陳黎明

（溧陽(yáng)市市場(chǎng)綜合檢驗(yàn)檢測(cè)中心，江蘇溧陽(yáng) 213300）

0 引言

隨著新技術(shù)、系統(tǒng)和設(shè)備的發(fā)展，電力供應(yīng)質(zhì)量的重要性正在增加，這是由于負(fù)載數(shù)量的增加，特別是那些不符合能源質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)敏感的負(fù)載。電壓驟降和驟升可能對(duì)電子設(shè)備或組件產(chǎn)生很大影響，因此可能會(huì)縮短其生命周期，導(dǎo)致故障并產(chǎn)生額外的經(jīng)濟(jì)成本[1]。減少電網(wǎng)電壓變化對(duì)電氣設(shè)備正常運(yùn)行的影響需要在整個(gè)電力系統(tǒng)中使用各種改進(jìn)。通常，為了減少電力質(zhì)量問(wèn)題，使用電力電子設(shè)備提供補(bǔ)償任何干擾的不同方式。一種解決方案是各種類型的混合變壓器的概念[3]。已經(jīng)提出這種裝置作為AC 電壓幅度變化的補(bǔ)償器?；旌献儔浩鳎℉T）是電壓調(diào)節(jié)器，其中傳統(tǒng)的電磁變壓器與脈沖寬度調(diào)制（PWM）AC/AC 轉(zhuǎn)換器配合。

電力系統(tǒng)中的電壓互感器設(shè)計(jì)用于將電壓從傳輸級(jí)別的高電壓轉(zhuǎn)換為繼電器和測(cè)量設(shè)備所需的低電壓。在運(yùn)行期間，由于開(kāi)關(guān)操作和雷擊，變壓器的繞組會(huì)受到高頻瞬態(tài)過(guò)電壓的嚴(yán)重干擾。瞬態(tài)過(guò)電壓可能會(huì)導(dǎo)致變壓器繞組和絕緣層產(chǎn)生過(guò)大的電應(yīng)力，從而導(dǎo)致絕緣失效和擊穿。為了充分確定變壓器繞組和匝間或?qū)娱g絕緣的尺寸，需要在設(shè)計(jì)水平上獲得瞬態(tài)電壓分布。考慮到電壓互感器的典型繞組幾何結(jié)構(gòu)，其通常需要非常大的匝數(shù)和離散的層間絕緣，這是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)。

為了建模和模擬瞬態(tài)電壓分布，開(kāi)發(fā)了分布式或集總參數(shù)的等效電路表示。準(zhǔn)確計(jì)算等效參數(shù)非常有意義，因?yàn)樗鼈儗?duì)瞬態(tài)電壓有重要影響。它們通常使用簡(jiǎn)單的分析公式或基于有限元法（FEM）進(jìn)行計(jì)算?？梢允褂眠z傳算法來(lái)計(jì)算集總電路參數(shù)。由于系統(tǒng)模型的復(fù)雜幾何形狀，可以采用降階技術(shù)。

目前，國(guó)家越來(lái)越重視電力的安全、穩(wěn)定、高效發(fā)展，不斷細(xì)化電力部門職責(zé)，有效指導(dǎo)電力企業(yè)、電器生產(chǎn)企業(yè)、高校、科研院所的業(yè)務(wù)運(yùn)行以及運(yùn)營(yíng)發(fā)展，在這樣的環(huán)境下，電磁式電壓互感器檢定裝置得到了有效的應(yīng)用、創(chuàng)新和改革。本文將介紹比較法、間接法檢定電磁式電壓互感器，客觀地指出幾種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出做好電磁式電壓互感器檢定工作的對(duì)策。

1 比較法檢定電磁式電壓互感器

比較法檢定發(fā)展較早，而且應(yīng)用比較廣泛，技術(shù)也比較成熟。比較法檢定核心和關(guān)鍵是運(yùn)用基爾霍夫電壓定律來(lái)進(jìn)行檢定，將2 種不同電壓進(jìn)行一個(gè)反向的串聯(lián)操作，這樣就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)差壓，之后差壓被送進(jìn)測(cè)量回路系統(tǒng)，經(jīng)多個(gè)處理環(huán)節(jié)后，分別采出同相分量和正交分量，再經(jīng)適當(dāng)運(yùn)算在互感器校驗(yàn)儀上顯示被檢電壓互感器的比值誤差和相位誤差。

Ashkan Teymouri 采用比較法檢定電磁式電壓互感器，研究結(jié)果表明：所有型號(hào)均使用每個(gè)變壓器的FRA 測(cè)試結(jié)果（阻抗傳遞函數(shù)）獲得。此外，MATLAB Simulink 中每個(gè)模型的模擬阻抗響應(yīng)與實(shí)驗(yàn)FRA 測(cè)試結(jié)果一致。這意味著模型的計(jì)算是正確的。應(yīng)該注意的是，由于不符合FRA 測(cè)試結(jié)果，模型1A 未被模擬。Andreas Theocharis 等采用比較法檢定電磁式電壓互感器，在所提出的分析中，該方法被開(kāi)發(fā)用于變壓器繞組的△—Y 形連接，并且電壓分布因子矩陣的確定來(lái)自于幾何數(shù)據(jù)。研究結(jié)論：該方法可應(yīng)用于任何類型的繞組連接，其阻抗矩陣是已知的，因?yàn)樵摲椒ㄈQ于阻抗矩陣（它也可以應(yīng)用于自耦變壓器或相移變壓器）。應(yīng)使用幾何數(shù)據(jù)，測(cè)量或兩種選項(xiàng)確定轉(zhuǎn)換矩陣的若干選項(xiàng)。應(yīng)該做更多的工作，以使這種方法可以在電磁暫態(tài)程序環(huán)境中實(shí)施。黑箱和集總參數(shù)建模的完全統(tǒng)一仍在調(diào)查中，并且將在未來(lái)的工作中提出改進(jìn)。

2 間接法檢定電壓互感器

2.1 負(fù)荷誤差曲線外推法

負(fù)荷誤差曲線外推法是通過(guò)測(cè)量低電壓下負(fù)荷與電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系并算出誤差補(bǔ)償值然后再推算出100%和120%額定電壓和相應(yīng)負(fù)荷下的比值差和相位差。M.Kaczmarek 研究使其能夠應(yīng)用于數(shù)字功率計(jì)或電能質(zhì)量分析儀或示波器的測(cè)量電路，以確定電壓互感器和分壓器的電壓復(fù)合誤差（變壓器校正系數(shù)）的均方根值和諧波頻譜，用于正弦差分輸入電壓的變換和失真電壓。

開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn)換器應(yīng)用技術(shù)確保差分輸入電壓到單端輸出電壓的轉(zhuǎn)換誤差不高于5%。這適用于頻率為50 Hz 至20 kHz 的正弦差分輸入電壓和失真電壓，即使輸入端的共模電壓有效值等于190 V。此外，本文介紹開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用。事實(shí)證明，它能夠轉(zhuǎn)換正弦和失真電壓，從而更準(zhǔn)確地確定電壓互感器和分壓器的復(fù)合誤差。此外，表明它可確定設(shè)計(jì)評(píng)估電壓互感器和分配器的比率誤差和相位移的測(cè)量系統(tǒng)的精度。

2.2 低校高法

低校高法是20 世紀(jì)90 年代由趙修民教授提出的，沿用至今已經(jīng)30 多年。其實(shí)質(zhì)是測(cè)出被檢電磁式電壓互感器的一次與二次繞組的電阻和漏抗、各電壓百分值下的激磁導(dǎo)納值、低電壓下的誤差值以及實(shí)際二次負(fù)荷導(dǎo)納值，用計(jì)算方法得到高電壓下的誤差值。

A.Arroyo 等人已經(jīng)設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了實(shí)驗(yàn)室測(cè)試臺(tái)，以評(píng)估應(yīng)用于商業(yè)檢定電磁式電壓互感器所提出的檢測(cè)方法。所提出的方法已應(yīng)用于受測(cè)試的電磁式電壓互感器，具有不同的對(duì)地電容和操作條件。通過(guò)傳統(tǒng)方法和新方法的對(duì)比結(jié)果，來(lái)驗(yàn)證新方法對(duì)低校高法電壓互感器現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀校準(zhǔn)的可行性。表1 是現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀測(cè)量數(shù)據(jù)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，完全符合JJG 314—2010《測(cè)量用電壓互感器檢定規(guī)程》0.05 級(jí)要求。因此，用新方法對(duì)低校高法電壓互感器現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀進(jìn)行校準(zhǔn)的結(jié)果是令人滿意、放心的。

表1 現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀測(cè)量數(shù)據(jù)

2.3 3 種檢定方法的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）比較法。優(yōu)點(diǎn)：檢定方法相對(duì)于其他方法來(lái)說(shuō)比較成熟，且完全符合檢定規(guī)程的標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)：在檢定時(shí)，輔助設(shè)備配備復(fù)雜需求量大，如果是現(xiàn)場(chǎng)檢定，情況更為復(fù)雜，調(diào)壓器容量、升壓器載荷與使用要求相差較遠(yuǎn)。

（2）低校高法。優(yōu)點(diǎn)：測(cè)試所需的電源容量小，方便現(xiàn)場(chǎng)檢定。缺點(diǎn)：由于客觀限制，會(huì)出現(xiàn)額定電壓下的誤差偏差過(guò)大；附加誤差時(shí)有出現(xiàn)。此外，僅能檢定不帶非線性補(bǔ)償?shù)碾妷夯ジ衅?，檢定范圍受到一定的限制。

（3）負(fù)荷誤差曲線外推法。優(yōu)點(diǎn)：所有測(cè)試工作與比較法測(cè)電壓互感器誤差完全相同，只是改變負(fù)荷的倍數(shù)就可實(shí)現(xiàn)檢定要求，容易快速掌握方法。缺點(diǎn)：在不同的負(fù)荷導(dǎo)納和繞組內(nèi)阻下，需要提供相應(yīng)倍數(shù)的負(fù)荷導(dǎo)納和電阻，測(cè)量的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步研究。

3 各檢定裝置的量值溯源

由于系統(tǒng)和變壓器之間的高頻相互作用，可能會(huì)發(fā)生瞬態(tài)過(guò)電壓。從Cigre 聯(lián)合工作組（A2/C4.39）的活動(dòng)可以得出結(jié)論，當(dāng)浪涌沖擊的固有頻率與變壓器參與的系統(tǒng)的固有頻率相匹配時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)生共振。此外，當(dāng)變壓器端子處的輸入浪涌脈沖導(dǎo)致內(nèi)部變壓器諧振時(shí)，可能會(huì)發(fā)生極端過(guò)電壓并最終發(fā)生絕緣故障。

通常，3 種類型的變壓器模型用于切換瞬態(tài)事件。傳輸線模型被認(rèn)為是一種快速瞬變和電壓傳播研究的方法。它們需要非常詳細(xì)的變壓器設(shè)計(jì)信息，而且耗時(shí)。另外，它們不能直接實(shí)現(xiàn)為電磁暫態(tài)軟件。集總參數(shù)模型用于模擬雷電沖擊和切換快速瞬變。這些模型可用于研究變壓器與環(huán)繞網(wǎng)絡(luò)的相互作用以及評(píng)估內(nèi)部電壓分布。它們可以在電磁暫態(tài)軟件包中實(shí)現(xiàn)，并且基于變壓器幾何數(shù)據(jù)。黑匣子模型基于變壓器繞組上任何提供測(cè)量點(diǎn)的頻率導(dǎo)納矩陣測(cè)量。這些模型用于分析變壓器與系統(tǒng)的相互作用，并研究終端之間傳輸?shù)倪^(guò)電壓。此外，它們可以組合到現(xiàn)有的仿真軟件工具，如EMTP，但是，它們無(wú)法確定沿繞組的電壓傳播。

目前，國(guó)家尚未頒布技術(shù)規(guī)范，只能依據(jù)國(guó)家計(jì)量規(guī)程規(guī)范JJG 314、JJG169 和JJF1264 對(duì)檢定裝置中的標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器、互感器校驗(yàn)儀和互感器負(fù)荷箱進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)，只要其符合規(guī)程或規(guī)范要求，則認(rèn)為該檢定裝置滿足溯源要求。

4 做好檢定工作的對(duì)策

4.1 抓好檢定方面的培訓(xùn)工作

做好檢定人員的培訓(xùn)工作是一項(xiàng)重要的任務(wù)，應(yīng)從實(shí)際情況出發(fā)，做好預(yù)定方案和計(jì)劃，充分考慮人員的能力和水平，不斷增強(qiáng)檢定人員技能和操作本領(lǐng)。主管領(lǐng)導(dǎo)要承擔(dān)好責(zé)任，指定專人領(lǐng)導(dǎo)培訓(xùn)工作，分配好任務(wù)，制定好培訓(xùn)計(jì)劃，統(tǒng)一進(jìn)行員工的培訓(xùn)工作，實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)目標(biāo)，確保人員的素質(zhì)得到提升。

4.2 對(duì)檢定的全過(guò)程加強(qiáng)控制

要加強(qiáng)檢定設(shè)備的日常巡視工作，對(duì)檢定設(shè)備要進(jìn)行認(rèn)真的核查，加大資金、物力的投入，確保檢定設(shè)備不存在安全隱患和問(wèn)題，保證使用性能和檢定結(jié)果的準(zhǔn)確度。要加強(qiáng)檢定設(shè)備操作人員的管理和思想教育工作，提升這些人員的操作技能，制定詳細(xì)的操作規(guī)程和制度，以制度來(lái)督促檢定操作人員安全意識(shí)的提升。

4.3 建立好檢定記錄和臺(tái)賬

對(duì)于檢定的很多細(xì)節(jié)內(nèi)容，檢定記錄是非常重要的，要有專人進(jìn)行認(rèn)真記錄，做到數(shù)據(jù)記錄準(zhǔn)確不能丟失；如果出現(xiàn)丟失會(huì)產(chǎn)生巨大損失，檢定責(zé)任無(wú)法分清；對(duì)常規(guī)檢定更要如此，這是檢定管理內(nèi)容的實(shí)際體現(xiàn)，能夠反映出檢定的管理水平和管控能力。因此，臺(tái)賬和檢定記錄工作必須開(kāi)展好。

4.4 強(qiáng)化人才儲(chǔ)備

人才對(duì)一個(gè)企業(yè)或者機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)是非常關(guān)鍵和重要的，人才就是企業(yè)發(fā)展的動(dòng)力和基石，只有保障好人才，企業(yè)或者機(jī)構(gòu)才能得到高速發(fā)展，才能長(zhǎng)久生存。因此，作為檢定機(jī)構(gòu)來(lái)講，也應(yīng)該意識(shí)到人才對(duì)本身發(fā)展的重要性和必要性。強(qiáng)化人才儲(chǔ)備，可以在本機(jī)構(gòu)通過(guò)人才考核或者考試等發(fā)現(xiàn)人才，也可以對(duì)外從高校、科研院所等引進(jìn)，同時(shí)建立獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，培養(yǎng)和發(fā)掘青年人才，設(shè)立領(lǐng)導(dǎo)小組專門負(fù)責(zé)人才培養(yǎng)和引進(jìn)工作，抓好落實(shí)工作，確保引進(jìn)或者儲(chǔ)備的人才更好地為檢定單位服務(wù)好。

5 結(jié)語(yǔ)

提出檢定電磁電壓互感器方法存在的問(wèn)題、優(yōu)缺點(diǎn)、溯源方法等，得出結(jié)論：比較法檢定發(fā)展的比較早，而且應(yīng)用比較廣泛，技術(shù)也比較成熟。低校高法檢定方便現(xiàn)場(chǎng)檢定，產(chǎn)品也比較成熟，具有很強(qiáng)的基礎(chǔ)和可操作性。負(fù)荷誤差曲線外推法檢定電磁式電壓互感器方法的產(chǎn)品較少。提出了做好電磁式電壓互感器檢定的對(duì)策，主要包括抓好檢定方面的培訓(xùn)工作、對(duì)檢定的全過(guò)程加強(qiáng)控制、建立好檢定記錄和臺(tái)賬、強(qiáng)化人才儲(chǔ)備，希望為今后該類計(jì)量?jī)x器檢定規(guī)程的制定提供參考依據(jù)。