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1、第26卷 第4期 2005年4月 电 力 建 设 Electric Power Construction Vol . 26 No. 4 Apr, 2005 500 kV电容式电压互感器误差现场 检验方法的分析 李佩军 (北京超高压公司,北京市, 102401) 摘 要 简介唐山安各庄500 kV变电站,电容式电压互感器误差的现场检验实例。采用串联谐振原理产生高压试 验电源,使用电容式电压比例标准器外推法。实现500 kV电容式电压互感器误差的现场检验,测量结果的不确定度 符合电压互感器检定规程的要求。实践证明,检验方法正确,其结果经反复验证具有一定的准确度。这套检验装置完 全适用于220 kV
2、及以上电容式电压互感器误差的现场检验。 关键词 电容式电压互感器 误差 现场检验 中图分类号: T M64 文献标识码:B 文章编号: 1000 - 7229(2005) 04 - 0043 - 03 Analysis on Site InspectionMethod of Error for 500 kV Capacitance Voltage Transfor mer Li Peijun (Beijing Extra High Voltage Company, Beijing City, 102401) Keywords capacitance voltage transformer; e
3、rror; field inspection 电能计量是经济核算的依据。高压电能计量装 置由电流、 电压互感器和电能表组成。过去不检验的 高压电流、 电压互感器现在提出了误差检验的新要 求。为了测量高压电压互感器的误差,按国家计量检 定规程 测量用电压互感器 JJG31494提供的电容 式比例标准器外推方法实施。在现场使用多台环氧 树脂浇注铁芯电抗器叠装和被试电容式电压互感器 组成的串联谐振回路产生高压试验电源,使用轻便型 SF6压缩气体电容器和分压调零箱以及110 kV电压 互感器组成电容式电压比例标准装置,实现了6组母 线500 kV电容式电压互感器的误差检验,测量结果 的不确定度符合电压
4、互感器检定规程的要求。 1 串联谐振的原理和试验装置 现场试验使用的串联谐振回路由升压变压器 TB,铁芯电抗器LZ与电容式电压互感器的耦合电容 器C1和C2组成,其原理可以用图1的串联谐振等 效电路说明。E 为升压变压器的二次电势输出,R 为升压变压器和电抗器绕组的电阻以及等效铁损,L 为电抗器的电感, C为电容式电压互感器的等效电 容。在电势E 的激励下,回路产生电流I ,电流I 在 电容C上产生电压降U 。根据电工学可以写出如下 的回路方程: 图1 串联谐振等效电路 E = R I +jL I + I jc (1) 当X=XC时,回路达到谐振状态,这时有: U C E = XC R = X
5、L R =Q(2) Q称为回路的品质因数。Q值越高,谐振时产 生的电压升幅就越大。通常Q值在1030。 由于电网的频率是变化的,使得(XL-XC)的值 收稿日期: 2004 - 10 - 30 作者简介:李佩军(1962 - ) ,男,北京超高压公司变电工程处总工程师,从事电测量和高压设备调试工作。 34 电 力 建 设第26卷 随着频率变化,当激励电势E不变时,谐振升压装置 的输出电压将随频率变化。为了尽量减小频率变化 对试验电压的影响,谐振升压装置应工作在轻微失 谐状态。失谐度 应当控制在多大范围才合适,可 以根据回路的Q值计算。 当- 10% 10%时,在失谐情况下,可写为: UC= E
6、Q 1 + 2 (1 - 2 )(3) 式中 一般失谐度,= 。 当Q=30,=8. 6%时, UC E =10. 4。可见,若回 路Q值为30时,要使升压倍数不小于10,失谐度应 不大于8. 6 % ,相应的回路电容量与临界电容量(完 全谐振时的电容量)之比应控制在0. 9571. 043之 间。 用串联谐振回路产生高电压有如下优点: (1) 激励电源容量小。(2)短路电流小。(3)波形畸变 小。 串谐用的铁芯电抗器Q值在2530。电抗器 有25 kVA和15 kVA 2种规格,额定电压分别为50 kV和30 kV,可按要求叠装成满足要求的电抗值。 2 电容式电压比例标准器的选择 基于电容分
7、压器原理的电压比例标准器,具有 可以直接读取误差数据的优点,使用方便,适合现场 使用。使用1台YL350 /50型便携式压缩气体电容 器作为高压臂, CVB2分压器作为低压臂。电容分压 器用于电压外推的条件是分压比与工作电压的无关 性,所以分压电容器的重要指标之一是电容量和损 耗因数的稳定性。 YL350 /50的额定电压为350 kV,电容量50 pF, 实际电压系数为2. 710 - 5。 CVB2分压器内的低压臂电容器是CBB型聚丙 烯膜电容器。这种电容器额定工作电压600 V,使用 电压不到10 V。它的电压系数为 (0 6) 10 - 6。 电容分压器的电压系数等于高压臂和低压臂电
8、容器的电压系数之差,考虑到测量的不确定度和计 算的需要,在不作修正的条件下,取电容分压器电压 系数引入的不确定度为410 - 5。 3 标准量值的误差和测量装置比率变 换器引入的误差分析 电容分压器在测量中只起着外推误差电压曲 线作用,它本身的量值要通过110 kV标准电压互感 器传递。使用的标准电压互感器型号为HJZ110,额 定电压比为(110 kV / 3) / (100 V / 3) ,准确度0. 02 级。我国已建立110 kV工频电压比例国家标准,不 确定度为210 - 5。因此这个电压等级的电压互感 器都可溯源到国家标准。在HJZ110的检定证书中, 100%额定电压下的检定值为
9、0. 015%和0. 37。在 校准时可以在HEJ2A型电压互感器校验仪上预置 电压互感器的误差值,修正它的误差。可使由标准 电压互感器引入的不确定度减小到0. 02级允许误 差的1 /3,即710 - 5。 标准量值误差的另一个来源是CVB2分压器, 它是一台自耦式感应分压器,准确度0. 01级。它的 量值也可溯源到国家标准,通常用多盘感应分压器 作标准器对它的误差进行校验。在(500 kV / 3) / (100 V / 3)的电压比上, CVB2分压器的分压系数 为0. 22,误差检定值为- 0. 006%和0. 11。这一检 定值可预置到HEJ2A上进行误差修正。可使引入 的不确定度减
10、小到0. 01级允许误差的1 /3,即3 10 - 5。 误差测量装置HEJ2A型电压互感器校验仪的 准确度是2级。当被比较的2个电压需要变换到额 定值的1 /10时,仪器通过1台比率变换器对被测电 压进行变换。测量结果表明,在额定电压100 V / 3 档,电压百分数从20%变到120% ,比率变换器电压 系数引入的误差是3410 - 6。 4 500 kV电容式电压互感器的误差 检验操作 500 kV电容式电压互感器误差检验采用了如 图2所示的线路。通过CVB2的开关K1进行校准 和测量功能的转换。当开关K1置校准位置时, 110 kV标准电压互感器PTo的二次输出经CVB2的感 应分压器
11、I VD分压,提供1个与被检电压互感器额 定变比相同的校准电压,从CVB2的Ux端子输出。 CVB2的UN和Ux输出接到校验仪HEJ2A的差压输 入端子UN和Ux,其中UX经过HEJ2分压后与UN 比较测差,从而得到它们的比值差和相位差。校准 时, HEJ2A置PTo和CVB2分压器误差检定值的代 数和,在校准电压(约60 kV)下调节CVB2中的C2 和R1 (R 2置0) ,使校验仪指示平衡。这时电容分压 器的误差接近上级检定误差。 校准完成后开关K1置测量位置,把PTo的一次 引线从一次回路取下。被检电压互感器PTx的二次 电压从CVB2的Ux端输出。这个电压与电容分压 器输出的电压UN
12、比较后,即可得到PTx的比值差和 44 第4期500 kV电容式电压互感器误差现场检验方法的分析 相位差。 图2 用串联谐振升压装置和电容分压器校验 电容式电压互感器线路 5 电压互感器误差测量结果的分析 现场检验分别在2座500 kV变电站6组18只 电压互感器上进行,其测量数据相近似,因此只提供 其中1只的测量结果,如表1所示。 5. 1 电容分压器的准确度 电容分压器的校准点的误差包括HJZ110和 CVB2分压器的上级检定误差,再加上二次引线压降 影响和二次负荷影响,其量可以控制在标准互感器 允许误差的1/3。几个量按方程根法得到综合为1 10 - 4。按 B类不确定度处理,u1=0.
13、 610 - 4。 电容分压器分压比的电压系数由高压臂电容器 和低压臂电容器的电压系数合成,引入的误差为0. 4 10 - 4。按 B类不确定度处理,u2=0. 210 - 4。 电容分压器在测量过程中的变化可根据测量前 后2次校准结果之差确定。实测的最大值等于0. 5 10 - 4 ,为,按B类不确定度处理,u3=0. 310 - 4。 5. 2 被测电压互感器二次引线压降 被测电压互感器连接到校验仪的二次线长达 50 m,回路电阻实测值为1。校验仪工作回路电 流为3 mA,二次引线压降引入的误差为0. 510 - 4 , 按B类不确定度处理,u4=0. 310 - 4。 5. 3 环境电磁
14、干扰 环境电磁干扰可根据未施加测量电压时,校验 仪检流计的读数折算到正常测量时,使检流计产生 相同读数的偏调量。实测结果最大值为1. 210 - 4。 按B类分量折算为标准差,得u5=0. 710 - 4。 5. 4 二次负荷影响 电压负荷箱的准确度为3% ,考虑到温度和引 线影响,误差可以到5%。当负荷箱置上、 下限负荷 时,被试互感器误差变化按0. 3%计算,负荷影响可 达1. 510 - 4。按 B类不确定度处理,u6= 0. 9 10 - 4。 5. 5 误差测量装置影响 校验仪准确度为2级,测量时置 0. 1%档,最 大误差为310 - 5 ,按B类不确定度处理,u7=0. 2 10
15、 - 4。 校验仪内置变换器电压系数为0. 3410 - 4 ,按 B类不确定度处理,u8=0. 210 - 4。 合成不确定度为: u=u 2 1+u 2 2+u 2 3+u 2 4+u 2 5+u 2 6+u 2 7+u 2 8+ = 1.410 - 4 取扩展因子K= 2,算得扩展不 确定度为 U=2.810 - 4。检定 0.2级的电压互感器要求的扩 展不确定度为6.710 - 4 ,装置有足够的裕度。 表1 500 kV电容式电压互感器误差测量结果 试验条件 (Up /U n) /% 比值差 /% 相位差 / ( ) 1a - 1n: 50 VA cos=0. 8 2a - 2n:
16、50 VA cos=0. 8 1a - 1n: 12. 5 VA cos=0. 8 2a - 2n: 0 VA 1a - 1n: 0 VA 2a - 2n: 0 VA 80- 0. 151- 5. 5 100- 0. 132- 5. 2 120- 0. 145- 4. 7 800. 128- 0. 8 1000. 125- 0. 7 1200. 117- 0. 2 800. 181- 1. 4 1000. 177- 0. 7 1200. 152- 0. 6 注:用户:华北电网有限公司 线路名称: 3号主变 A相 生产厂:无锡日新电机有限公司 型号:WVB500 - 5H 编号: 128487 分压器校准:R1: 570 C2: 2. 664 74F 6 结论 500 kV电容式电压互感器误差的现场检验,是 采用便携式谐振升压装置提供试验电源,对标准电 压互感器和分压器的误差,要通过在校验仪预置检 定误差值的方法进行修正。执行编制好的操作步 骤,实施对6组母线18只电容式电压互感器误差的 现场检验,测量结果的不确定度,同产品出厂时基本 一致,控制在检定规程允许的范围之内,无一超差。 若出现不合格时经反复验证后,产品尚须返厂处置。 实践证明,这套检验装置的使用方法正确,测量数据 准确,完全可用于220 kV及以上电容式电压互感器 误差的现场检验。 (责任编辑:赵廷昌) 54