浅析多绕组电压互感器二次负荷配置原则

浅析多绕组电压互感器二次负荷配置原则
发表时间：2018-04-19T16:20:05.657Z 来源：《电力设备》2017年第33期作者：燕刚
[导读] 摘要：本文对保护绕组二次负荷额定值以及计量误差现象和影响的机理进行分析，提出有效原则。

（国网山东省电力公司东阿县供电公司 252200）
摘要：本文对保护绕组二次负荷额定值以及计量误差现象和影响的机理进行分析，提出有效原则。

关键词：多绕组；电压互感器；二次负荷；配置原则
0引言
随着电子式电能表、智能电能表的逐渐普及，电压互感器计量绕组二次回路负荷普遍变轻，与此同时，采用现代微机型保护装置替代传统电磁式继电保护装置后，保护绕组二次回路负荷同样大大降低，而更换上述新型二次装置时，一般不会同时更换电压互感器，这就造成电压互感器的运行轻载现象严重，甚至出现计量二次实际负荷远小于1/4额定负荷的极端情况。

在计量误差方面表现为电压互感器出厂合格，但在实际运行时误差正偏严重，甚至超差。

电压互感器多个二次绕组负荷变化对计量误差影响的模型研究已经较为成熟，但在2017年XX电网关口计量装置改造项目开始之前，尚没有机构开展电压互感器二次负荷配置原则的研究。

设计部门一般以大于4倍实际运行二次负荷的原则进行互感器额定容量选型，裕度过大。

基于多绕组电压互感器的电磁模型，本文揭示计量和保护绕组二次负荷额定值与实际值对计量误差的影响机理，根据理论和试验结果制定了多绕组二次负荷的配置原则，并将其应用于电网电厂上网关口计量装置改造工程中。

工程检测结果表明，电压互感器的误差正向偏移现象得到了明显改善，互感器设计的最佳误差特性点得到了应用。

提出的二次负荷优化配置理论以及工程实践经验可在其他公司推广应用。

1.计算模型.
高压多绕组电压互感器最常见的配置是一次绕组加2个基本二次绕组和1个剩余电压绕组，基本二次绕组1个用于计量、另1个用于保护和测控。

稳态运行时，剩余绕组上不流过电流(不产生磁场)，不会对计量绕组误差产生影响。

而一次绕组、计量绕组和保护绕组3者的磁场通过铁芯和空气磁路紧密耦合在一起，当任意1个绕组二次负荷发生改变时，都会对计量绕组的误差产生影响。

为分析二次负荷配置对计量准确性的影响，首先需建立多绕组电压互感器的电磁模型。

单相三绕组电压互感器的电磁结构如图1所示。

图中，一次绕组、计量绕组和保护绕组分别编号为1、2、3号绕组，匝数分别是N1、N2、N3；Φm是交链3个绕组的铁芯磁通；E1、E2、E3是铁芯磁通的感应电势，其中下标表示绕组编号；Φ12、Φ13、Φ23是交链2个绕组的互漏磁通；Φ1σ、Φ2σ、Φ3σ表示绕组的自漏磁通；U1、U2、U3和I1、I2、I3表示绕组端口电压和电流，参考方向按照电磁学惯例选取；Y2和Y3代表二次负荷。

按照全电流定律、各绕组的电压平衡方程，并采用三绕组变压器的建模方法将所有物理量归算到一次侧可得：
式中：Im代表励磁电流；上标′表示归算到一次侧的物理量；R1、R2′、R3′和1X、2X′、3X′分别为3个绕组的电阻和自漏抗；
X12′=X21′、X13′=X31′、X23′=X32′为2个绕组间的互漏抗。

根据式(1)−式(4)可以做出三绕组电压互感器的等效电路如图2所示。

归算到一次侧后，由主磁通Φm感应出的3个绕组电势相等，即。

整理式可得：
由图2可知，影响电压互感器误差的因素分为以下2类：
1）第1类是互感器的固有参数，即铁芯的励磁电流、绕组电阻和组合电抗。

固有参数由互感器的设计和制造工艺决定，出厂时已固定。

要减小该类因素引起的误差，须在技术和经济性允许的前提下尽可能减小励磁电流、绕组电阻和组合电抗。

2）第2类是外部参数，即一次电压和二次负荷。

其中：一次电压在稳态时基本不变；而二次负荷大小和电压互感器实际所带的计量和保护仪表类型有关，数值变化较大。

JJG1021—2007《电力互感器检定规程》规定误差测试的二次负荷下限是2.5VA，即要求电压互感器从2.5VA到额定负荷时的误差均满足精度要求，而GB1207—2006《电磁式电压互感器》要求的二次负荷下限为额定负荷的1/4。

就二次负
荷下限的规定而言，JJG1201—2007要严格于GB1207—2006。

2.多绕组二次负荷配置原则
根据前文的理论分析和试验结果，可以总结出多绕组电压互感器的二次负荷配置原则如下：1）计量绕组的二次额定负荷选型要恰当，不宜过大目前电子式电能表逐渐普及，相对于感应式电能表，电子式电能表的二次负荷大大减轻；另外，以往为了计量某计量点流过的正反向有无功，需要安装4块感应式电能表，现在则只需安装1块电子式电能表；最后，现在计量管理要求计量回路独立，因此计量回路只有电能表，没有其他二次设备。

以上原因造成当前计量二次回路负荷普遍较轻，如果计量绕组额定负荷选择过大，将造成计量绕组实际负荷率过低，计量绕组运行于严重正偏差区域，甚至出现超差。

2）保护绕组的二次额定负荷选型要恰当，不宜过大采用微机保护替代传统电磁式继电保护装置后，电压互感器保护绕组二次负荷同样大大降低。

如果选配的保护绕组额定负荷过大，将造成互感器计量误差控制区间变差，即计量绕组在轻载和额定负载时误差绝对值会更加接近互感器的误差限值。

另外，线路型电压互感器仅为对应出线提供计量和保护二次电压，二次额定负荷配置只需满足该线路二次设备所需容量即可。

母线型电压互感器可能需要同时给几条出线的计量和保护装置提供二次电压，因此其二次额定负荷应酌情增大。

3.实测例证分析
例如，某电力公司在2013年开展了普测调研，为了有效提高公司关口计量装置的整体性能，组织实施了关口的改造工程，分别经过了前期的技术研究与准备、中期的沟通协调动员、政府相关部门的接入与地标出台、设备定制的改造与监造、进行实施等阶段，截止到2015年12月，工程已经实现了全面竣工。

在对此工程进行改造以前，公司变电站关口电压互感器普遍的投运年限较长，有很多都是采用电磁式二次设备负荷容量进行配置与选择，而为了更符合安全生产的需求，相关设计部门还以4倍以上的负荷设备对其进行选型。

随后，在电子式电能表及微机保护装置的深入应用中，电压互感器绕组保护出现了较为严重的轻载，由此可以看出，当前电压互感器出现正偏差的情况比较普遍和显著。

在对工程进行改造以前，省公司就已经进行了全面的检测，出现了二次负荷轻载严重的情况。

而这次的普测中包括了近290台电压互感器，这些电压互感器实际负荷率不超过5%有80%以上，而实际负荷率超过25%的却只有1%，这些数据也凸显了保护绕组二次负荷严重轻载的问题。

另外，这种严重轻载还导致了计量误差的正偏，这表示公司为此需要支付大量购电资金，也决定了电能计量设备改造的迫切性。

为此，对变电站关口电压互感器配置的措施主要有以下几点：
（1）要求电压互感器的计量绕组负荷率在25%~100%以内，同时必须完全满足GB1207-2015规程的相关要求；（2）关口电压互感器的计量回路要实现100%的专用；（3）要保证电压互感器计量绕组精度等级在0.2级以上；（4）统一计量绕组二次负荷的配置标准，包括母线TV的二次负荷是30VA以及线路TV二次负荷是10VA；（5）要充分考虑到绕组二次负荷配置后再计量误差等方面产生的影响，要求在少数情况下采用电磁式继电保护装置的线路以外，其它的二次负荷以75VA的标准配置。

经过改造以后，公司变电站电压互感器实际的负载情况误差下降了0.00078%，额定负载平均误差下降到0.02064%，额定平均值误差为0.03805%，这些数据均表示经过改造后误差性能方面得到了一定程度的改善。

4.结束语
本文探讨了电压互感器工作的原理及保护不同二次绕组误差影响的机理，其措施需要紧密结合等级准确度进行控制，并合理选择高压多绕组电压互感器额定二次负荷，确保互感器安全稳定运行。

参考文献：
[1]周峰,徐敏锐.多绕组电压互感器二次负荷配置原则及其工程应用[J].高电压技术,2015,1(31):202-204.
[2]吴桥,陈刚.电力互感器现场运行测量准确性优化提升技术研究[J].电测与仪表,2015,8(18):22-23.。