由于電壓互感器二次壓降直接影響電能計量的準確性,甚至對系統穩定運行產生不良影響,為此人們在改善二次壓降方面做了大量工作,歸結起來可以分為降低回路阻抗、減小回路電流和增加補償裝置等三大類降低二次壓降的措施。下面就這三種降低二次壓降措施進行細致分析。
1、降低回路阻抗
在所有關于二次壓降及降壓措施的文獻中,當分析二次壓降的成因時,電壓互感器二次回路阻抗是第一個被關注的參量。根據前面分析的結果,電壓互感器二次回路阻抗包括:導線阻抗、接插元件內阻和接觸電阻等三個組成部分。
1.1導線阻抗
由于電壓互感器二次回路的長度達100米至500米之間,而且導線截面積過小,因而二次回路導線電阻成為回路阻抗中最被關注的因素。為此在DL/T448-2000《電能計量裝置技術管理規程》中,對計量用電壓互感器二次回路的側試作出了相關的規定:互感器二次回路的連接導線應采用銅質單芯絕緣線。對電壓二次回路,連接導線的截面積應按允許的電壓降計算確定,至少應不小于2.5mm 。在實際工作中,電壓互感器二次回路線路的截面積一般選在6mm 。但無論若何選取導線截面積,導線阻抗是存在的,只是量值的大小而已。
考慮到電壓互感器二次回路中存在刀閘、保險、轉接端子和電壓插件等接插元件,在不考慮接觸電阻的前提下,各元件的自阻和可以認為是一個定值,該值很小,并且不易減小。
1.3接觸電阻
許多文獻指出,在電壓互感器二次回路阻抗中,接觸電阻占很大的比重,其阻值是不穩定的,受接觸點狀態和壓力以及接觸表面氧化等因素的影響,阻值不可避免地發生變化,且這種變化是隨機的,又是不可預測的。接觸電阻的阻值在不利情況下,將比二次導線本身的電阻還大,有時甚至大到幾倍。測試中,二次線壓降通常都比計算值大許多,其根本原因就是沒有估計到接觸電阻有如此大的變化。
從上述分析中,可以清楚看到,電壓互感器二次回路阻抗的三個組成部分中,可以通過增加導線截面積降低導線阻抗;接插元件內阻基本不變;接觸電阻占主導地位,且其阻抗變化具有隨機性。于是得到降低電壓互感器二次回路阻抗的具體方案為:
(1)電壓互感器二次回路更換更大截面積導線;
(2)定期打磨接插元件、導線的接頭,盡量減小接觸阻抗。
但無論采取何種處理手段,都只能將二次回路阻抗減小到一個數值,不能減小到零。
2.減小回路電流
一般情況下,電壓互感器二次計量繞組與保護繞組是分開的,計量繞組負載為電能表等,負載電流小于200mA,因而現場測試若發現電壓互感器一次回路電流大于200mA時,可采取以下措施減小電流:
(1)采用專用計量回路
目前電壓互感器二次一般有多個繞組,且計量繞組與保護繞組各自獨立。否則電壓互感器二次回路電流較大。
(2)單獨引出電能表
專用電纜對于計量繞組表計較多的情況,即使該繞組負載電流較大,但通過專用電纜的電流因只有電能表計的負載而減小,因而電能表計回路的電壓互感器二次回路壓降也較小。
(3)選用多繞組的電壓互感器
對于新建或改造電壓互感器的情況,有的電壓互感器有兩個二次主繞組和1個輔助繞組,可取主繞組中的1個作為電能計量專用二次繞組,這樣該回路因只接有電能表而使電流較小,從而壓降也較小。
(4)電能表計端并接補償電容
由于感應式電能表電壓回路為電壓線圈,電抗值較大,使得流過電壓線圈的電流即電壓互感器二次回路電流無功分量較大,電壓互感器二次回路負載功率因數較低。采用在電能表電壓端子間并接補償電容的方法,可以降低電壓互感器二次回路電流的無功分量,從而降低電壓互感器二次回路電流,達到降低壓降的目的。實際并接電容時,應選好電容值,一般以壓降的角差最小為最佳選值。還應注意電容的耐壓,以保證可靠性。但是此措施由于未被有關部門完全認可,所以并未被廣泛采用,建議慎重使用。
電子電能表功能全,往往1只表可代替有功、無功,最大需量及復費率等表,因而可減小電能表計數量,同時電子電能表輸入阻抗高,單只表負載電流只有30mA左右,因而使得電壓互感器二次回路電流大大降低,壓降也就較小。
在上述5種減小電壓互感器二次回路電流的方法中,采用專用計量回路和裝設電子電能表的效果明顯,而且易于實現。但使用上述方法減小電壓互感器二次回路電流方案,只能有效降低回路中電流到一定值,因為該值是由儀表數量和儀表阻抗性質決定的,一旦接線形式和連接儀表數量確定了,二次回路電流的大小就基本確定了,即由于電壓互感器二次回路接線特點決定了二次回路電流,無論采用何種方法,電壓互感器二次電流不可能等于零。
3.增加補償裝置(雖然是不提倡,但是在方法是卻是可行的,許多文獻上都有這個方法)
目前補償器種類較多,從原理上分,主要有3種:定值補償式、電流跟蹤式、電壓跟蹤式。
3.1定值補償式
定值補償式補償器根據其工作原理可以分為有源定值補償器和無源定值補償器。無源定值補償器的工作原理是利用自禍變壓器補償比差,利用移相器補償角差。利用此補償器可以將電能表計端電壓與電壓互感器二次端電壓幅值與相位調至相等,從而達到補償的目的。這種補償器可以對回路阻抗和回路電流一定的線路調節補償電壓,使二次壓降為零。但如果二次回路阻抗或電流發生變化,例如熔體電阻或端子接觸電阻增大或電壓互感器二次負載電流發生改變,這種補償器就不能適應了。采用無源定值補償裝置,可靠性相對較高。
有源定值補償器的工作原理是在電壓互感器二次回路中計量儀表接入端口處串入一個定值的電壓源,達到提高計量儀表的入口電勢以抵消二次壓降影響的目的。當電壓互感器二次回路阻抗和回路電流一定時,調節補償電壓,使二次壓降接近于零,但二次回路阻抗或電流發生變化時,這種補償器就不適應了。
總之,定值補償器在電壓互感器二次回路阻抗和回路電流不變的前提下,能夠對二次壓降進行有效補償,由于不能跟蹤電壓互感器二次回路阻抗和回路電流發生變化而引起二次壓降的變化,因此不可避免地引起電壓互感器二次綜合壓降欠補償或過補償現象發生。由此可以說,定值補償裝置(無論是有源的,還是無源的)在設計時就存在缺陷,是絕對禁止用于二次壓降補償的。
電流跟蹤式補償器基本原理是利用電子線路通過對電壓互感器二次回路電流的跟蹤產生一個與二次回路阻抗大小相等的負阻抗,最終使二次回路總阻抗等效為零。這樣,即使有PT二次回路電流的存在,由于回路阻抗為零,壓降也為零。這種補償器對于二次線路較長的,可補償線阻。對于PT二次負載不穩定、二次電流變化的回路,由于二次回路總阻抗等效為零,可以保持壓降為零。但對于二次回路阻抗變化的情況,則不能自動跟蹤,也就是說,如果熔體電阻或接點接觸電阻發生改變,則回路等效阻抗就不為零了,這是該補償器的局限性。換句話就是說,電流跟蹤式補償器的設計前提是電壓互感器二次回路阻抗不變,只要跟蹤二次回路變化的電流就可以達到補償二次壓降的目的。從前面對二次回路阻抗的特性分析可以看出,電壓互感器二次回路阻抗是變化的,且具有一定隨機性,顯然電流跟蹤式補償器同樣存在設計缺陷,可能造成過補償或欠補償現象的發生,因而也是絕對禁止用于二次壓降補償的。
3.3電壓跟蹤式
電壓跟蹤式補償器的原理是通過一取樣電纜,將電壓互感器二次端電壓信號與電能表計端電壓信號進行比較,以產生1個與二次回路壓降大小相等,方向相反的電壓疊加于電壓互感器二次回路,使電壓互感器二次回路電壓降等效為零。當電壓互感器二次回路電流或阻抗改變導致回路電壓改變時,補償器自動跟蹤壓降的變化并產生相應變化的補償電壓疊加于電壓互感器二次回路,以保持回路壓降始終為零。因而這種補償器幾乎適用于所有場合,唯一不足的是需同時敷設一條從電壓互感器二次端電壓信號取樣的電纜。
3.4目前應用較多,效率較高的二次壓降自動補償裝置
3.4.1自動補償裝置的原理
PT二次壓降自動跟蹤補償器的原理如圖所示,圖中:
U為PT二次繞組出口a點電壓,U1為二次回路末端電能表端子c點電壓:
U為PT二次回路綜合電阻R (導線電阻和接觸電阻之和)上的壓降,即PT二次回路壓降;
當調整電路參數得當,使 U= U1,則下式成立:
U1=U- U+ U1=U
即抵消PT二次回路壓降 U的影響,使電能表端子c點的電壓等于PT出口a點的電壓,如同將電能表直接接到PT出口點上。從而達到了提高計量精度、減少計量損失的目的。
3.4.2應用效果
PT二次壓降自動跟蹤補償器要選擇通過權威電力部門的產品型式試驗合格的產品,并結合本單位的具體情況,選擇相應型號。在投運前,必須進行現場的性能、功能、抗干擾、附加波形失真等試驗,確保裝置的技術指標和功能滿足產品的技術要求和符合現場實際條件。
某發電單位220kV電壓互感器二次電能計量回路應用PT二次壓降自動跟蹤補償器,效果良好,其投運帶滿負載后PT二次壓降測量值如下表:從下表可知,PT二次壓降自動跟蹤補償器實現了矢量補償,即實現比差和角差的補償,補償后的PT二次壓降小于二次額定電壓的0.2%,完全能滿足電能計量裝置管理規程的要求,達到了提高計量精度、減少計量損失的目的。
4.其他方法
4.1取消PT二次回路的開關、熔斷器、端子排等:此措施可避免開關、熔斷器、端子排的接觸電阻造成的PT二次壓降,但取消開關、熔斷器設備后,計量二次回路的失去故障保護,后果嚴重,不宜采用。
4.2調快電能表:此措施可臨時性地解決PT二次壓降問題,但在開關、熔斷器、接線端子上形成的接觸電阻是變化的,隨著時間的推移,導體接觸部位逐漸老化,其接觸電阻亦逐漸增大,PT二次壓降增大。同時,此措施在電能計量管理規定上是不允許的。
4.3對PT二次同路實施定值補償:此措施與調快電能表的措施相仿,只能臨時性地解決PT二次壓降問題,不能實施動態補償
四、結語
綜上分析,電壓互感器二次回路線路壓降由二次等效阻抗和二次回路電流共同影響。這兩個影響因素又隨環境和工況不同而變化:二次等效阻抗又隨環境的變化而變化,二次電流也隨二次運行方式的不同而改變。若要達到國家頒布的電能計量裝置技術管理規程和電能計量裝置檢驗規程SD109-83的要求,必須揭示PT二次壓降的產生機理,并設計補償辦法,對電壓互感器的二次負荷進行補償。
電壓互感器二次壓降的治理措施有降低二次回路阻抗、減小回路電流和加裝補償裝置三種。降低二次回路阻抗、減小回路電流兩種方法在保證二次壓降原有性質的基礎上,可以有效降低二次壓降,但不能保證二次壓降始終不大于電壓互感器二次出口電壓的0.25%要求;加裝電壓跟蹤式補償裝置,可以保證二次壓降始終不大于電壓互感器二次出口電壓的0.25%要求,但要注意電壓互感器二次壓降單向性的特點,確保欠補償才是有效的。信息來源:m.scedyrmrs.cn