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电压互感器的负荷是独立的,可以逐相接入负荷测量。V接法时,每相电压互感器的实际负荷要经过折算才能得到。为了简化数据处理过程,可以在相间按规定接入二次负荷,按不接地电压互感器线路直接测量三相互感器在V接法时的实际误差。由于三相法的设备并不昂贵,易于配置,同时结果的重复性和复现性好,可以达到检定要求。采用分相测量后再综合计算方法在重复性和复现性方面与检定要求尚有差距。
十、检定电流互感器
多电流比的电流互感器,规程规定只对实际使用的变比进行检验。这也是合理的。因为检定的目的只是确定实际的电能计量误差和测量误差,不参与这一工作的其它部份不是考核内容。这一规定实际上已在电流互感器现场检验工作中采用。规程只是对它正式加以确认。
考虑到有的用户可能在检定周期内改变电流互感器的电流比,为了不必重新检定新启用的电流比,用户可以在周期检定时提出要求,预先进行检定。
实验室升流设备在现场能提供的电流一般不超过3000A,当检定大电流互感器时会遇到不能在额定一次电流下检定的情况。为了满足保护要求,变电站和开关站的大电流互感器,其额定一次电流都大于实际运行电流,通常只到额定电流的30%到60%,
图27 电流互感器误差测量接线 也就是说,大电流百分数下的误差不影响
电能计量。另一方面,电流互感器的结构使它们有稳定的误差。如果首次检定合格,在后续检定和使用中检验,完全可以通过20%额定电流及以下的检定点以及最大实际运行一次电流点实现对其计量性能的控制。为了保证检验受控,检定人员把100%和120%额定一次电流检定点合并为实际运行最大一次电流点的作法,应取得上级计量行政部门批准。
用等安匝法检验大电流互感器的误差是一种有很长使用历史的测量方法。因为电流互感器的误差主要由励磁误差、负荷误差,漏磁误差,电容性误差组成。只要电流互感器在等安匝测量时,一次电流回路与二次电流回路的漏磁接近相同,互感器的误差就接近相同。对冷轧取向的硅钢片铁芯而言,当绕组均匀分布时,漏磁误差在10-4量级。对铁镍合金铁芯,当绕组均匀分布时,漏磁误差在10-5量级。准确度0.2级及以下的电流互感器,用等安匝法检验误差是可行的。在绕组不均匀分布时,需要对附加误差进行评估。等安匝检验的运行变差主要由一次返回导线磁场的影响决定。对于电流不大于3000A的独立式电流互感器,a/R的值接近等于3,(a为返回导体与铁芯中心距离,R为铁芯半径),磁场计算表明,一次返回导体对测量结果的影响一般不大于被检电流互感器基本误差限值的1/6。一次电流大于3000A的电流互感器,主要用于发电机出口,返回导体是邻近的三相母线。当a/R的值比较小,而电流比较大时,铁芯两侧的磁通不平衡程度很大,产生较大的磁误差。用等安匝法检验时,不能模拟这种情况。在现场检验时,要想使用升流器把发电机母线电流升到额定值几乎是不可能的,只能用等安匝法和外推法检验电流互感器的误差。这就存在一个问题,电流互感器在实际工况下的误差究竟有多大?根据不确定度分析,如果电流互感器一次返回导体对误差的影响不大于基本误差的1/6,则可以保证等安匝测量结果可以作为检定结果。发电机出口的
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电流互感器有的没有磁屏蔽,有的有铜套屏蔽或铝套屏蔽,有的在铜套屏蔽内再增加铁磁材料屏蔽。屏蔽的效果用屏蔽系数表示。它表示铁芯内的磁场在屏蔽前后的强度比。在规程后面的附录H中介绍了计算磁屏蔽系数的方法。可以供检定人员查阅使用。
图28 便携式升流器 图29 利用作业车近距离检定
十一、关于检定项目和检定点
在电力互感器的检定项目中,退磁不作为例行项目,只是在检定不合格后的复检中,才进行退磁。这是因为规程中对剩磁误差已有限制,要求不大于基本误差的1/3。一般互感器的误差都有一定裕度,电流互感器在不退磁下的误差一般也不会超过基本误差,以往积累的大量检定结果证实这一规定是可行的。
现场检定互感器通常结合设备验收与检修进行,根据电力行业规程DL/T727-2000《互感器运行检修导则》以及DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》,国家标准GB50150-91《电气装置安装工程 电气设备交接试验标准》,在执行这三个规程与标准时,已包括对互感器的绝缘电阻测量和工频耐压试验。规程为了避免重复性工作,允许直接采用按以上标准与规程得到的绝缘试验数据。只有在必须由检定人员进行的绝缘试验才按规程有关项目进行绝缘试验。试验的项目和方法采用DL/T727-2000《互感器运行检修导则》有关小修后试验的内容, 绝缘电阻则采用目前工厂通行的控制值。
在GB1207《电压互感器》,GB/T4703《电容式电压互感器》中,互感器误差试验的上限电压均规定为额定电压的120%。GB311.1《高压输变电设备的绝缘配合》又规定了电力设备的最高电压如表15所示。因此本规程把电力设备最高电压折算到额定电压的百分数,分别为115%和110%,作为检定的上限试验电压。对于中压互感器,试验电压高一点与低一点对设备的制造成本影响不大,但对于超高压互感器,试验设备额定电压提高10个百分点对成本有比较大的影响,如果不必要,就应避免增加试验开支。
表15 电压互感器运行电压 额定电压6 10 15 20 35 63 110 220 330 500 (kV) 最高电压6.9 11.5 17.5 23 40.5 72.5 126 252 363 550 (kV) 国网武汉高压研究院 王乐仁 电话:13907142532 电子邮箱:Lehren@Tsinghua.org.cn
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表16 电力互感器检定项目 检定类别 首次检定 检定项目 外观及标志检查 绝缘试验 绕组极性检查 基本误差测量 稳定性试验 运行变差试验 磁饱和裕度试验 + + + + - + + 后续检定 + + - + + - - 使用中检验 + - - + + - - 注1):表中符号“+”表示必检项目,符号“-”表示可不检项目。 注2):绝缘试验可以采用未超过有效期的交接试验或预防性试验报告的数据。 注3):运行变差试验可以部分或全部采用经检定机构认可的实验室提供的试验报告数据。 表17 电流互感器绝缘试验项目及要求 一次对二二次绕组二次绕组试验次 之间 对地 项目 绝缘电阻 绝缘电阻 绝缘电阻 >1500M要求 >500MΩ >500MΩ Ω 说明 — — — 一次对二次及地 工频耐压试验 按出厂试验电压的85%进行 66kV及以上电流互感器除外 二次对地 工频耐压试验 2kV — 二次绕组 之间工频耐压试验 2kV — 表18 电压互感器绝缘试验项目及要求 试验项目 要求 说明 一次对二次 绝缘电阻 >1000MΩ 二次绕组之间 绝缘电阻 >500MΩ 二次绕组对地 绝缘电阻 >500MΩ 一次对二次及地 工频耐压试验 按出厂试验电压的85%进行 35kV及以上电压互感器除外 二次对地 工频耐压试验 2kV — 二次绕组 之间工频耐压试验 2kV — 电容式电压互— — 感器除外 表19 电流互感器误差测量点 Ip/In(%) 11) 5 上限负荷 + + 下限负荷 + + 注1):只对S级。 20 + + 100 + + 120 + - 国网武汉高压研究院 王乐仁 电话:13907142532 电子邮箱:Lehren@Tsinghua.org.cn
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表20 电压互感器误差测量点
Up/Un(%) 80 100 上限负荷 + + 下限负荷 + + 注1):适用于330kV和500kV电压互感器; 注2):适用于220kV及以下电压互感器。 1101) + - 1152) + -
十二、误差测量值的读取
JJG313《测量用电流互感器》,JJG314《测量用电压互感器》中,没有提到数据读取的要求,只提到数据修约。修约的一般原则是误差数据按基本误差的1/10舍入。按照《电力互感器》检定规程对数据读取的规定,对准确度0.1级和0.2级的互感器,检验时读取的比值差保留到0.001%, 相位差保留到0.01’ 。准确度0.5级和1级的互感器,检验时读取的比值差保留到0.01%, 相位差保留到0. 1’ 。这是因为现在已经普遍使用数字显示测量结果的校验仪,其分辨力可以达到比值差0.001%, 相位差0.01’。以0.1级互感器为例,它的基本误差限值为0.1%和5’ , 如果检验时读取的比值差保留到0.001%, 相位差保留到0.01’,记录的数据通常可以保证有二位以上有效数字。虽然舍入误差的存在会影响互感器合格判断,但并没有实际意义,因为检定的不确定度(基本误差的1/3)远大于舍入误差(基本误差的1/20),最终只是表现为误差值落在修约点的概率。误差数据修约的本意是规范和简化检定结果的表达方式,但就工作量而言,多使用一位有效数字比进行数据修约处理要简单。也减少了出错的机会。
十三、外推电压互感器的负荷特性曲线
电磁式电压互感的误差主要由空载误差和负荷误差组成。在电压互感器一次电压不变的情况下,空载励磁电流也基本不变。在电压互感器的二次侧加上负荷后,产生了二次负荷电流,同时在一次侧感应产生一次负荷电流。两侧的负荷电流分别在一次和二次绕组上产生电阻压降和漏磁压降。产生负荷误差。由于负荷误差只和负荷电流和绕组内阻抗有关,而绕组内阻抗基本是线性的,可认为不随负荷电流改变。这样,负荷误差和负荷电流成正比,它们的关系可以用一次曲线表示。
电压互感器的二次负荷一般用电压负荷箱提供。电压负荷箱通常只有两个功率因数:0.8和1。负荷箱的容量一般最大到150VA。这样,当负荷箱不能提供需要的功率因数与功率容量时,电压互感器的误差就不能直接测得。目前国内普遍使用的电压负荷箱,功率因数通常为0.8,使用上更受到限制。,如果用中性点接地的三相电压互感器按三线两元件法测量电能,在测量三相电压互感器实际二次负荷下的误差时。就需要置非标准功率因数的二次负荷。配置这样的负荷箱,会增加设备的开支和操作人员的工作量,很不经济。
用计算法和图算法可以容易地用标准二次负荷误差推算出其它负荷下的误差。数十年来大多数工业国家都认可这种方法。我国电力部门编写的现场电压互感器检验导则中也介绍过这种方法。鉴于
图30 电压互感器二次负荷误差 计算图 国网武汉高压研究院 王乐仁 电话:13907142532 电子邮箱:Lehren@Tsinghua.org.cn
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电压互感器负荷误差曲线外推的方法是成熟的,把它正式写入规程也是顺应历史潮流的作法,技术上也不存在障碍。规程要求实际负荷不大于误差检验时所带负荷的二倍,主要是考虑计算时的不确定度。由于误差测量仪器和负荷箱是有误差的,乘上负荷倍数后,误差中的系统不确定度分量也被放大了。因此选用尽量接近实际的二次负荷,有利于减小外推过程中引入的不确定度。
必须指出,外推电容式电压互感器负荷误差曲线时,一定要注意到负荷误差的方向不能改变。因为电容式电压互感器的中压线路可能是电容性的,接入电感性负荷可能产生阻抗补偿作用使误差减小。如果发生这种情况就不能用图28的方法外推。
十四、运行变差项的控制
电力互感器属于工作用计量器具,不作为量值传递使用。因此它的误差只要能够满足计 量准确度要求就应当允许使用。有的电力互感器在设计时把运行变差作为基本误差的一部分进行分配,适当压缩互感器在参比条件下的误差,这也是一种合理的工业设计方法,应当支持。因此规程采用了“不宜”的写法,并在检定规程的检定证书部分对这种情况采用了相应的处理办法,即如果一项或多项运行变差超差,但实际误差绝对值加上各附加误差绝对值没有超过基本误差限值,也认为互感器误差合格。
十五、现场检定不合格时的复检
电力互感器安装在现场,在现场条件下检定会发生参考条件不能满足的问题。由于互感器有不同结构,在影响互感器误差的多个因素中,有的正向相关,有的反向相关。不等于说只要偏离参考条件,互感器就一定超差。我们要注意这个现实,互感器在设计上必须留出误差裕度,才能确保在检定时不超差。这个裕度的大小就是检定不确定度,通常等于被检互感器基本误差限值的1/3。在多年的现场检定工作中发现电流互感器现场检定合格率高于90%,余下的10%主要是剩磁引起超差。在退磁后一般都合格。因此按本规程检定,也不会发生大面积超差的问题。不过规程要求运行变差每一项都不大于基本误差的1/3,也就是说,剩磁引起的误差在规程中是有限制的,这一点与JJG313《测量用电流互感器》是不同的。对这一条规定,可以有两种处理方法。一种是现场检定电流互感器,发现误差超过基本误差的1.5倍,直接判定超差。其依据是规程中第4.4条对运行变差的规定,多项作用后,最大可能引起相当于基本误差限值1/2的运行变差。另一种是现场检定电流互感器,发现超差了,先不作结论,通过退磁和改善环境条件复检来决定是否超差。第一种处理适用于按本规程技术条件生产的电力互感器,在检定规程颁布后,要向制造厂进行宣贯,强制执行。第二种处理方法适用于原有产品。但不等于说老产品都不满足规程要求。前面说过,大多数老产品在现场条件下仍符合误差要求。对不符合本规程的使用中的互感器,应在有控制的条件下使用,例如一些电容式电压互感器,降低其额定二次负荷范围,就可以留出裕度分配给运行变差。
另一个问题是,现场检定结果不大于基本误差的1.5倍,但超过基本误差。考虑到不满足参考条件后引入的运行变差比较大,而且大小和方向可以估算,若扣除环境条件影响,被检互感器的基本误差可能合格。但这时也要履行检定规程规定的手续,在复检规定的参考条件下再进行一次检定,通过检定结果检判定合格。
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二次负电源波形环境电磁场 外绝缘 荷1) 畸变系数 干扰强度 额定负不大于正常10℃~ 50Hz±0.5 荷~ 工作接线所≤80% ≤5% 清洁、干燥 35℃ Hz 下限负产生的电磁荷 场 注1):除非用户有要求,二次额定电流5A的电流互感器,下限负荷按3.75VA选取, 二次额定电流1A的电流互感器,下限负荷按1VA选取。电压互感器的下限负荷按 2.5VA选取,电压互感器有多个二次绕组时,下限负荷分配给被检二次绕组,其它二次绕组空载。 十六、检定周期
由于电力互感器检定工作量大,而制造厂的标准也要求它们能连续工作十年以上。因此DL/T448《电能计量装置技术管理规程》提出以十年为检定周期。对于电磁式电流、电压互感器来说,绝大多数在运行十年之后误差仍符合要求,这点有电力计量部门的检验统计资料的支持。但是对电容式电压互感器来说,现场检验的资料表明其误差的稳定性并不如电磁式互感器好,现场检验时超差的量比较大,因此对于电容式电压互感器不能采用十年的检定周期。经过对电容式电压互感器超差情况与运行年限的相关分析,把检定周期定为四年比较合适。
规程对检定周期的规定采用了“不得超过”,其作用是支持检定机构在特殊情况下采用更短的检定周期。例如当发现电量不平衡时可以把周期检定提前进行。
表21 复检的参比条件 环境 相对湿度 电源频率 温度) 国网武汉高压研究院 王乐仁 电话:13907142532 电子邮箱:Lehren@Tsinghua.org.cn