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电压互感器误差特性隐性恶化原因分析
 
慧聪网   2005年10月24日9时18分   信息来源:中国自动化网    

   电磁式电压互感器(下文简称为TV)作为电能计量装置的一个重要组成部分,其误差特性影响着电能计量的准确性。TV的误差特性是根据检定规程要求按铭牌参数进行试验。而TV是在实际条件下运行,在某些情况下,TV的实际误差可能超出了允许值。正因为我们在TV的使用中忽视了这些情况,导致TV误差特性恶化而未被察觉,即所谓的隐性恶化。由此,为减少电能计量误差而在其它方面采取的措施得到的成效,反被TV误差特性恶化而部分或全部抵消。因此,对引起TV误差特性恶化的原因作了如下的分析。

1 额定容量不足引起TV误差特性恶化

  由于TV绕组存在直流电阻和漏电抗,接上负载时必然产生压降,引起二次电压随着负载而变化,即TV误差随之变化。按规程规定,选择TV二次额定容量Sn时,应使实际二次容量S不大于Sn,但不小于(1/4)Sn,即(1/4)Sn≤S≤Sn。TV实际二次容量可按下式计算:
S=[(∑Skcosφk)2+(∑Sksinφk)2]1/2=[(∑Pk)2+(∑Qk)2]1/2
式中 cosφk-接在TV二次侧的各设备的功率因数
   Sk-接在TV二次侧的各设备的视在功率(一般设计手册可查到)
TV额定容量选取不足的原因,归纳起来,有如下方面:

(1) 先天不足:

①设计人员缺乏必要的计量专业知识,在额定容量的选取问题上认识不足;
②对各种测量性质不同的表计,或同一类不同工作原理的表计的电压回路参数、结构知之不详,又不愿查有关的手册,因而引起计算错误;
③对计量不够重视,工作疏忽,对接入设备数量不清楚,如后备线路未计算在内;
④为了节约投资,选取了额定容量较小或额定容量裕量不足的TV。

(2) 后天造成:

  在计量设备安装时,额定容量已正确选取了,因实时监测和管理的需要,除原来已接入的继保设备、监视用的电压表、功率表、功率因数(相位)表、频率表外,又接入遥测用的电压变送器、功率变送器,电压监测仪,失压仪,谐波监测仪等等,这最容易发生在运行多年的变电所。最严重的是,这些设备中,某些设备的工作电源还由TV供给,若只取自某一相时会使TV各相负载变得不平衡。还有,因用电形势发展出乎意料的迅速,新线路一下子增加了许多而令TV回路设备相应增加很多。这些不断接入的设备,可能会使TV二次回路的总实际容量超出最初设计时选定的额定容量。而设备的接入人员或没有及时通知相关部门的管理人员,或管理人员疏于职守,管理不善,没有察觉到TV的实际容量已超出额定容量。

2 各TV的实际功率因数低于额定功率因数引起TV误差特性恶化

  感应式的三相电能表,其电压线圈的功率因数约为0.2~0.3,电子式电能表由于其电压回路一般都使用小型TV作为隔离和采样,工作电源也由小型变压器降压整流获得,故其功率因数也在0.3~0.5,加上其它接入设备的感性负载,整个电压二次回路的功率因数约为0.3左右。目前广泛用于电力系统的电磁式TV,额定功率因数为0.8(感性),当TV二次负载的功率因数与额定功率因数相差较大时,将会超出允许误差。

3 谐波引起TV误差特性的恶化

  由于大容量用电整流或换流设备以及其它非线性负荷接入电力网造成系统中存在谐波。对于中、低电压等级的系统,一般都采用电磁感应式TV,此种TV在高次谐波条件下运行时,由于原、副边的漏阻抗以及原、副边间的电容和副边负载引起附加误差。当满足TV的铁芯不饱和、一次绕组的漏抗很小、TV空载等条件时,则附加误差很小,但TV负载较重时,误差特性迅速恶化。TV的误差随正弦波畸变率的增大而非线性地增大,偶次谐波对TV误差的影响比奇次谐波更甚。工作在谐波环境中的TV的误差特性是无法通过选择接线形式来改善的。所幸的是,我们在多年的谐波测试中发现,注入电力系统的谐波,引起电网某点电压畸变的程度,与该点的短路容量、运行方式大小成反比。电网中存在的主要是奇次谐波,对于某次含量最大的谐波分量,其后的该序组的谐波分量的含量随次数的增大出现较快的衰减,其余序组的各次谐波分量的含量则迅速衰减。但试验表明,不能忽视其对TV的误差特性乃至整个电能计量装置的误差的影响。

4 电力系统过电压引起TV误差特性恶化

  电力系统中形式各异的电感元件,如变压器、TV(因其容量相对于变压器容量而言微不足道,故相当于空载运行的变压器)、发电机、消弧线圈等,与电力系统中存在的各式电容,如线路的对地、相间电容,补偿用的串、并联电容及各种高压设备的寄生电容,可能形成不同的振荡回路,在一定条件下将产生谐振现象,引起谐振过电压。谐振过电压不仅会在操作或发生故障时产生,而且可能在过渡过程结束后的较长时间内稳定存在,直至谐振条件被破坏为止。在中性点不接地的系统中,系统在非全相运行的状态下,如输电线路因意外折断,断路器非全相操作以及熔断器的一相熔断等情况下,常会发生谐振过电压。在系统发生单相接地故障时,非故障相的电压升高可能超出线电压三角形之外,中性点发生位移、不稳定,单相接地电弧熄灭后,容易导致TV的铁芯饱和激发起中性点不稳定电压。上述均可能引起TV严重超差。在中性点不接地系统中,因单相短路接地时可带病运行达两小时之久,TV不但超差甚至可能过热损坏。

5 长期的热作用使TV铁芯磁导率下降,引起误差特性恶化

  运行5年以上的TV,由于铁芯在各种损耗转变成热能的长期作用下,引起铁芯磁导率下降,误差偏负甚至超差。我们在对运行多年的TV做试验取得的数据与安装前试验数据作比较证明了这一点。

6 总结

  要使TV稳定地工作在误差允许范围内,建议采取以下一些措施:选取容量时有必要留出较大的裕量;定期测量TV二次回路的导纳;严格执行定期轮换制度;选择合理的TV绕组--负载结线方式,对于变电所的电能计量,条件许可时,使用专用计量的TV二次绕组,使TV绕组--负载结线方式单一化,以利于计算所选用TV的容量与功率因数;使用额定功率因数与实际功率因数相近的TV;对于在TV二次回路采取电容补偿的方法应慎重,以免在一定条件下引起谐振损坏设备,发生事故;加强电网谐波管理,防止用户向电网输送谐波;采取适当措施消除过电压。

 
 
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