CN107462858A - 一种电压互感器量值溯源方法及装置 - Google Patents

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CN107462858A CN201710471784.XA CN201710471784A CN107462858A CN 107462858 A CN107462858 A CN 107462858A CN 201710471784 A CN201710471784 A CN 201710471784A CN 107462858 A CN107462858 A CN 107462858A
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周峰
袁建平
雷民
姜春阳
殷小东
陈松
刘浩
熊魁
李明
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    • H01F38/22—Instruments transformers for single phase ac
    • H01F38/24—Voltage transformers
    • H01F38/26—Constructions

Abstract

本发明公开了一种电压互感器量值溯源装置及方法，所述装置包含标准电压互感器模块以及误差测量模块，所述标准电压互感器模块包含上级标准电压互感器、下级标准电压互感器以及高压隔离互感器，所述上级标准电压互感器的一次绕组与下级标准电压互感器的一次绕组串联，所述上级标准电压互感器通过高压隔离互感器与下级标准电压互感器串联；所述误差测量模块以标准电压互感器输出电压为参考，对待测电压互感器的二次绕组输出电压进行误差测量；所述方法通过对上级标准电压互感器加待测电压、对下级标准互感器加待测电压、对串联的上下级标准电压互感器加待测电压分别测得误差值，根据误差变化量得到电压变化曲线，进而得到全电压范围内的误差曲线。

Description

一种电压互感器量值溯源方法及装置
技术领域
本发明涉及电压互感器计量技术领域，更具体地，涉及一种电压互感器量值溯源方法及装置。
背景技术
计量技术属于基础学科领域和国家公益事业的范畴，同时也反映了国民经济状态的综合实力。而在电力系统中,高电压大电流计量标准的水平涉及发电、输电和供电三方电能贸易的准确性。同时，与高电压技术研究、输变电设备技术水平评估、线损测量等各方面息息相关，其重要性不言而喻。按照相关计量法的规定，必须定期对测量用互感器实行强制检定，开展这项工作必须有可靠的量值溯源方法和高电压等级、高准确度级别的标准装置。目前量值溯源方法主要有四种：参考电势法、参数计算法、电压加法和电压系数法。参考电势法主要用于感应分压器的自校，由于感应分压器的额定电压不高，该方法适合1kV及以下电压等级使用。参数计算法是把标准互感器的主导误差等效为数学模型，测出数学模型中的相关参数，间接计算出标准电压互感器的误差，此方法受等效模型精度及测量不确定度的较大，因此很少使用。电压系数法主要用于电容式工频电压比例标准的量值溯源，不仅测量线路复杂，而且测量电压很难提高到500kV以上。1989年，我国基于电压加法线路建立了110kV工频电压比例标准，具有溯源性强，本身兼有自校能力，形成自校系统。但该方法存在电势稳定性推定，当校验过程中各屏蔽层电位发生变化时，泄漏电流流过励磁绕组，一定程度上影响了互感器的误差，从而影响测量不确定度。基于其线路特点，该方法无法满足更高电压等级的应用需求。
发明内容
为了解决背景技术存在的无法对高电压进行量值溯源的问题，本发明提供了一种电压互感器量值溯源方法和装置，所述方法基于电压互感器一次、二次电压的可加性原理，可实现高电压等级的电压互感器向低电压等级的电压互感器量值溯源。
一种电压互感器量值溯源装置，所述装置包括：
标准电压互感器模块，所述标准电压互感器模块包含上级标准电压互感器、下级标准电压互感器以及高压隔离互感器，所述上级标准电压互感器的一次绕组与下级标准电压互感器的一次绕组串联，所述上级标准电压互感器通过高压隔离互感器与下级标准电压互感器串联；所述待测电压互感器一次绕组与标准电压互感器模块输入端并联，或与上级标准电压互感器一次绕组并联，或与下级标准电压互感器一次绕组并联；
误差测量模块，所述误差测量模块的输入端与待测电压互感器的二次绕组电压输出端以及标准电压互感器模块的电压输出端相连；所述误差测量模块以标准电压互感器输出电压为参考，对待测电压互感器的二次绕组输出电压进行误差测量。
进一步的，所述高压隔离互感器一次绕组与上级标准电压互感器二次绕组并联，所述高压隔离互感器模二次绕组与下级标准电压互感器二次绕组串联；
进一步的，所述装置内部采用SF6气体绝缘；
进一步的，所述上级标准电压互感器、下级标准电压互感器以及待测电压互感器的电压比均为K；高压隔离电压互感器的电压比为1；
进一步的，所述上级标准电压互感器与下级标准电压互感器采用基于电压加法的分级集成化设计，进行上下级单独使用或整体使用；所述下级标准电压互感器与高压隔离互感器采取集成化设计；
进一步的，所述高压隔离互感器由互感器铁芯、屏蔽法兰、绕组以及屏蔽电极组成；所述互感器铁芯由两个大小相等、形状为半圆形的铁芯对拼而成，并固定于屏蔽法兰内；所述屏蔽法兰用于固定铁芯并对铁芯起屏蔽作用；所述绕组包含一次绕组和二次绕组；所述屏蔽电极包含一次高压屏蔽电极以及二次低压屏蔽电极，所述一次高压屏蔽电极完全包裹一次绕组；所述二次低压屏蔽电极完全包裹二次绕组，两端通过屏蔽法兰固定；所述屏蔽电极用于避免高电位的一次绕组对低电位的二次绕组产生泄漏电流；
进一步的，所述一次绕组与二次绕组为同轴安装，一次绕组同轴安装于圆环状的一次高压屏蔽电极内，二次绕组绕制在铁芯的直边上；
进一步的，所述铁芯材料为坡莫合金；
进一步的，所述一次高压屏蔽电极内外表面有圆弧面过渡连接，所有连接处均有倒角和抛光处理，表面粗糙度优于3.2μm。
一种高压隔离互感器装置，所述装置包含：
互感器铁芯，所述互感器铁芯由两个大小相等、形状为半圆形的铁芯对拼而成，并固定于屏蔽法兰之间；
屏蔽法兰，所述屏蔽法兰用于固定铁芯并对铁芯起屏蔽作用；
绕组，所述绕组包含一次绕组和二次绕组；
屏蔽电极，所述屏蔽电极包含一次高压屏蔽电极以及二次低压屏蔽电极，所述一次高压屏蔽电极完全包裹一次绕组；所述二次低压屏蔽电极完全包裹二次绕组，两端通过屏蔽法兰固定；所述屏蔽电极用于避免高电位的一次绕组对低电位的二次绕组产生泄漏电流。
进一步的，所述一次绕组与二次绕组为同轴安装，一次绕组同轴安装于圆环状的一次高压屏蔽电极内，二次绕组绕制在铁芯的直边上；
进一步的，所述铁芯材料为坡莫合金；
进一步的，所述一次高压屏蔽电极内外表面有圆弧面过渡连接，所有连接处均有倒角和抛光处理，表面粗糙度优于3.2μm；
一种电压互感器量值溯源方法，所述方法包含：
步骤1，将待测电压互感器的一次绕组与上级标准电压互感器的一次绕组并联，设置上级标准电压互感器的一次绕组电压以及待测电压互感器的一次绕组电压为σU，设置下级标准电压互感器的一次绕组电压为0，测量误差结果为ε1；
步骤2，将待测电压互感器的一次绕组与下级标准电压互感器的一次绕组并联，设置上级标准电压互感器的一次绕组电压为0，设置下级标准电压互感器的一次绕组电压以及待测电压互感器的一次绕组电压均为(2-σ)U，测量误差结果为ε2；
步骤3，将待测电压互感器的一次绕组与标准电压互感器模块的一次绕组并联，设置上级标准电压互感器的一次绕组电压为σU，下级标准电压互感器的一次绕组电压为(2-σ)U，待测电压互感器的一次绕组电压为2U，测量误差结果为ε3；
步骤4，通过计算可得被测电压互感器在半电压U以及全电压2U下的误差变化量，进而得出被测电压互感器的电压系数曲线；
其中，0≤σ≤2，各标准电压互感器的电压比均为K。
进一步的，所述被测电压互感器在半电压U以及全电压2U下的误差变化量由公式计算，其中γ、为全电压2U下待测电压互感器的误差，γ0为半电压U下待测电压互感器的误差；
进一步的，所述误差测量结果ε1的计算方法为：
ε1＝γ(σU)-α(σU)
其中，α(U)为上级标准电压互感器误差关于电压的函数，γ(U)为待测电压互感器误差关于电压的函数；
进一步的，所述误差测量结果ε2的计算方法为：
ε2＝γ[(2-σ)U]-β[(2-σ)U]
其中，β(U)为上级标准电压互感器误差关于电压的函数，γ(U)为待测电压互感器误差关于电压的函数；
进一步的，所述误差测量结果ε3的计算方法为：
其中，α(U)为上级标准电压互感器误差关于电压的函数，β(U)为上级标准电压互感器误差关于电压的函数，γ(U)为待测电压互感器误差关于电压的函数；
进一步的，根据待测电压互感器在低电压段的额定电压误差值以及待测电压互感器的电压系数曲线，得到全电压范围内待测电压互感器的误差曲线。
本发明的有益效果为：本发明的技术方案，给出了一种电压互感器量值溯源方法及装置，通过高压隔离互感器，实现两台额定变压比为K的标准电压互感器一次、二次电压相加，降低单台标准电压互感器的绝缘要求，实现高电压等级的电压互感器向低电压等级的电压互感器量值溯源；同时该装置可以对具有合适参数的电压互感器进行误差测量，具有很好的开放性；上、下级标准电压互感器基于电压加法原理采用分级、集成化设计方案，为后续开展互感器车载集成化试验平台的研究夯实基础。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为本发明具体实施方式的一种电压互感器量值溯源装置的结构原理图；
图2为本发明具体实施方式的一种电压互感器量值溯源方法的流程图；
图3为本发明具体实施方式的一种全电压串联式标准电压互感器量值溯源装置的结构图；
图4为本发明具体实施方式的一种高压隔离互感器的结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为本发明具体实施方式的一种电压互感器量值溯源装置的结构原理图；所述一种电压互感器量值溯源装置包括：
标准电压互感器模块101，所述标准电压互感器模块101包含上级标准电压互感器TV1、下级标准电压互感器TV2以及高压隔离互感器TV3，所述上级标准电压互感器TV1的一次绕组与下级标准电压互感器TV2的一次绕组串联，所述上级标准电压互感器TV1通过高压隔离互感器TV3与下级标准电压互感器TV2串联；所述待测电压互感器TVx一次绕组与标准电压互感器模块101输入端并联，或与上级标准电压互感器TV1一次绕组并联，或与下级标准电压互感器TV2一次绕组并联；
误差测量模块102，所述误差测量模块102的输入端与待测电压互感器TVx的二次绕组电压输出端以及标准电压互感器模块101的电压输出端相连；所述误差测量模块102以标准电压互感器输出电压为参考，对待测电压互感器TVx的二次绕组输出电压进行误差测量。
进一步的，所述高压隔离互感器TV3一次绕组与上级标准电压互感器TV1二次绕组并联，所述高压隔离互感器TV3模二次绕组与下级标准电压互感器TV2二次绕组串联；
进一步的，所述装置内部采用SF6气体绝缘；
进一步的，所述上级标准电压互感器TV1、下级标准电压互感器TV2以及待测电压互感器TVx的电压比均为K；高压隔离电压互感器TV3的电压比为1；
进一步的，所述上级标准电压互感器TV1与下级标准电压互感器TV2采用基于电压加法的分级集成化设计，进行上下级单独使用或整体使用；所述下级标准电压互感器TV2与高压隔离互感器TV3采取集成化设计；
图2为本发明具体实施方式的一种电压互感器量值溯源方法的流程图；所述一种电压互感器量值溯源方法包括：
步骤201，将待测电压互感器的一次绕组与上级标准电压互感器的一次绕组并联，设置上级标准电压互感器的一次绕组电压以及待测电压互感器的一次绕组电压为σU，设置下级标准电压互感器的一次绕组电压为0，测量误差结果为ε1；
步骤202，将待测电压互感器的一次绕组与下级标准电压互感器的一次绕组并联，设置上级标准电压互感器的一次绕组电压为0，设置下级标准电压互感器的一次绕组电压以及待测电压互感器的一次绕组电压均为(2-σ)U，测量误差结果为ε2；
步骤203，将待测电压互感器的一次绕组与标准电压互感器模块的一次绕组并联，设置上级标准电压互感器的一次绕组电压为σU，下级标准电压互感器的一次绕组电压为(2-σ)U，待测电压互感器的一次绕组电压为2U，测量误差结果为ε3；
步骤204，通过计算可得被测电压互感器在半电压U以及全电压2U下的误差变化量，进而得出被测电压互感器的电压系数曲线；
其中，0≤σ≤2，各标准电压互感器的电压比均为K；
进一步的，所述被测电压互感器在半电压U以及全电压2U下的误差变化量由公式计算，其中γ、为全电压2U下待测电压互感器的误差，γ0为半电压U下待测电压互感器的误差；
进一步的，所述误差测量结果ε1的计算方法为：
ε1＝γ(σU)-α(σU)
其中，α(U)为上级标准电压互感器误差关于电压的函数，γ(U)为待测电压互感器误差关于电压的函数；
进一步的，所述误差测量结果ε2的计算方法为：
ε2＝γ[(2-σ)U]-β[(2-σ)U]
其中，β(U)为上级标准电压互感器误差关于电压的函数，γ(U)为待测电压互感器误差关于电压的函数；
进一步的，所述误差测量结果ε3的计算方法为：
其中，α(U)为上级标准电压互感器误差关于电压的函数，β(U)为上级标准电压互感器误差关于电压的函数，γ(U)为待测电压互感器误差关于电压的函数；
进一步的，根据待测电压互感器在低电压段的额定电压误差值以及待测电压互感器的电压系数曲线，得到全电压范围内待测电压互感器的误差曲线。
图3为本发明具体实施方式的一种全电压串联式标准电压互感器的结构图；
所述全电压串联式标准电压互感器的整体结构依照电压加法设计成上下两级，所述互感器的上下级既能串联整体使用，又能上下级独立使用，所述上级标准电压互感器包括上级标准电压互感器本体(7)、补偿电容器(8)、上级绝缘套管(9)、上级导电杆(10)以及均压环(11)，各部分间采用SF6气体绝缘；所述下级标准电压互感器将高压隔离互感器集成在内，所述下级标准电压互感器包括固定底座(1)、下级标准电压互感器本体(2)、连接三通(3)、高压隔离互感器(4)、下级绝缘套管(5)、下级导电杆(6)，各部分间采用SF6气体绝缘。上下级标准电压互感器共同分担一次电压，并按需求设计电压比。
进一步的，所述连接三通(3)将下级标准电压互感器本体(2)的一次绕组与隔离互感器一次绕组(14)连接，通过下级导电杆(6)与上级标准电压互感器本体(7)的一次绕组末端对接，实现上、下级标准电压互感器一次电压的相加。在实际应用中为了减小上、下级标准电压互感器的分压不均影响电压互感器的准确度，在上级标准电压互感器均压环下面并联补偿电容器(8)，提高上、下级标准电压互感器电压叠加后的准确度。
图4为本发明具体实施方式的一种高压隔离互感器的结构图。
所述一种高压隔离互感器包括：
互感器铁芯，所述互感器铁芯由两个大小相等、形状为半圆形的铁芯对拼而成，并固定于屏蔽法兰之间；
屏蔽法兰，所述屏蔽法兰用于固定铁芯并对铁芯起屏蔽作用；
绕组，所述绕组包含一次绕组和二次绕组；
屏蔽电极，所述屏蔽电极包含一次高压屏蔽电极以及二次低压屏蔽电极，所述一次高压屏蔽电极完全包裹一次绕组；所述二次低压屏蔽电极完全包裹二次绕组，两端通过屏蔽法兰固定；所述屏蔽电极用于避免高电位的一次绕组对低电位的二次绕组产生泄漏电流。
进一步的，所述一次绕组与二次绕组为同轴安装，一次绕组同轴安装于圆环状的一次高压屏蔽电极内，二次绕组绕制在铁芯的直边上；
进一步的，所述铁芯材料为坡莫合金；
进一步的，所述一次高压屏蔽电极内外表面有圆弧面过渡连接，所有连接处均有倒角和抛光处理，表面粗糙度优于3.2μm。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (19)

1.一种电压互感器量值溯源装置，所述装置包括：
标准电压互感器模块，所述标准电压互感器模块包含上级标准电压互感器、下级标准电压互感器以及高压隔离互感器，所述上级标准电压互感器的一次绕组与下级标准电压互感器的一次绕组串联，所述上级标准电压互感器通过高压隔离互感器与下级标准电压互感器串联；所述待测电压互感器一次绕组与标准电压互感器模块输入端并联，或与上级标准电压互感器一次绕组并联，或与下级标准电压互感器一次绕组并联；
误差测量模块，所述误差测量模块的输入端与待测电压互感器的二次绕组电压输出端以及标准电压互感器模块的电压输出端相连；所述误差测量模块以标准电压互感器输出电压为参考，对待测电压互感器的二次绕组输出电压进行误差测量。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述高压隔离互感器一次绕组与上级标准电压互感器二次绕组并联，所述高压隔离互感器模二次绕组与下级标准电压互感器二次绕组串联。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置内部采用SF6气体绝缘。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述上级标准电压互感器、下级标准电压互感器以及待测电压互感器的电压比均为K；高压隔离电压互感器的电压比为1。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述上级标准电压互感器与下级标准电压互感器采用基于电压加法的分级集成化设计，进行上下级单独使用或整体使用；所述下级标准电压互感器与高压隔离互感器采取集成化设计。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述高压隔离互感器由互感器铁芯、屏蔽法兰、绕组以及屏蔽电极组成；所述互感器铁芯由两个大小相等、形状为半圆形的铁芯对拼而成，并固定于屏蔽法兰内；所述屏蔽法兰用于固定铁芯并对铁芯起屏蔽作用；所述绕组包含一次绕组和二次绕组；所述屏蔽电极包含一次高压屏蔽电极以及二次低压屏蔽电极，所述一次高压屏蔽电极完全包裹一次绕组；所述二次低压屏蔽电极完全包裹二次绕组，两端通过屏蔽法兰固定；所述屏蔽电极用于避免高电位的一次绕组对低电位的二次绕组产生泄漏电流。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述一次绕组与二次绕组为同轴安装，一次绕组同轴安装于圆环状的一次高压屏蔽电极内，二次绕组绕制在铁芯的直边上。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述铁芯材料为坡莫合金。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述一次高压屏蔽电极内外表面有圆弧面过渡连接，所有连接处均有倒角和抛光处理，表面粗糙度优于3.2μm。
10.一种高压隔离互感器装置，所述装置包含：
互感器铁芯，所述互感器铁芯由两个大小相等、形状为半圆形的铁芯对拼而成，并固定于屏蔽法兰之间；
屏蔽法兰，所述屏蔽法兰用于固定铁芯并对铁芯起屏蔽作用；
绕组，所述绕组包含一次绕组和二次绕组；
屏蔽电极，所述屏蔽电极包含一次高压屏蔽电极以及二次低压屏蔽电极，所述一次高压屏蔽电极完全包裹一次绕组；所述二次低压屏蔽电极完全包裹二次绕组，两端通过屏蔽法兰固定；所述屏蔽电极用于避免高电位的一次绕组对低电位的二次绕组产生泄漏电流。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：所述一次绕组与二次绕组为同轴安装，一次绕组同轴安装于圆环状的一次高压屏蔽电极内，二次绕组绕制在铁芯的直边上。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：所述铁芯材料为坡莫合金。
13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：所述一次高压屏蔽电极内外表面有圆弧面过渡连接，所有连接处均有倒角和抛光处理，表面粗糙度优于3.2μm。
14.一种电压互感器量值溯源方法，所述方法包含：
步骤1，将待测电压互感器的一次绕组与上级标准电压互感器的一次绕组并联，设置上级标准电压互感器的一次绕组电压以及待测电压互感器的一次绕组电压为σU，设置下级标准电压互感器的一次绕组电压为0，测量误差结果为ε1；
步骤2，将待测电压互感器的一次绕组与下级标准电压互感器的一次绕组并联，设置上级标准电压互感器的一次绕组电压为0，设置下级标准电压互感器的一次绕组电压以及待测电压互感器的一次绕组电压均为(2-σ)U，测量误差结果为ε2；
步骤3，将待测电压互感器的一次绕组与标准电压互感器模块的一次绕组并联，设置上级标准电压互感器的一次绕组电压为σU，下级标准电压互感器的一次绕组电压为(2-σ)U，待测电压互感器的一次绕组电压为2U，测量误差结果为ε3；
步骤4，通过计算可得被测电压互感器在半电压U以及全电压2U下的误差变化量，进而得出被测电压互感器的电压系数曲线；
其中，0≤σ≤2，各标准电压互感器的电压比均为K。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述被测电压互感器在半电压U以及全电压2U下的误差变化量由公式计算，其中γ`为全电压2U下待测电压互感器的误差，γ0为半电压U下待测电压互感器的误差。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述误差测量结果ε1的计算方法为：
ε1＝γ(σU)-α(σU)
其中，α(U)为上级标准电压互感器误差关于电压的函数，γ(U)为待测电压互感器误差关于电压的函数。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述误差测量结果ε2的计算方法为：
ε2＝γ[(2-σ)U]-β[(2-σ)U]
其中，β(U)为上级标准电压互感器误差关于电压的函数，γ(U)为待测电压互感器误差关于电压的函数。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述误差测量结果ε3的计算方法为：
<mrow> <msub> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>=</mo> <mi>&amp;gamma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mi>U</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mn>2</mn> <mi>&amp;alpha;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;sigma;</mi> <mi>U</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mn>2</mn> <mi>&amp;beta;</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>-</mo> <mi>&amp;sigma;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>U</mi> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，α(U)为上级标准电压互感器误差关于电压的函数，β(U)为上级标准电压互感器误差关于电压的函数，γ(U)为待测电压互感器误差关于电压的函数。
19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：根据待测电压互感器在低电压段的额定电压误差值以及待测电压互感器的电压系数曲线，得到全电压范围内待测电压互感器的误差曲线。
CN201710471784.XA 2017-06-20 2017-06-20 一种电压互感器量值溯源方法及装置 Pending CN107462858A (zh)

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