CN107861088A - 一种基于双级电压互感器叠加原理测量线路及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种基于双级电压互感器叠加原理测量线路及其工作方法，本发明涉及高准确度电压互感器电压系数测量领域,具体是提供了一种电压互感器电压系数测量线路及其工作方法，克服了由于电压互感器串联加法自校准中串联的两台电压互感器屏蔽不完善、比例线性度不高等对串联加法测量线路带来的影响，使得基于双级电压互感器叠加原理的电压互感器电压系数测量不确定度达到10^‑6量级。测量线路包括额定变比和电压相同的被测双级电压互感器T1、半绝缘双级电压互感器T2、全绝缘双级电压互感器T3，以及比较装置等。所述T2、T3的一次和二次分别串联连接，所述被测双级电压互感器T1分别与T2、T3以及它们的串联依次按照叠加原理进行误差的比较测量，并计算获得被测电压互感器T1的电压系数。

Description

一种基于双级电压互感器叠加原理测量线路及其工作方法

技术领域

本发明涉及测量高准度标准电压互感器电压系数领域,具体是涉及一种基于双级电压互感器叠加原理测量线路及其工作方法。

背景技术

为了确保电能公平贸易，供用电关口的测量互感器需要定期计量检定。因此，标准电压互感器的量值准确对电能公平贸易、电力设备和线路损耗准确计量都有重要意义。如，大容量空心电抗器的功率因数典型值为 0.001～0.004，如果损耗测量误差溯源要达到小于1％，电压比例标准的准确度就需要高于0.001％。2014年，中国计量科学研究院研制了一套10kV 到0.0002级到0.001级、电压系数(2-5)×10^-6的双级标准电压互感器(包括半绝缘和全绝缘)，并通过电压互感器串联加法和高压标准电容器法评定了该互感器的电压系数。(IEEE TIM,2015，64(6)：1381；中国发明专利号：ZL 2014 1 0483352.7)

电压互感器的电压系数测量方法是高压比例溯源研究的重点。1954 年，德国学者Forger和Zinn首次提出了“互感器电压串并联加法”原理，即采用两台已知比率的电压互感器串联得到新比率的方法。1958年，Zinn 利用该方法，从100V开始，经12次相加在德国PTB建立了120kV电磁式工频电压比例标准，不确定度为1.2×10^-5。

1991年，国家高电压计量站在“互感器串并联加法”的基础上进行改进，完成了“基于全绝缘电压互感器的串联加法线路的研究”(中国发明专利号：CN 90100301.8)，并建立了我国110kV工频电压比例标准装置，比例不确定度达到1×10^-5(计量学报,1992,13(3):221)。

基于全绝缘电压互感器的串联加法线路研究中，三次测量时屏蔽电位的变化产生的屏蔽泄漏对误差特性影响相对较大，而且随着电压等级的升高，影响会进一步加大。2009年国家高电压计量站在研制1000kV串联型电压互感器的基础上，提出了“半绝缘加法”(中国发明专利号 201110185680.9)，采用半绝缘加法，对工频比例标准进行了测量，准确度达到0.002级，测量不确定度减小到5×10^-6(供用电，2013， 30(2)：71)。

2013年，广东电网公司电力科学研究院提出了的“测量电压互感器电压系数的线路及方法”，概括为“单级互感器叠加原理测量法”(中国发明专利号201310154185.7)，描述了使用两台额定电压比相同的屏蔽型接地电压互感器和一台隔离变压器组成一个无源线性电路，利用线性电路激励与响应的叠加性，通过组成该无源线性电路的电压互感器的屏蔽误差在叠加的过程中相互抵消，克服了电压互感器屏蔽误差对串联加法线路的影响。然而，叠加原理仅适用于线性电路，受所用的单级电压互感器的线性度限制，电压系数的测量不确定度难以满足更高准确度的互感器电压系数测量需求。

如图1、图2、图3所示，基于半绝缘单级电压互感器的串联加法测量被测互感器(T1)的电压系数，主要包括以下三次比较测量，即：(1) 半绝缘互感器T2与被测互感器T1比较测量，得ε₁；(2)全绝缘互感器 T3被测互感器T1比较测量，得ε₂；(3)全绝缘互感器、半绝缘互感器串联后与被测互感器T1比较测量得ε₃。设T1、T2、T3互感器在电压U下的误差分别为α(U)、β(U)、γ(U)；e_T2、e_T3为步骤(3)中上述互感器串联加法时，，互感器T2与T3串联状态下，与T2、T3单独使用时的不同状态引入的误差；ε₃为假设互感器T2与T3串联使用与单独使用相比，没有e_T2、e_T3额外误差引入情况下，与被测互感器T1比较测量得到的误差，即则有：

ε₁＝α(U)-β(U) (1)

ε₂＝α(U)-γ(U) (2)

由式(1)、(2)和(3)可得：

现有互感器串联加法中，步骤(1)、(2)在实验时分别为单独的T2 或T3与T1比较得到ε₁、ε₂，没有考虑T2和T3相互影响引入的误差e_T2、 e_T3，而步骤(3)却不可避免的引入了e_T2、e_T3，因此，根据公式计算T₁电压系数时，e_T2、e_T3将产生影响。实验表明，由于互感器屏蔽不完善和工作状态改变而引入的误差增量e_T2、e_T3，以及单级互感器较大的非线性等原因，在110kV及以上高电压等级互感器电压系数测量中，要获得10^-6量级的测量不确定度是较为困难的。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种基于双级电压互感器叠加原理的电压系数测量线路及其工作方法，克服了现有单级电压互感器串联加法自校准中由于串联的两台电压互感器屏蔽不完善、比例线性度不高等对串联加法线路带来的影响，使得基于双级电压互感器串联加法叠加原理的电压互感器电压系数测量不确定度达到10^-6量级。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于双级电压互感器叠加原理测量线路，包括额定变比和电压相同的被测双级电压互感器T1、半绝缘双级电压互感器T2、全绝缘双级电压互感器T3，所述半绝缘双级电压互感器T2、全绝缘双级电压互感器T3的一次和二次分别串联连接，所述被测双级电压互感器T1分别与半绝缘双级电压互感器T2、全绝缘双级电压互感器T3以及它们的串联依次按照叠加原理比较测量误差，并计算获得被测电压互感器的电压系数。

进一步，所述双级电压互感器T1、T2和T3可以是低压励磁双级电压互感器，也可以是高压励磁双级电压互感器。

进一步，所述双级电压互感器T1、T2和T3的电压等级不限于10kV 到

本发明提供的一种基于双级电压互感器叠加原理测量线路的工作方法,设定额定变比和电压相同的被测双级电压互感器T1、半绝缘双级电压互感器T2、全绝缘双级电压互感器T3在电压U下的误差分别为α(U)、β(U)、γ(U)，设定ε₁为半绝缘互感器T2与被测互感器T1直接比较测量得到的误差，即ε₁＝α(U)-β(U)；ε₂为全绝缘互感器T3与被测互感器T1直接比较测量得到的误差，即ε₂＝α(U)-γ(U)；ε₃为假设互感器T2与T3串联使用与单独使用相比，没有额外误差引入情况下，与被测互感器T1比较测量得到的误差，即设定e_T2为半绝缘互感器T2 在串联状态下与T2在单独使用时相比，因工作状态不同而引入的误差， e_T3为全绝缘互感器T3在串联状态下与T3在单独使用时相比，因工作状态不同而引入的误差，其工作方法包括以下步骤：

A.所述半绝缘双级电压互感器T2在串联状态下与被测互感器T1 比较测量，得ε₁’，测量中，保持半绝缘双级电压互感器T2与全绝缘双级电压互感器T3的一次、二次绕组分别串联，T3的一次励磁和比例绕组的高、低端分别短接后与电压U相连，即保留全绝缘互感器T3的一次高低端均处于高电位U的状态，所述被测互感器T1加载电压U，则有：

ε₁′＝ε₁+e_T2＝α(U)-(β(U)+e_T2)；

B.所述全绝缘双级电压互感器T3在串联状态下与被测互感器T1 比较测量，得ε₂’，测量中，保持半绝缘双级电压互感器T2与全绝缘双级电压互感器T3的一次、二次绕组分别串联，半绝缘双级电压互感器T2 的一次励磁和比例绕组的高低端短接后与地相连，所述被测互感器T1加载电压U，则有：

ε₂′＝ε₂+e_T3＝α(U)-(γ(U)+e_T3)；

C.所述半绝缘双级电压互感器T2与全绝缘双级电压互感器T3的一次、二次绕组分别串联后与被测互感器T1比较测量得ε₃’，所述被测互感器T1加载电压2U，则有：

通过三次测量即可确定T1从电压U到2U时的误差变化量，依次递推到更高电压，累加可以得到T1的误差与电压的相关曲线，即电压系数曲线。

通过采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：本发明提供的一种基于双级电压互感器叠加原理测量线路及其工作方法的技术方案，通过全绝缘双级电压互感器T2、半绝缘双级电压互感器T3的一次和二次绕组分别串联连接后与被测互感器T1比较测量得ε₃’，尽管仍然引入了误差e_T2、 e_T3，但是通过把现有技术中步骤(1)(2)相应调整为步骤A、B“带着校”的方式，在根据公式计算T1的电压系数时，由于屏蔽不完善导致的T2和T3的相互影响而引入的e_T2、e_T3被消除了，克服了由于电压互感器串联加法自校准中串联的两台电压互感器屏蔽不完善对电压系数测量结果的影响；又因串联的两台电压互感器为双级电压互感器，较单级电压互感器具有更好的比例线性度，更符合叠加原理的线性电路前提条件，使得基于双级电压互感器叠加原理测量线路的电压互感器电压系数测量不确定度达到10^-6量级。

附图说明

图1为基于半绝缘单级互感器电压串联加法原理线路；

图2为基于半绝缘单级互感器串联加法中T1与T2直接比较原理线路；

图3为基于半绝缘单级互感器串联加法中T1与T3直接比较原理线路；

图4为按照叠加原理半绝缘双级互感器T2与被测双级互感器T1比较测量原理线路；

图5为按照叠加原理全绝缘双级互感器T3与被测双级互感器T1比较测量原理线路；

图6为全绝缘双级互感器T3串联半绝缘双级互感器T2与被测双级互感器T1比较测量原理线路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:

如图4、图5、图6所示，本发明提供的一种基于双级电压互感器叠加原理测量线路，包括额定变比和电压相同的被测双级电压互感器T1、半绝缘双级电压互感器T2、全绝缘双级电压互感器T3，所述半绝缘双级电压互感器T2、全绝缘双级电压互感器T3的一次和二次绕组分别串联连接，所述被测互感器T1分别与串联状态下的半绝缘互感器T2、全绝缘互感器T3比较测量误差，所述双级电压互感器T1、T2和T3可以是低压励磁双级电压互感器，也可以是高压励磁双级电压互感器，所述双级电压互感器T1、T2和T3的电压等级不限于10kV到

本发明提供的一种基于双级电压互感器叠加原理测量线路的工作方法,设定额定变比和电压相同的被测双级电压互感器T1、半绝缘双级电压互感器T2、全绝缘双级电压互感器T3在电压U下的误差分别为α(U)、β(U)、γ(U)，设定ε₁为半绝缘互感器T2与被测互感器T1直接比较测量得到的误差，即ε₁＝α(U)-β(U)；ε₂为全绝缘互感器T3与被测互感器T1直接比较测量得到的误差，即ε₂＝α(U)-γ(U)；ε₃为假设互感器T2与T3串联使用与单独使用相比，没有额外误差引入情况下，与被测互感器T1比较测量得到的误差，即设定e_T2为半绝缘互感器T2 在串联状态下与T2在单独使用时相比，因工作状态不同而引入的误差， e_T3为全绝缘互感器T3在串联状态下与T3在单独使用时相比，因工作状态不同而引入的误差，其工作方法包括以下步骤：

A.所述半绝缘双级电压互感器T2在串联状态下与被测互感器T1 比较测量，得ε₁’，测量中，保持半绝缘双级电压互感器T2与全绝缘双级电压互感器T3的一次、二次绕组分别串联，T3的一次励磁和比例高低端分别短接后与电压U相连，即保留全绝缘互感器T3的一次绕组的高低端均处于高电位U的状态，所述被测互感器T1加载电压U，则有：

ε₁′＝ε₁+e_T2＝α(U)-(β(U)+e_T2)；

B.所述全绝缘双级电压互感器T3在串联状态下与被测互感器T1 比较测量，得ε₂’，测量中，保持半绝缘双级电压互感器T2与全绝缘双级电压互感器T3的一次、二次绕组分别串联，半绝缘双级电压互感器T2 的一次励磁、一次比例绕组的高低端短接后与地相连，所述被测互感器 T1加载电压U，则有：

ε₂′＝ε₂+e_T3＝α(U)-(γ(U)+e_T3)；

C.所述半绝缘双级电压互感器T2与全绝缘双级电压互感器T3的一次、二次绕组分别串联后与被测互感器T1比较测量得ε₃’，所述被测互感器T1加载电压2U，则有：

因此，通过三次测量即可确定电压从U变到2U时T1的误差变化量，依次递推到更高电压，累加可以得到T1的误差与电压的相关曲线，即电压系数曲线。

工作原理：全绝缘双级电压互感器T2、半绝缘双级电压互感器T3 的一次和二次绕组分别串联连接后与被测互感器T1比较测量得ε₃’，尽管仍然引入了误差e_T2、e_T3，但是通过把现有技术中步骤(1)、(2)相应的调整为步骤A、B“带着校”的方式，在根据公式计算T1的电压系数时，由于屏蔽不完善导致的T2和T3的相互影响引入的e_T2、e_T3被消除了，克服了由于电压互感器串联加法自校准中串联的两台电压互感器屏蔽不完善对电压系数测量结果的影响。

以上通过具体实施实例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。例如，所述双级电压互感器可以是图4、图5、图6中的高压励磁双级电压互感器，也可以是低压励磁双级电压互感器；双级电压互感器的电压等级也不受10kV到的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于双级电压互感器叠加原理的电压系数测量线路，其特征在于，包括额定变比和电压相同的被测双级电压互感器T1、半绝缘双级电压互感器T2、全绝缘双级电压互感器T3，所述半绝缘双级电压互感器T2、全绝缘双级电压互感器T3的一次和二次分别串联连接，所述被测双级电压互感器T1分别与半绝缘双级电压互感器T2、全绝缘双级电压互感器T3以及它们的串联依次按照叠加原理进行误差的比较测量，并计算获得被测电压互感器的电压系数。

2.根据权利要求1所述的一种基于双级电压互感器叠加原理的电压系数测量线路，其特征在于，所述双级电压互感器T1、T2和T3可以是低压励磁双级电压互感器，也可以是高压励磁双级电压互感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于双级电压互感器叠加原理的电压系数测量线路，其特征在于，所述双级电压互感器T1、T2和T3的电压等级不限于10kV到

4.一种基于双级电压互感器叠加原理的电压系数测量线路的工作方法，其特征在于，设定额定变比和电压相同的被测双级电压互感器T1、半绝缘双级电压互感器T2、全绝缘双级电压互感器T3在电压U下的误差分别为α(U)、β(U)、γ(U)，设定ε₁为半绝缘互感器T2与被测互感器T1直接比较测量得到的误差，即ε₁＝α(U)-β(U)；ε₂为全绝缘互感器T3与被测互感器T1直接比较测量得到的误差，即ε₂＝α(U)-γ(U)；ε₃为假设互感器T2与T3串联使用与单独使用相比，没有额外误差引入情况下，与被测互感器T1比较测量得到的误差，即设定e_T2为半绝缘互感器T2在串联状态下与T2在单独使用时相比，因工作状态不同而引入的误差，e_T3为全绝缘互感器T3在串联状态下与T3在单独使用时相比，因工作状态不同而引入的误差，其工作方法包括以下步骤：

A.所述半绝缘双级电压互感器T2在串联状态下与被测互感器T1比较测量，得ε₁’，测量中，保持半绝缘双级电压互感器T2与全绝缘双级电压互感器T3的一次、二次分别串联，T3的一次励磁、一次比例高低端分别短接后与电压U相连，即保留全绝缘互感器T3的一次高低端均处于高电位U的状态，所述被测互感器T1加载电压U，则有：

ε₁′＝ε₁+e_T2＝α(U)-(β(U)+e_T2)；

B.所述全绝缘双级电压互感器T3在串联状态下与被测互感器T1比较测量，得ε₂’，测量中，保持半绝缘双级电压互感器T2与全绝缘双级电压互感器T3的一次、二次分别串联，半绝缘双级电压互感器T2的一次励磁、一次比例高低端短接后与地相连，所述被测互感器T1加载电压U，则有：

ε₂′＝ε₂+e_T3＝α(U)-(γ(U)+e_T3)；

C.所述半绝缘双级电压互感器T2与全绝缘双级电压互感器T3的一次、二次分别串联后与被测互感器T1比较测量得ε₃’，所述被测互感器T1加载电压2U，则有：

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通过三次测量即可确定T1从电压U到2U时的误差变化量，依次递推到更高电压，累加可以得到T1的误差与电压的相关曲线，即电压系数曲线。