電壓互感器誤差特性隱性惡化原因分析

1　額定容量不足引起TV誤差特性惡化
　　由于TV繞組存在直流電阻和漏電抗，接上負(fù)載時(shí)必然產(chǎn)生壓降，引起二次電壓隨著負(fù)載而變化，即TV誤差隨之變化。按規(guī)程規(guī)定，選擇TV二次額定容量Sn時(shí)，應(yīng)使實(shí)際二次容量S不大于Sn，但不小于(1/4)Sn，即(1/4)Sn≤S≤Sn。TV實(shí)際二次容量可按下式計(jì)算：S＝[(∑Skcosφk)2 (∑Sksinφk)2]1/2＝[(∑Pk)2 (∑Qk)2]1/2式中　cosφk-接在TV二次側(cè)的各設(shè)備的功率因數(shù)
　　Sk-接在TV二次側(cè)的各設(shè)備的視在功率(一般設(shè)計(jì)手冊(cè)可查到)TV額定容量選取不足的原因，歸納起來，有如下方面：
(1)　先天不足：
①設(shè)計(jì)人員缺乏必要的計(jì)量專業(yè)知識(shí)，在額定容量的選取問題上認(rèn)識(shí)不足；
②對(duì)各種測(cè)量性質(zhì)不同的表計(jì)，或同一類不同工作原理的表計(jì)的電壓回路參數(shù)、結(jié)構(gòu)知之不詳，又不愿查有關(guān)的手冊(cè)，因而引起計(jì)算錯(cuò)誤；
③對(duì)計(jì)量不夠重視，工作疏忽，對(duì)接入設(shè)備數(shù)量不清楚，如后備線路未計(jì)算在內(nèi)；
④為了節(jié)約投資，選取了額定容量較小或額定容量裕量不足的TV。
(2)　后天造成：
　　在計(jì)量設(shè)備安裝時(shí)，額定容量已正確選取了，因?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和管理的需要，除原來已接入的繼保設(shè)備、監(jiān)視用的電壓表、功率表、功率因數(shù)(相位)表、頻率表外，又接入遙測(cè)用的電壓變送器、功率變送器，電壓監(jiān)測(cè)儀，失壓儀，諧波監(jiān)測(cè)儀等等，這最容易發(fā)生在運(yùn)行多年的變電所。最嚴(yán)重的是，這些設(shè)備中，某些設(shè)備的工作電源還由TV供給，若只取自某一相時(shí)會(huì)使TV各相負(fù)載變得不平衡。還有，因用電形勢(shì)發(fā)展出乎意料的迅速，新線路一下子增加了許多而令TV回路設(shè)備相應(yīng)增加很多。這些不斷接入的設(shè)備，可能會(huì)使TV二次回路的總實(shí)際容量超出最初設(shè)計(jì)時(shí)選定的額定容量。而設(shè)備的接入人員或沒有及時(shí)通知相關(guān)部門的管理人員，或管理人員疏于職守，管理不善，沒有察覺到TV的實(shí)際容量已超出額定容量。
2　各TV的實(shí)際功率因數(shù)低于額定功率因數(shù)引起TV誤差特性惡化
　　感應(yīng)式的三相電能表，其電壓線圈的功率因數(shù)約為0.2～0.3，電子式電能表由于其電壓回路一般都使用小型TV作為隔離和采樣，工作電源也由小型變壓器降壓整流獲得，故其功率因數(shù)也在0.3～0.5，加上其它接入設(shè)備的感性負(fù)載，整個(gè)電壓二次回路的功率因數(shù)約為0.3左右。目前廣泛用于電力系統(tǒng)的電磁式TV，額定功率因數(shù)為0.8(感性)，當(dāng)TV二次負(fù)載的功率因數(shù)與額定功率因數(shù)相差較大時(shí)，將會(huì)超出允許誤差。
3　諧波引起TV誤差特性的惡化
　　由于大容量用電整流或換流設(shè)備以及其它非線性負(fù)荷接入電力網(wǎng)造成系統(tǒng)中存在諧波。對(duì)于中、低電壓等級(jí)的系統(tǒng)，一般都采用電磁感應(yīng)式TV，此種TV在高次諧波條件下運(yùn)行時(shí)，由于原、副邊的漏阻抗以及原、副邊間的電容和副邊負(fù)載引起附加誤差。當(dāng)滿足TV的鐵芯不飽和、一次繞組的漏抗很小、TV空載等條件時(shí)，則附加誤差很小，但TV負(fù)載較重時(shí)，誤差特性迅速惡化。TV的誤差隨正弦波畸變率的增大而非線性地增大，偶次諧波對(duì)TV誤差的影響比奇次諧波更甚。工作在諧波環(huán)境中的TV的誤差特性是無法通過選擇接線形式來改善的。所幸的是，我們?cè)诙嗄甑闹C波測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，注入電力系統(tǒng)的諧波，引起電網(wǎng)某點(diǎn)電壓畸變的程度，與該點(diǎn)的短路容量、運(yùn)行方式大小成反比。電網(wǎng)中存在的主要是奇次諧波，對(duì)于某次含量最大的諧波分量，其后的該序組的諧波分量的含量隨次數(shù)的增大出現(xiàn)較快的衰減，其余序組的各次諧波分量的含量則迅速衰減。但試驗(yàn)表明，不能忽視其對(duì)TV的誤差特性乃至整個(gè)電能計(jì)量裝置的誤差的影響。
4　電力系統(tǒng)過電壓引起TV誤差特性惡化
　　電力系統(tǒng)中形式各異的電感元件，如變壓器、TV(因其容量相對(duì)于變壓器容量而言微不足道，故相當(dāng)于空載運(yùn)行的變壓器)、發(fā)電機(jī)、消弧線圈等，與電力系統(tǒng)中存在的各式電容，如線路的對(duì)地、相間電容，補(bǔ)償用的串、并聯(lián)電容及各種高壓設(shè)備的寄生電容，可能形成不同的振蕩回路，在一定條件下將產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，引起諧振過電壓。諧振過電壓不僅會(huì)在*作或發(fā)生故障時(shí)產(chǎn)生，而且可能在過渡過程結(jié)束后的較長時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定存在，直至諧振條件被破壞為止。在中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)中，系統(tǒng)在非全相運(yùn)行的狀態(tài)下，如輸電線路因意外折斷，斷路器非全相*作以及熔斷器的一相熔斷等情況下，常會(huì)發(fā)生諧振過電壓。在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障相的電壓升高可能超出線電壓三角形之外，中性點(diǎn)發(fā)生位移、不穩(wěn)定，單相接地電弧熄滅后，容易導(dǎo)致TV的鐵芯飽和激發(fā)起中性點(diǎn)不穩(wěn)定電壓。上述均可能引起TV嚴(yán)重超差。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，因單相短路接地時(shí)可帶病運(yùn)行達(dá)兩小時(shí)之久，TV不但超差甚至可能過熱損壞。
5　長期的熱作用使TV鐵芯磁導(dǎo)率下降，引起誤差特性惡化
　　運(yùn)行5年以上的TV，由于鐵芯在各種損耗轉(zhuǎn)變成熱能的長期作用下，引起鐵芯磁導(dǎo)率下降，誤差偏負(fù)甚至超差。我們?cè)趯?duì)運(yùn)行多年的TV做試驗(yàn)取得的數(shù)據(jù)與安裝前試驗(yàn)數(shù)據(jù)作比較證明了這一點(diǎn)。
6　總結(jié)
　　要使TV穩(wěn)定地工作在誤差允許范圍內(nèi)，建議采取以下一些措施：選取容量時(shí)有必要留出較大的裕量；定期測(cè)量TV二次回路的導(dǎo)納；嚴(yán)格執(zhí)行定期輪換制度；選擇合理的TV繞組--負(fù)載結(jié)線方式，對(duì)于變電所的電能計(jì)量，條件許可時(shí)，使用專用計(jì)量的TV二次繞組，使TV繞組--負(fù)載結(jié)線方式單一化，以利于計(jì)算所選用TV的容量與功率因數(shù)；使用額定功率因數(shù)與實(shí)際功率因數(shù)相近的TV；對(duì)于在TV二次回路采取電容補(bǔ)償?shù)姆椒☉?yīng)慎重，以免在一定條件下引起諧振損壞設(shè)備，發(fā)生事故；加強(qiáng)電網(wǎng)諧波管理，防止用戶向電網(wǎng)輸送諧波；采取適當(dāng)措施消除過電壓。