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，接上負載時(shí)必然產(chǎn)生壓降，引起二次電壓隨著(zhù)負載而變化，即TV誤差隨之變化。按規程規定，選擇TV二次額定容量Sn時(shí)，應使實(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算：S＝[(∑Skcosφk)2 (∑Sksinφk)2]1/2＝[(∑Pk)2 (∑Qk)2]1/2式中　cosφk-接在TV二次側的各設備的功率因數
　　Sk-接在TV二次側的各設備的視在功率(一般設計手冊可查到)TV額定容量選取不足的原因，歸納起來(lái)，有如下方面：
(1)　先天不足：
①設計人員缺乏必要的計量專(zhuān)業(yè)知識，在額定容量的選取問(wèn)題上認識不足；
②對各種測量性質(zhì)不同的表計，或同一類(lèi)不同工作原理的表計的電壓回路參數、結構知之不詳，又不愿查有關(guān)的手冊，因而引起計算錯誤；
③對計量不夠重視，工作疏忽，對接入設備數量不清楚，如后備線(xiàn)路未計算在內；
④為了節約投資，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：
　　在計量設備安裝時(shí)，額定容量已正確選取了，因實(shí)時(shí)監測和管理的需要，除原來(lái)已接入的繼保設備、監視用的電壓表、功率表、功率因數(相位)表、頻率表外，又接入遙測用的電壓變送器、功率變送器，電壓監測儀，失壓儀，諧波監測儀等等，這最容易發(fā)生在運行多年的變電所。最嚴重的是，這些設備中，某些設備的工作電源還由TV供給，若只取自某一相時(shí)會(huì )使TV各相負載變得不平衡。還有，因用電形勢發(fā)展出乎意料的迅速，新線(xiàn)路一下子增加了許多而令TV回路設備相應增加很多。這些不斷接入的設備，可能會(huì )使TV二次回路的總實(shí)際容量超出最初設計時(shí)選定的額定容量。而設備的接入人員或沒(méi)有及時(shí)通知相關(guān)部門(mén)的管理人員，或管理人員疏于職守，管理不善，沒(méi)有察覺(jué)到TV的實(shí)際容量已超出額定容量。
2　各TV的實(shí)際功率因數低于額定功率因數引起TV誤差特性惡化
　　感應式的三相電能表，其電壓線(xiàn)圈的功率因數約為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，故其功率因數也在0.3～0.5，加上其它接入設備的感性負載，整個(gè)電壓二次回路的功率因數約為0.3左右。目前廣泛用于電力系統的電磁式TV，額定功率因數為0.8(感性)，當TV二次負載的功率因數與額定功率因數相差較大時(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備以及其它非線(xiàn)性負荷接入電力網(wǎng)造成系統中存在諧波。對于中、低電壓等級的系統，一般都采用電磁感應式TV，此種TV在高次諧波條件下運行時(shí)，由于原、副邊的漏阻抗以及原、副邊間的電容和副邊負載引起附加誤差。當滿(mǎn)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(xiàn)性地增大，偶次諧波對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(wú)法通過(guò)選擇接線(xiàn)形式來(lái)改善的。所幸的是，我們在多年的諧波測試中發(fā)現，注入電力系統的諧波，引起電網(wǎng)某點(diǎn)電壓畸變的程度，與該點(diǎn)的短路容量、運行方式大小成反比。電網(wǎng)中存在的主要是奇次諧波，對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的增大出現較快的衰減，其余序組的各次諧波分量的含量則迅速衰減。但試驗表明，不能忽視其對TV的誤差特性乃至整個(gè)電能計量裝置的誤差的影響。
4　電力系統過(guò)電壓引起TV誤差特性惡化
　　電力系統中形式各異的電感元件，如變壓器、TV(因其容量相對于變壓器容量而言微不足道，故相當于空載運行的變壓器)、發(fā)電機、消弧線(xiàn)圈等，與電力系統中存在的各式電容，如線(xiàn)路的對地、相間電容，補償用的串、并聯(lián)電容及各種高壓設備的寄生電容，可能形成不同的振蕩回路，在一定條件下將產(chǎn)生諧振現象，引起諧振過(guò)電壓。諧振過(guò)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(guò)渡過(guò)程結束后的較長(cháng)時(shí)間內穩定存在，直至諧振條件被破壞為止。在中性點(diǎn)不接地的系統中，系統在非全相運行的狀態(tài)下，如輸電線(xiàn)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(guò)電壓。在系統發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障相的電壓升高可能超出線(xiàn)電壓三角形之外，中性點(diǎn)發(fā)生位移、不穩定，單相接地電弧熄滅后，容易導致TV的鐵芯飽和激發(fā)起中性點(diǎn)不穩定電壓。上述均可能引起TV嚴重超差。在中性點(diǎn)不接地系統中，因單相短路接地時(shí)可帶病運行達兩小時(shí)之久，TV不但超差甚至可能過(guò)熱損壞。
5　長(cháng)期的熱作用使TV鐵芯磁導率下降，引起誤差特性惡化
　　運行5年以上的TV，由于鐵芯在各種損耗轉變成熱能的長(cháng)期作用下，引起鐵芯磁導率下降，誤差偏負甚至超差。我們在對運行多年的TV做試驗取得的數據與安裝前試驗數據作比較證明了這一點(diǎn)。
6　總結
　　要使TV穩定地工作在誤差允許范圍內，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；定期測量TV二次回路的導納；嚴格執行定期輪換制度；選擇合理的TV繞組--負載結線(xiàn)方式，對于變電所的電能計量，條件許可時(shí)，使用專(zhuān)用計量的TV二次繞組，使TV繞組--負載結線(xiàn)方式單一化，以利于計算所選用TV的容量與功率因數；使用額定功率因數與實(shí)際功率因數相近的TV；對于在TV二次回路采取電容補償的方法應慎重，以免在一定條件下引起諧振損壞設備，發(fā)生事故；加強電網(wǎng)諧波管理，防止用戶(hù)向電網(wǎng)輸送諧波；采取適當措施消除過(guò)電壓。