深度解析電壓互感器過失補(bǔ)償辦法

電壓互感器在電磁原理上相當(dāng)于空載運(yùn)轉(zhuǎn)的變壓器。電壓互感器的額定變比為：

kr=Upr/Usr

式中Upr—額定一次電壓，V

Usr—額定二次電壓，V

這是電壓互感器的志向情況，但實(shí)踐電壓互感器有電流經(jīng)過，它們在一、二次繞組中發(fā)生阻抗壓降，使得一、二次電壓之比偏離變比，一同一、二次電壓在相位上也有差異，這些差異就是電壓互感器的過失，其間數(shù)值上的差異稱作電壓過失或比值差，相位上的差異稱作相位差。

國家規(guī)范對電壓互感器的過失有限值規(guī)則，假如電壓互感器過失逾越規(guī)則的限值，便需要調(diào)整它們到限值以內(nèi)，即進(jìn)行過失補(bǔ)償。

電壓互感器的相位差通常較小，無需處理，而電壓過失較大，往往逾越限值。本文僅涉及過失的補(bǔ)償論題。

按照GB20840.3-2012中定義電壓互感器的電壓過失即比值差

ε定義為：

ε=（kr·Us-Up）/Up×100，%

式中Up—實(shí)踐一次電壓V

Us—施加Up時(shí)的實(shí)踐二次電壓V

多數(shù)情況下，電壓互感器的電壓過失為負(fù)值，即實(shí)踐二次電壓低于相應(yīng)的一次電壓除以變比，設(shè)法增大二次電壓便可使過失向正方向改動(dòng)。常用辦法是調(diào)整匝數(shù)，常稱匝數(shù)補(bǔ)償。在既定的電壓下，減少一次匝數(shù)將提高每匝電勢，或許添加二次匝數(shù)，皆可增大二次電壓，縮小電壓過失負(fù)值。

電壓互感器并聯(lián)在高壓電網(wǎng)上，一次電壓為系統(tǒng)額定電壓，一次繞組匝數(shù)一般規(guī)劃在幾萬匝，關(guān)于0.2級電壓互感器，一次繞組補(bǔ)償匝數(shù)可以抵達(dá)幾百匝，所以一次補(bǔ)償稱為整數(shù)匝補(bǔ)償。因?yàn)殡妷夯ジ衅鞫坞妷汉艿停ㄈ?7.7V或100V），二次繞組只需幾十匝，即便調(diào)整一匝所引起的電壓改動(dòng)百分?jǐn)?shù)就或許逾越過失限值，所以，二次不能選用整數(shù)匝補(bǔ)償，需經(jīng)過輔佐電壓互感器將單匝電勢進(jìn)行細(xì)分，得到若干分之幾匝的電勢，相當(dāng)于選用了分?jǐn)?shù)匝，也可稱為分?jǐn)?shù)匝補(bǔ)償。

下面本文就電壓互感器過失補(bǔ)償辦法及過失調(diào)度用輔佐電壓互感器的規(guī)劃以及接線進(jìn)行論說。

2、電壓互感器過失補(bǔ)償?shù)膸追N辦法

電壓過失補(bǔ)償?shù)霓k法有許多，常常運(yùn)用的有以下幾種。

2.1整數(shù)匝補(bǔ)償

如前所述，這是調(diào)整一次繞組匝數(shù)的辦法，通常是減少一次匝數(shù)，取得正值的過失補(bǔ)償，又稱減匝補(bǔ)償，其補(bǔ)償原理如下。

若減匝前的每匝電勢為：

ezr=Upr/Npr

那么，減匝后的每匝電勢將是：

ez=Upr/Np

式中Upr——額定一次電壓，V

Npr——額定一次匝數(shù)

Np——減匝后的實(shí)踐一次匝數(shù)

顯著，每匝電勢添加的百分?jǐn)?shù)就是二次電壓添加的百分?jǐn)?shù)，則電壓過失補(bǔ)償值為：

εb=（εz-εzr）/εzr=（Npr-Np）/Np

εb=Nb/Np×100，%

式中，Nb稱為補(bǔ)償匝數(shù)。因?yàn)镹b一般很小，而實(shí)踐一次匝數(shù)與額定一次匝數(shù)的不同也很小，因而過失補(bǔ)償值通常用下式核算：

εb=Nb/Npr×100，%（1）

2.2輔佐電壓互感器補(bǔ)償

輔佐電壓互感器補(bǔ)償用于調(diào)整二次匝數(shù)，即相當(dāng)于分?jǐn)?shù)匝的補(bǔ)償。根據(jù)輔佐電壓互感器受電辦法不同（即主電壓互感器二次繞組為輔佐電壓互感器供電的辦法不同），可以有以下幾種補(bǔ)償辦法。

2.2.1電壓互感器串聯(lián)補(bǔ)償辦法

由主電壓互感器低壓側(cè)只需一匝的輔佐繞組給輔佐電壓互感器供電，接線原理圖如圖1所示，將這種補(bǔ)償辦法稱作串聯(lián)補(bǔ)償。

圖1的兩種計(jì)劃中，輔佐電壓互感器的二次繞組Nf2與主電壓互感器二次繞組串聯(lián)，這樣就在主電壓互感器的二次回路中疊加了一個(gè)電勢，從而對過失起到補(bǔ)償作用。改動(dòng)圖1（a）中的Nf2/Nf1或許圖1（b）中的Nf1就可以調(diào)整補(bǔ)償值，改動(dòng)Nf2的極性則變補(bǔ)償值的符號，起到正或負(fù)的補(bǔ)償。

（a）的計(jì)劃，輔佐電壓互感器繞制Nf2的導(dǎo)線截面應(yīng)參照3.3節(jié)，根據(jù)突發(fā)短路電流進(jìn)行選?。欢鴪D1（b）中輔佐電壓互感器的二次繞組Nf2只需1匝或幾匝，只需將主電壓互感器的二次引出線穿過輔佐電壓互感器的鐵心窗口即可，圖1（b）是常常選用的計(jì)劃。

以圖1（b）為例，輔佐電壓互感器的一次繞組匝數(shù)為Nf1，由主電壓互感器低壓側(cè)只需一匝的附加繞組供電，其每匝電勢為efz=ezr/Nf1，其間ezr=Usr/Nsr。

輔佐電壓互感器二次也只需一匝，它與主電壓互感器的二次繞組串聯(lián)，因而主電壓互感器二次電壓得到補(bǔ)償電壓ub。

ub=ezr/Nf1，V

因而過失補(bǔ)償值為：

εb=ub/Usr=ub/（ezr·Nsr）

εb=1/（Nsr·Nf1）×100，%（2）

式中Usr——主電壓互感器額定二次電壓，V

Nsr——主電壓互感器額定二次匝數(shù)

Nf1——輔佐電壓互感器一次繞組匝數(shù)

補(bǔ)償匝數(shù)為主電壓互感器二次繞組單匝的1/Nf1。

2.2.2電壓互感器并聯(lián)補(bǔ)償辦法

由主電壓互感器的整個(gè)二次繞組給輔佐電壓互感器供電，輔佐電壓互感器相似主電壓互感器的負(fù)荷并聯(lián)在主電壓互感器的二次側(cè)，接線辦法如圖2所示，將這種補(bǔ)償辦法稱作并聯(lián)補(bǔ)償。

從圖2可知，輔佐電壓互感器的每匝電勢為：efz=Usr/Nf1

輔佐電壓互感器二次繞組Nf2中的電勢就是對主電壓互感器二次電壓的補(bǔ)償值，所以該補(bǔ)償辦法對電壓過失的補(bǔ)償值為：

εb=（ef·zNf2）/Usr

εb=Nf2/Nf1×100，%（3）

式中，Nf1和Nf2分別為輔佐電壓互感器一、二次繞組的匝數(shù)。

實(shí)踐補(bǔ)償電壓為主電壓互感器二次電壓的Nf2/Nf1，所以補(bǔ)償匝數(shù)為主電壓互感器二次繞組匝數(shù)的Nf2/Nf1，作用也是分?jǐn)?shù)匝補(bǔ)償。

2.2.3輔佐電壓互感器并聯(lián)補(bǔ)償接線辦法

關(guān)于無中心抽頭的電壓互感器二次繞組，輔佐電壓互感器并聯(lián)補(bǔ)償?shù)慕泳€辦法如圖2所示。關(guān)于頻率為60Hz的國家，其電壓互感器的要求通常是二次繞組帶抽頭，關(guān)于同一繞組其二次電壓有115V和115/√3V（或66.4V）兩個(gè)電壓，關(guān)于這種電壓互感器，當(dāng)抽頭和滿匝準(zhǔn)確級要求相一同，因?yàn)橐?guī)劃時(shí)繞組的匝數(shù)有必要為整數(shù)，滿匝和抽頭的匝數(shù)比滿意不了√3的倍數(shù)聯(lián)絡(luò)，因而形成抽頭和滿匝的過失差異較大，該差異本身有時(shí)就已逾越過失限值，這種情況下有必要首要運(yùn)用輔佐電壓互感器單獨(dú)對抽頭或滿匝進(jìn)行分?jǐn)?shù)匝補(bǔ)償，使抽頭和滿匝的過失值靠近，然后再從一次側(cè)用整數(shù)匝補(bǔ)償辦法將抽頭和滿匝的過失一同調(diào)度到過失限值以內(nèi)。這種過失調(diào)度的接線辦法如圖3所示。

圖3（a）、（b）、（c）是將輔佐電壓互感器接在主電壓互感器的二次抽頭端子X2-X3之間，圖3（d）、（e）和（f）是將輔佐電壓互感器接在主電壓互感器的滿匝端子X1-X3之間圖3（c）、（e）的接線用于調(diào)接線可一同調(diào)整滿匝和抽頭的過失，當(dāng)Nf21=Nf22時(shí)可用X3引線進(jìn)行補(bǔ)償而不用一同運(yùn)用X1和X2兩根引線補(bǔ)償（這兩種情況不常用，一般情況下可以從一次側(cè)用整數(shù)匝補(bǔ)償來完成）。假如用N13和N23分別代表主電壓互感器二次繞組滿匝和抽頭的匝數(shù)，那么，按照2.2.2節(jié)的剖析，圖3各接線辦法下，過失補(bǔ)償值可如下核算。

圖3（a）、（d）接線辦法分別是抽頭供電補(bǔ)償抽頭及滿匝供電補(bǔ)償滿匝，按式（3）核算。

圖3（b）接線辦法是抽頭供電補(bǔ)償滿匝，核算辦法為：

εb=Nf2/Nf1·N23/N13×100，%（4）

圖3（e）接線辦法是滿匝供電補(bǔ)償抽頭，核算辦法為：

εb=Nf2/Nf1·N13/N23×100，%（5）

圖3（c）接線辦法，滿匝和抽頭的過失補(bǔ)償值可分別按式（4）和式（3）核算。

圖3（f）接線辦法，滿匝和抽頭的過失補(bǔ)償值可分別按式（3）和式（5）核算。

3、并聯(lián)補(bǔ)償輔佐電壓互感器的規(guī)劃

并聯(lián)補(bǔ)償輔佐電壓互感器（按圖2）一般規(guī)劃成將Nf1均勻繞在環(huán)形鐵心上，這樣漏抗很小，可近似地以為輔佐電壓互感器回路為純電阻電路，對主電壓互感器的相位差的影響可以忽略。輔佐電壓互感器的電源電壓就是主電壓互感器的二次電壓，應(yīng)根據(jù)主電壓互感器的二次電壓和額定電壓因數(shù)承認(rèn)輔佐電壓互感器的鐵心截面積，根據(jù)過失補(bǔ)償值的要求承認(rèn)輔佐電壓互感器的一次匝數(shù)，根據(jù)輔佐電壓互感器一次繞組中或許出現(xiàn)的電流挑選輔佐電壓互感器一次繞組導(dǎo)線，具體步驟如下。

3.1一次繞組匝數(shù)承認(rèn)

根據(jù)0.2級的過失限值，可選定補(bǔ)償電壓互感器電壓過失的補(bǔ)償規(guī)模為±（0.05%~0.1%），根據(jù)式（3）取Nf2=1，可開端承認(rèn)輔佐電壓互感器一次繞組匝數(shù)Nf1為1000匝~2000匝。

3.2鐵心截面積承認(rèn)

根據(jù)初選的Nf1、主電壓互感器二次繞組額定電壓Usr、額定電壓因數(shù)k以及產(chǎn)品運(yùn)轉(zhuǎn)頻率f根據(jù)式（6）承認(rèn)鐵心截面Sf。

Sf=kUsr/（4.44fBNf1）×104（6）

式中k——額定電壓因數(shù)

Usr——額定二次電壓，V

f——額定頻率，Hz

B——額定電壓因數(shù)下鐵心中磁密，T

Nf1——輔佐電壓互感器最少一次匝數(shù)

鐵心截面的選取除應(yīng)考慮正常作業(yè)條件下鐵心功能的線性度外，還應(yīng)保證在額定電壓因數(shù)倍的額定電壓下鐵心不飽和，一般使B≤1.6T。

3.3一次繞組導(dǎo)線直徑承認(rèn)

根據(jù)被補(bǔ)償主電壓互感器二次繞組的電流，該電流也是輔佐電壓互感器二次繞組中流過的電流，按照輔佐電壓互感器一、二次安匝平衡聯(lián)絡(luò)可承認(rèn)一次繞組中電流，即：

If1=If2·Nf2/Nf1（7）

式中If1——輔佐電壓互感器一次繞組中電流，A

Nf1——輔佐電壓互感器一次繞組匝數(shù)

If2——輔佐電壓互感器二次繞組中電流，即主電壓互感器二次繞組中電流，A

Nf2——輔佐電壓互感器二次繞組匝數(shù)，即實(shí)踐補(bǔ)償匝數(shù)

對輔佐電壓互感器的導(dǎo)線，除應(yīng)考慮正常情況和額定電壓因數(shù)倍的溫升外，還要考慮突發(fā)短路試驗(yàn)時(shí)的發(fā)熱不逾越限值。因?yàn)殡妷夯ジ衅鞯亩搪纷杩购苄?，短路電流可達(dá)額定電流的數(shù)百倍，故應(yīng)首要按照短路電流來選取導(dǎo)線，然后再核算額定電流密度，當(dāng)已知短路電流和最大答應(yīng)短路電流密度時(shí)，導(dǎo)線直徑可按下式承認(rèn)。

d=√4IkNf2（πNf1δk）（8）

式中Ik—主電壓互感器二次短路電流，A

δk—最大答應(yīng)短路電流密度，A/mm2，按照規(guī)范，關(guān)于銅導(dǎo)線，δk可取160A/mm2。

4、輔佐電壓互感器運(yùn)用中的留心事項(xiàng)

從上述輔佐電壓互感器的規(guī)劃中可以知道，輔佐電壓互感器一次側(cè)繞組中的電流由主電壓互感器二次繞組電流和輔佐電壓互感器二次匝數(shù)（即實(shí)踐補(bǔ)償匝數(shù)）與一次匝數(shù)之比決議，關(guān)于給定的產(chǎn)品和選定的輔佐電壓互感器，按照式（7），添加補(bǔ)償匝數(shù)將增大輔佐電壓互感器一次電流，輔佐電壓互感器一次繞組已選定的導(dǎo)線截面將束縛補(bǔ)償匝數(shù)增多。

關(guān)于電壓互感器在正常作業(yè)條件下應(yīng)滿意的溫升要求，一般參照各繞組導(dǎo)線核算額定電流密度，根據(jù)閱歷，銅導(dǎo)線在長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)下的電流密度不宜逾越2A/mm2。

關(guān)于圖3（c）、（f）的接線辦法，輔佐電壓互感器一次繞組中的電流應(yīng)是按照主電壓互感器抽頭和滿匝兩個(gè)電流分別折算到輔佐電壓互感器一次繞組中電流的疊加，這種辦法下應(yīng)留心抽頭和滿匝補(bǔ)償匝數(shù)之和受輔佐電壓互感器一次繞組導(dǎo)線截面的束縛。

5、實(shí)踐檢驗(yàn)與理論剖析效果比較

為了驗(yàn)證剖析，借助于實(shí)踐產(chǎn)品的過失調(diào)度進(jìn)程進(jìn)行下列暫時(shí)檢驗(yàn)，未考慮準(zhǔn)確級過失限值的要求。產(chǎn)品及輔佐電壓互感器的基本參數(shù)如表1所示。

5.1輔佐電壓互感器接在抽頭

選用圖3（c）接線（Nf21=Nf22=4），用X3端子引線穿過輔佐電壓互感器窗口正補(bǔ)償4匝，補(bǔ)償前后過失效果如表2所示。

關(guān)于抽頭而言，過失補(bǔ)償值按式（3）核算，補(bǔ)償值為0.33%，關(guān)于滿匝而言，補(bǔ)償值按式（4）核算，補(bǔ)償值為0.19%，可見，核算效果與表2中過失改動(dòng)量靠近。

5.2輔佐電壓互感器接在滿匝

選用圖3（f）接線（Nf21=Nf22=5），用X3端子引線穿過輔佐電壓互感器窗口負(fù)補(bǔ)償5匝，補(bǔ)償前后過失效果如表3所示。

關(guān)于滿匝而言，過失補(bǔ)償值按式（3）核算，補(bǔ)償值為-0.416%，關(guān)于抽頭而言，補(bǔ)償值按式（5）核算，補(bǔ)償值為-0.72%，可見，核算效果與表3過失改動(dòng)量符合。

在表2和表3的實(shí)測效果中，補(bǔ)償前后相位差改動(dòng)不大，標(biāo)明本文中筆者舉薦的輔佐電壓互感器規(guī)劃結(jié)構(gòu)漏抗小，對相位差的影響可以忽略不計(jì)，與剖析效果一起。

6、定論

檢驗(yàn)效果標(biāo)明，上面介紹的輔佐電壓互感器規(guī)劃可以直接應(yīng)用到產(chǎn)品規(guī)劃中，給出的過失補(bǔ)償核算公式還可直接輔導(dǎo)產(chǎn)品生產(chǎn)中的過失調(diào)度。

審核編輯：黃飛