電業(yè)局收費(fèi)用，可以是一個(gè)電壓互感器和一個(gè)電流互感器的組合，用于測(cè)量單相功率；可以是兩個(gè)電壓互感器和兩個(gè)電流互感器的組合，用于在三相三線制中按兩瓦計(jì)法測(cè)量三相功率；也可以是三個(gè)電壓互感器和三個(gè)電流互感器的組合，用于三相電測(cè)量。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)接線方式不同，組合互感器可以分為三相二元件和三相三元件型，其中三相三元件型組合互感器又可以分為三相三元件（Y接線）和三相三元件（Y0接線）。

高壓三相組合互感器將電流互感器和電壓互感器組合在一個(gè)狹小空間內(nèi)，各互感器單元之間存在電磁影響［1］。高壓三相組合互感器用于額定頻率為50Hz、額定電壓為3kV、6kV、10kV、35kV的三相配電網(wǎng)上用于電能計(jì)量，安裝在供電變壓器的高壓側(cè)，儀表箱內(nèi)裝三相有功電度表和無(wú)功電度表，是用來(lái)直接測(cè)量高壓線路中有功和無(wú)功電能的電氣設(shè)備。

2　傳統(tǒng)單相法檢定三相組合互感器

對(duì)高壓三相組合互感器的單相法校驗(yàn)是指：每次對(duì)三相組合互感器的某一電壓或電流互感器進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，產(chǎn)品試驗(yàn)均在單相電源下用單相標(biāo)準(zhǔn)分別進(jìn)行檢定，其他相均不升壓或升流，其原理框圖如圖1所示。單相法有以下幾個(gè)弊端：① 該方法不符合現(xiàn)行相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求；②電流互感器在高壓狀態(tài)下工作，而檢定卻在低壓狀態(tài)下進(jìn)行；③ 三相組合互感器在三相狀態(tài)下運(yùn)行，檢定卻在單相下進(jìn)行；④ 組合互感器內(nèi)既有電流互感器，又有電壓互感器，且兩者同時(shí)工作，因此在狹小空間內(nèi)，各互感器單元之間存在電磁影響。因此，對(duì)三相組合互感器的單相法檢測(cè)及其結(jié)論都是在非實(shí)際運(yùn)行的狀態(tài)下得到的，忽略了實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)時(shí)相互作用產(chǎn)生的影響，單相法檢測(cè)不可能對(duì)三相組合互感器做出真實(shí)準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。

圖1　單相法檢定三相組合互感器原理框圖

3　高壓三相組合互感器檢定裝置檢定三相組合互感器

本文介紹的高壓三相組合互感器檢定裝置完全滿足國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，能模擬三相組合互感器和三相電壓互感器實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，并在此條件下檢定其誤差。裝置采用同時(shí)對(duì)被試品通入額定三相電流和額定三相電壓的檢定方法，其原理框圖如圖2所示。該方法克服了上述單相法帶來(lái)的附加誤差，使檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，有利于高壓試驗(yàn)工作的的安全。

3.1裝置的測(cè)量不確定度

對(duì)裝置測(cè)量不確定度的評(píng)定采用了兩種方法驗(yàn)證：

三相法，用本裝置在三相運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)一臺(tái)選定的試品進(jìn)行不確定度的各項(xiàng)試驗(yàn)，得到：100%In U95（fp）=0.04%，U95（δp）=1.5。

單相法，用傳統(tǒng)單向裝置對(duì)上述同一臺(tái)選定的試品進(jìn)行不確定度的各項(xiàng)試驗(yàn)，得到：100%In U95（fp）=0.03%，U95（δp）=1.5。

用以上兩種方法，兩套不同的裝置對(duì)同一試品的不確定度評(píng)定結(jié)論基本一致，可得出結(jié)論：通過(guò)以上技術(shù)評(píng)定和分析，確定了該高壓三相組合互感器檢定裝置鑒定0.2級(jí)三相組合互感器時(shí)的測(cè)量不確定度評(píng)定符合JJF1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》技術(shù)規(guī)范和DL/T668-1999《測(cè)量用互感器檢驗(yàn)裝置》的要求。

圖2　三相法檢定三相組合互感器原理框圖

3.2 對(duì)三相兩元件互感器的誤差測(cè)試

3.2.1試驗(yàn)原理

本裝置對(duì)組合互感器進(jìn)行三相電壓或者相互影響試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)專門設(shè)計(jì)的三相調(diào)壓器和三相互感器校驗(yàn)儀，可以將被試互感器的電壓回路和三相標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器接成V形連接，再分別接入A相和C相標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和電流源，這樣就可以完全模擬現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境，從而更準(zhǔn)確地考察組合互感器的性能，接線圖如圖3和圖4所示。

圖3　三相二元件電壓互感器誤差檢定線路

圖4　三相二元件組合互感器的電流互感器誤差檢定線路

3.2.2數(shù)據(jù)分析

分別采用單相法與三相法對(duì)同一組合互感器進(jìn)行誤差測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

針對(duì)試驗(yàn)所用的二元件組合互感器，用單相法測(cè)得的TV誤差數(shù)據(jù)與三相法測(cè)得的數(shù)據(jù)比較可得，兩種方法測(cè)得的比差最大相差0.14%，角差最大相差6分。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，三相二元件的組合互感器在單相法和三相法測(cè)得的數(shù)據(jù)，即三相二元件組合互感器在單相法下得到的誤差數(shù)據(jù)與其在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的誤差特性是不一致的。

3.3對(duì)三相三元件互感器的誤差測(cè)試

3.3.1試驗(yàn)原理

對(duì)于三元件的組合互感器，目前常用的多為Y接線型三元件組合互感器，即一次接頭只有A、B、C三相的P1、P2抽頭，沒(méi)有N點(diǎn)抽頭，接線圖如圖5和圖6所示。本裝置利用三相調(diào)壓器分別給三個(gè)升壓器提供幅值近似相等，相位相差120。的可調(diào)電壓，從而能夠模擬現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，使這種三元件的組合互感器各相電壓較為平衡，形成一個(gè)和地電位相等的虛擬零電位，這樣就保證了被試三元件組合互感器與標(biāo)準(zhǔn)的一次電平在相同的電位上，解決了這一類組合互感器無(wú)法在相電壓進(jìn)行各相TV的誤差測(cè)試這一難題。

表1　三相、單相法測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)照表

圖5　三相三元件電壓互感器誤差檢定線路

圖6　三相三元件組合互感器的電流互感器誤差檢定線路

3.3.2數(shù)據(jù)分析

分別采用單相法與三相法對(duì)同一組合互感器進(jìn)行誤差測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。

從試驗(yàn)情況來(lái)看三元件組合互感器（Y接線）有相當(dāng)一部分存在TV二次輸出諧波分量過(guò)大的問(wèn)題，對(duì)于TV二次輸出諧波成分合格的產(chǎn)品，其單相法和三相法得到的數(shù)據(jù)也有較大差異。針對(duì)表2所測(cè)的三元件組合互感器試品，其單相法和三相法得到的數(shù)據(jù)之間，比差最大相差0.22%，角差最大相差3，。這說(shuō)明，用單相法檢測(cè)不能發(fā)現(xiàn)上述問(wèn)題，且出具的檢定結(jié)論是不真實(shí)的。

通過(guò)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知三元件組合互感器（Y接線）的TA在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的誤差特性與其在單相法下的誤差特性不一致，尤其是對(duì)于1%In和5%In這兩點(diǎn)，差異性更明顯。

表2　單相檢定與施加120%Un三相電壓時(shí)檢定電流互感器誤差之差值

4　結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了高壓三相組合互感器檢定裝置，該裝置及其檢測(cè)方法符合現(xiàn)行國(guó)家相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，易于實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)，不需要現(xiàn)行單相法中多次接線等問(wèn)題節(jié)省了大量的人力物力，提高了工作效率。通過(guò)與傳統(tǒng)單相法測(cè)試數(shù)據(jù)的分析比較，該方法能消除單相法測(cè)試帶來(lái)的附加誤差，同時(shí)還能正確進(jìn)行三項(xiàng)電壓互感器的誤差測(cè)試，保證了計(jì)量的準(zhǔn)確可靠。該裝置能夠更準(zhǔn)確地反映出組合互感器在工作狀態(tài)下的特性，也能夠更全面的揭示出組合互感器在實(shí)際工作時(shí)可能存在的問(wèn)題，從而全面的保證電能計(jì)量的公平和公正。

［1］ JB/T 10432-2004 三相組合互感器［S］.

［2］ JB/T 10433-2004 三相電壓互感器［S］.

［3］ DL/T 1268-2013 三相組合互感器使用技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］ JJG 1021-2007 電力互感器［S］.

［5］ 吳安嵐.電能計(jì)量基礎(chǔ)新技術(shù)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2008.

［6］ GB 17201-2007 組合互感器［S］.