CN101493509B - 一种用于特高压电压互感器误差测量的校验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于特高压电压互感器误差测量的校验装置，包括标准电容箱和标准电导箱组成的导纳网络，精密分压器，感应式分流器及指零仪。本发明在用电容式电压比例标准校验电压互感器的过程中作为误差测量装置，采用差值测量原理对被测电压互感器的比值差和相位差进行校验。实现了用导纳网络的电导量和电容量直接读取被校电压互感器的比值差和相位差。可以校验110kV～1000kV电压范围内的电磁式或电容式电压互感器。校验0.05级及以上准确度级别测量用电压互感器时，本发明引入的不确定度≤5.3×10^-6，校验0.5级及以上准确度级别电力用电压互感器时，本发明引入的不确定度≤2.3×10^-5。

Description

一种用于特高压电压互感器误差测量的校验装置

技术领域

本发明涉及一种电压互感器误差校验装置，特别涉及一种用于特高压(1000kV及以上电压等级)电压互感器误差测量的校验装置。 

背景技术

随着超高压及特高压电网的建设和特高压技术的不断进步，在高电压技术研究、高电压大电流设备的试验及研究、关口计量、输变电设备技术水平评估、线路参数测量等各个方面都要求准确测量电压量值，因此开展1000kV特高压量值溯源及量值传递工作的需求已尤为迫切。由于我国尚未建立 (特高压电网中单相额定电压)工频电压比例标准，目前特高压电压互感器(包括电磁式电压互感器TV和电容式电压互感器CVT)的误差校验只能通过标准电容器为传递标准(也称电容式电压比例标准)，溯源到目前国内电压等级最高的 

国家工频电压比例标准。现有的测量方法是等功率电容电桥法，测量线路见图1，其中误差测量装置采用比较仪型高压电容电桥QS。但该方法存在以下不足：1、测量的读数为电容比率C_X/C_N和介质损耗tgδ，需要进行数学换算后才能得到互感器的比值差和相位差，使用很不方便，且对测量人员的要求较高；2、测量1000kV电压互感器时，标准电容器额定电容量C_N一般选择50pF，则输入电容电桥QS的电流有十几毫安，大于一般比较仪型高压电容电桥QS的最大允许输入电流10mA，可能导致测量故障，甚至损坏电容电桥QS；3、比较仪型高压电容电桥QS由于使用了电子电路变换，其测量误差具有非线性，增加了测量的不确定度；4、等功率电容电桥测量线路属于直接比较式测量原理而不是差值测量原理，抗干扰性相对较差，不适合电磁环境恶劣的现场测量。为了提高特高压电压量值溯源的方便性和可靠性，确保全国特高压量值的一致性，急需设计新的误差校验装置和校验方法，以满足目前特高压电压互感器校验工作的需要。 

发明内容

本发明的目的是：针对目前采用的等功率电容电桥法校验电压互感器尤其是1000kV电压互感器的不足进行了改进，提供了一种用于特高压电压互感器误差测量的校验装置，在用电容式电压比例标准校验电压互感器的过程中作为误差测量装置，对被测电压互感器的比值差和相位差进行校验。校验0.05级及以上准确度级别测量用电压互感器时，由本发明校验装置引入的不确定度≤5.3×10^-6，校验0.5级及以上准确度级别电力用电压互感器时，由本发明校验装置引入的不确定度≤2.3×10^-5，均满足现行检定规程《测量用电压互感器检定规程JJG314-94》的要求，从而为1000kV电压互感器的高准确度校验工作提供了条件和保障。 

本发明的技术方案是：一种用于特高压电压互感器误差测量的校验装置，其特征在于：包括精密分压器，标准电容箱，标准电导箱，指零仪及感应式分流器；标准电容箱和标准电导箱组成导纳网络；精密分压器与导纳网络组合，提供标准微差电流信号注入桥体平衡节点；低压标准电容器注入电流到桥体平衡节点；高压标准电容器的电流经过感应式分流器分流后注入桥体平衡节点，桥体平衡节点和地之间连接指零仪。 

如上所述的用于特高压电压互感器误差测量的校验装置，其特征在于：标准电容箱的电阻为低电压系数、低介质损耗的功率型精密电阻，其准确度优于0.2％，介质损耗≤1×10^-4；标准电导箱的电阻为低温度系数、低分布参数的功率型精密电阻，其准确度优于0.2％。 

如上所述的用于特高压电压互感器误差测量的校验装置，其特征在于：导纳网络通过若干只多刀多位开关实现十进制量值切换，多刀多位开关接触电阻＜2mΩ。 

如上所述的用于特高压电压互感器误差测量的校验装置，其特征在于：精密分压器为双级互感器结构，由环形矽钢片铁芯和环形合金铁芯绕制，其准确度优于0.01％。 

如上所述的用于特高压电压互感器误差测量的校验装置，其特征在于：感应式分流器为多级结构，通过六只多刀多位开关切换实现0～1.111110范围内的任意分流系数，在第一开关盘位置数不为零时的误差≤2×10^-6。 

如上所述的用于特高压电压互感器误差测量的校验装置，其特征在于：指零仪由多级电子放大电路组成，实现最小分辨电压为0.5μV/格，三次以上谐波抑制能力＞60dB。 

本发明有益效果：(1)用电容式工频电压比例标准校验电磁式电压互感器或电容式电压互感器时，可以通过本发明直接读取被测互感器的误差，提高了测量的方便性和可靠性；(2)本发明采用差值测量原理，提高了测量的抗干扰性，同时降低了对元器件的性能要求；(3)本发明的桥体电路均选用电工器件，避免了使用电子电路引入的非线性和易饱和性，提高了最大允许输入电流(大于30mA)，从而降低了由误差测量的校验装置本身引入的测量不确定度。 

附图说明

图1是等功率电容电桥法校验电磁式电压互感器或电容式电压互感器的测试线路。 

图2是采用本发明实施例差值测量原理校验电磁式电压互感器或电容式电压互感器的测试线路。 

图3是本发明实施例的工作原理图。 

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明用于特高压电压互感器误差测量的校验装置做进一步的说明。 

图1中标记的说明：Tx-被测电压互感器；U₁-被测电压互感器的一次侧电压；U₂-被测电压互感器的二次侧电压；QS-电容电桥；E-壳体地；C₁-高压标准电容器；C₂-低压标准电容器。 

图2中标记的说明：HJ-本发明实施例。 

图3中标记的说明：1、2-精密分压器；3-标准电容箱；4-标准电导箱；5-导纳网络；6-平衡节点；7-指零仪；8-感应式分流器；9-低压标准电容器(同图1中C₂)；10-高压标准电容器(同图1中C₁)；I₁、I₂-电流；ΔI_S-标准微差电流信号； 

精密分压器1、2的变压比分别记为K₁、K₂，标准电容箱3的电容量记为C，标准电导箱4的电导量记为G，感应式分流器8的分流系数记为K₃，低压标准 电容器9的电容量记为C₂，高压标准电容器10的电容量记为C₁，电流I₁、I₂分别是高压标准电容器10、低压标准电容器9回路注入桥体平衡节点6的电流。 

如图3所示，本发明实施例包括精密分压器1、2，标准电容箱3，标准电导箱4，指零仪7及感应式分流器8；标准电容箱3和标准电导箱4组成导纳网络5，通过若干只多刀多位开关实现十进制量值切换；精密分压器1、2与导纳网络5组合，提供标准微差电流信号ΔI_S注入桥体平衡节点6；低压标准电容器9注入电流到桥体平衡节点6；高压标准电容器10的电流经过感应式分流器8分流后注入电流到桥体平衡节点6，桥体平衡节点6和地之间连接指零仪7。 

所述标准电容箱3为低电压系数、低介质损耗的功率型精密电阻，其准确度优于0.2％，介质损耗≤1×10^-4；所述标准电导箱4为低温度系数、低分布参数的功率型精密电阻，其准确度优于0.2％；所述多刀多位开关接触电阻＜2mΩ。所述精密分压器1、2为双级互感器结构，由环形矽钢片铁芯和环形合金铁芯绕制，实现多个变压比的分压，其准确度优于0.01％；感应式分流器8用于扩展量程，使本发明实施例能同时满足110kV～1000kV范围内电压互感器的校验要求，感应式分流器8为多级结构，通过六只多刀多位开关切换实现0～1.111110范围内的任意分流系数，在第一开关盘位置数不为零时的误差≤2×10^-6；指零仪7用于桥体电路的平衡指示，指零仪7由多级电子放大电路组成，实现最小分辨电压为0.5μV/格，三次以上谐波抑制能力＞60dB。 

标准微差电流信号ΔI_S是一个幅值相位可调的矢量信号。当调节导纳网络5时即可改变标准微差电流信号ΔI_S的幅值和相位，用于平衡高压标准电容器10、低压标准电容器9回路注入桥体平衡节点6的电流I₁、I₂产生的电流差，当桥体电路(图3中除指零仪7以外的部分)平衡时，指零仪7指零，通过导纳网络5的标准电容箱3的电容量C和标准电导箱4的电导量G读数即可获得被测电压互感器Tx的比值差和相位差。 

在图2所示的测试线路中，记被测电压互感器Tx的比值差为f，相位差为δ，额定变压比为K_n，则由互感器的误差定义， ${\stackrel{\·}{U}}_1=-K_n{\stackrel{\·}{U}}_2(1-f-\mathrm{j\δ}).$

在图3所示的工作原理图中，高压标准电容器10、低压标准电容器9回路注入平衡节点6的电流为： ${\stackrel{\·}{I}}_2={\stackrel{\·}{U}}_{2}w{C}_{2}j,$ ${\stackrel{\·}{I}}_1={\stackrel{\·}{U}}_{1}w{C}_{1}j=-K_3{K}_n{\stackrel{\·}{U}}_2(1-f-\mathrm{j\δ})w{C}_{1}j.$ 由导纳网络5与精密分压器1、2组合提供的标准微差电流信号  $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_S={\stackrel{\·}{U}}_2\mathrm{wCj}/\left(2K_1\right)+K_2{\stackrel{\·}{U}}_{2}G/\left(2K_1\right).$ 调节感应式分流器8的分流系数K₃使其满足K₃K_n＝C₂/C₁。由电桥平衡原理，当指零仪7指零时满足： ${\stackrel{\·}{I}}_1+{\stackrel{\·}{I}}_2+\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_S=0,$ 将I₁，I₂，ΔI_S的表达式代入上式整理后得到： $(-f-\mathrm{j\δ})w{C}_{2}j=\frac{w}{2K_1}\mathrm{Cj}+\frac{K_2}{2K_1}G,$ 令：w＝100π，解方程即可得到： $\mathrm{\δ}=\frac{K_{2}G}{2w{C}_2{K}_1}\×{3438}^{\′},$ $f=-\frac{C}{2K_1{C}_2}.$

为了使校验仪能直读误差，取K₁＝1000，K₂＝0.9138，C₂＝50nF，则标准电容箱3的读数(单位：uF)即为比值差，标准电导箱4的读数(单位：10^-5S)即为相位差(单位：′)。当C₁＝50pF时，由K₃K_n＝C₂/C₁得：K_n＝C₂/(C₁ K₃)，K₃在保证感应式分流器8的第一开关盘位置数不为零时的变化范围是：0.1～1.11111，故K_n的变化范围为：900～10000，因此可以满足110kV～1000kV范围电压等级电压互感器变压比的校验要求。 

Claims (6)

1.一种用于特高压电压互感器误差测量的校验装置，其特征在于：包括精密分压器，标准电容箱，标准电导箱，指零仪及感应式分流器；标准电容箱和标准电导箱组成导纳网络；精密分压器与导纳网络组合，提供标准微差电流信号注入桥体平衡节点；低压标准电容器注入电流到桥体平衡节点；高压标准电容器的电流经过感应式分流器分流后注入桥体平衡节点，桥体平衡节点和地之间连接指零仪。

2.根据权利要求1所述的用于特高压电压互感器误差测量的校验装置，其特征在于：标准电容箱的电阻为低电压系数、低介质损耗的功率型精密电阻，其准确度优于0.2％，介质损耗≤1×10^-4；标准电导箱的电阻为低温度系数、低分布参数的功率型精密电阻，其准确度优于0.2％。

3.根据权利要求1所述的用于特高压电压互感器误差测量的校验装置，其特征在于：导纳网络通过若干只多刀多位开关实现十进制量值切换，多刀多位开关接触电阻＜2mΩ。

4.根据权利要求1所述的用于特高压电压互感器误差测量的校验装置，其特征在于：精密分压器为双级互感器结构，由环形矽钢片铁芯和环形合金铁芯绕制，其准确度优于0.01％。

5.根据权利要求1所述的用于特高压电压互感器误差测量的校验装置，其特征在于：感应式分流器为多级结构，通过六只多刀多位开关切换实现0～1.111110范围内的任意分流系数，在第一开关盘位置数不为零时的误差≤2×10^-6。

6.根据权利要求1所述的用于特高压电压互感器误差测量的校验装置，其特征在于：指零仪由多级电子放大电路组成，实现最小分辨电压为0.5μV/格，三次以上谐波抑制能力＞60dB。

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