专利名称：一种电力系统用电压互感器误差特性在线校验方法
技术领域：
本发明涉及一种电力系统用电压互感器误差特性在线校验方法，属于对电力设备
的校准、检定与检测领域。
背景技术：
电力系统用互感器，包括电压互感器和电流互感器，是将电网高电压、大电流的信 息传递到低电压、小电流二次侧的计量装置、继电保护装置、自动装置、监测录波装置等设 备的一种特殊变压器。电力系统用互感器，其误差性能的好坏直接影响到电力系统测量、计 量的准确性和继电保护装置动作的可靠性。根据电能计量体系及互感器检定规程要求，互 感器应定期检测误差性能，以确保电能交易的公平。为此，电力系统常常要将线路离线(停 电)检测互感器，以评估互感器的误差特性。 配电网的电压相对较低，但是配电网中运行的互感器数量巨大，将大量被检测互 感器退出运行，对应的间隔线路要停电操作，直接影响电力用户的正常用电，工作量繁重； 而输电网电压等级高，检测设备的体积和重量更大，现场检测工作不仅技术难度大，停电对 电力用户的正常用电影响面更广；超高压及特高压电网电能输送量成指数增加，停电对用 户的负面影响更大，且检测本身耗时长，检测劳动强度大，用于检测的仪器设备昂贵，相应 的电网操作对电网安全、可靠性运行更不利。 以特高压电网为例，一个间隔一组(三台)电压互感器的误差检测工作时间约一 周。 一条特高压线路的正常送电量在200 400万千瓦左右，停电一周将减少送电量折合 人名币超过数亿元，甚至十多亿元。可见实现互感器误差特性的在线校准，产生的经济效益 十分显著。 为了保证电量的公平交易，国家制定的互感器检定规程规定了互感器的检测周 期，如输电网普遍采用的电容式电压互感器(CVT)的检测周期为5年。我国110kV和220kV 电网运行的互感器超过100万台，近年配电网每年新增的10kV电压等级互感器约20万台， 互感器误差性能的现场检测工作量不言而喻，停电导致的经济损失更是无法估量。越来越 多的电能计量管理部门和检测部门深深感到互感器误差性能检测工作带来的巨大压力，十 分期盼发明一种新的检测方法，在线校准互感器，提高检测工作效率，降低电网运行及维护 成本。 电测与仪表，2009年第7期，《计量用互感器在线监测系统的研制》中提出了一种 根据负荷特性(电压互感器的误差与二次负荷的关系)来在线监测互感器误差的方法。这 种方法根据负荷特性进行误差的推算，其缺点是缺乏电压的量值溯源，同时用于测量二次 负荷的电流电压传感器本身存在着误差，增加了不可靠因素。 电力系统自动化，2008年第8期，《绝缘在线监测中电容式电压互感器的 误差校正》，通过采集测量绕组的输出电压和各二次绕组的负载电流信号，利用基于 Levenberg-Marquardt算法的非线性最小二乘拟合算法提出信号的基波分量，结合CVT参 数模型的数学方程确定CVT的一次电压。从而实现对CVT稳态误差实时校正的新方法。这种方法考虑了负荷及频率对误差的影响，采取理论计算得出误差。其缺点同样是缺乏电压 的量值溯源，同时依赖于存在误差的电流电压传感器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电力系统用电压互感器误差特性在线校验方法，此校 验方法可以实现不停电状态下检测运行中的电压互感器误差特性，解决电网难以停电检测 电压互感器的问题，也降低了电网运行、维护成本，提高电网运行可靠性。本发明直接采用 与标准电压互感器进行对比的方法，对电压互感器进行量值溯源，同时不依赖于计算公式 及电流电压传感器，减少了误差来源，大大提高了可靠性与稳定性。 本发明的技术方案是一种电力系统用电压互感器误差特性在线校验方法，其特 征在于 (1)将参考用电压互感器直接接入运行的电网上，与被校电压互感器的一次处于 并联状态进行在线校验； (2) 二次测量回路，按差值电路原理或绝对值测量方法，将二次信号接入具有快速 获取测量结果的互感器误差测量装置，进行误差测量； (3)参考用电压互感器是作为标准器来使用，有两种方式方式一是将绝缘水平 大于或等于被校电压互感器绝缘水平的特种工频电压比例标准装置作为参考用电压互感 器直接接入线路使用，方式二是将短时间内离线，即处于与带电电网电气隔离状态下获得 误差检测结果的电压互感器作为参考用电压互感器使用，获得的测量数据扣除参考用电压 互感器本身的误差值，即进行测量数据的误差修正处理； (4)特种工频电压比例标准装置是电磁式标准电压互感器或电容式工频电压比例 标准器，基本条件是其绝缘水平大于或等于被校电压互感器绝缘水平。
如上所述的电力系统用电压互感器误差特性在线校验方法，其特征在于用于配
电网的特种工频电压比例标准装置装有快速熔断装置，如快速熔断丝，以保证电网的安全。
如上所述的电力系统用电压互感器误差特性在线校验方法，其特征在于采用方
式一时，特种工频电压比例标准装置的二次回路与一次回路之间有电气隔离功能。
如上所述的电力系统用电压互感器误差特性在线校验方法，其特征在于采用方
式二时，采取电磁感应方法或光电转换隔离方法进行电气隔离措施，如采用额定工作电压
100V或100/V^V、变比为100V/100V或ioo/V^v/ioo/V^v的精密电压互感器进行电气隔离。 如上所述的电力系统用电压互感器误差特性在线校验方法，其特征在于对于配
电网中的全绝缘结构电压互感器其一次回路的两端，A端和B端分别接在A相和B相或C
相线路上，这种情况除了用全绝缘结构特种工频电压比例标准装置并联在被校电压互感器
两端进行误差性能检测外，还能用两只特种工频电压比例标准装置的高压端分别并联在被
校全绝缘结构电压互感器的两个高压端A端和B端，组成一个测量系统。
本发明的有益效果是本发明是在电网不停电的条件下，在线校验电网中处于带
电运行状态下的电压互感器误差特性的方法，具体说是使用绝缘水平不低于被校电压互感
器绝缘水平的特种工频电压比例标准装置作为标准器投入电网，在线校验运行中的电压互
感器误差特性；或者将短时间内离线的电压互感器，按常规检测方法获得的误差检测数据后，投入电网后作为参考用电压互感器，在线校验其它同相的电压互感器，并进行必要的测 量数据误差处理。 此校验方法可以实现不停电状态下检测运行中的电压互感器误差特性，解决电网 难以停电检测电压互感器的问题，也降低了电网运行、维护成本，提高电网运行可靠性。
图1为本发明实施例方式一半绝缘结构电压互感器的校验线路示意图。 图2为本发明实施例方式一全绝缘结构电压互感器的校验线路示意图。 图3为本发明实施例用两台半绝缘结构特种工频电压比例标准装置(VTN1和VTN2)
校验全绝缘结构电压互感器VTX的线路图。 图4为本发明实施例方式二离线校准一台电压互感器(VTX1)的示意图。 图5为本发明实施例方式二中用短时间离线获得误差测量数据的电压互感器VTX1
检验另一台在线电压互感器VTX2的示意图。 图6为本发明实施例电容式电压互感器(CVT) 二次用低功耗、高准确度低压互感 器VTN进行电气隔离的示意图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明. 图1中标记的说明VTf特种工频电压比例标准装置，VT厂被校电压互感器， HEG-互感器误差测量装置，快速熔丝或快速短路保护开关，Z「负荷，K_开关。 U厂线路系统。 图4中标记的说明1\-调压器，T2_变压器、ZB_校验时的模拟负荷。 图6中标记的说明CVT-电容式电压互感器，Q、C厂电容，L_补偿电抗器、T-中间
变压器，Z2、 Z3_CVT 二次负荷。 本发明实施例电力系统用电压互感器误差特性在线校验方法，包括如下步骤
1)将参考用电压互感器直接接入运行的电网上，与被校电压互感器的一次处于并 联状态进行在线校验； 2) 二次测量回路，按差值电路原理或绝对值测量方法，将二次信号接入具有快速 获取测量结果的互感器误差测量装置，进行误差测量； 3)参考用电压互感器是作为标准器来使用，有两种方式方式一是将绝缘水平不 低于被校电压互感器绝缘水平的特种工频电压比例标准装置作为参考用电压互感器直接 接入线路使用，方式二是将短时间内离线(处于与带电电网电气隔离)状态下获得误差检 测结果的电压互感器作为参考用电压互感器使用，获得的测量数据扣除参考用电压互感器 本身的误差值，即进行测量数据的误差修正处理； 4)特种工频电压比例标准装置可以是电磁式标准电压互感器，也可以是电容式工 频电压比例标准器，基本条件是其绝缘水平不得低于被校电压互感器绝缘水平；
5)用于配电网的特种工频电压比例标准装置装有快速熔断装置，如快速熔断丝， 以保证电网的安全； 6)采用方式一时，特种工频电压比例标准装置的二次回路与一次回路之间有电气隔离功能； 7)采用方式二时，采取电磁感应方法或光电转换隔离方法进行电气隔离措施，如
采用额定工作电压100V或100/V^V、变比为100V/100V或ioo/V^v/ioo/V^v的精密电压
互感器进行电气隔离； 8)对于配电网中的全绝缘结构电压互感器(其一次回路的两端，A端和B端分别 接在A相和B相或C相线路上)，这种情况除了用的全绝缘结构特种工频电压比例标准装置 并联在被校电压互感器两端进行误差性能检测外，还可以用两只特种工频电压比例标准装 置的高压端分别并联在被校全绝缘结构电压互感器的两个高压端(A端和B端)，组成一个 测量系统。 1.在线校准方法 配电网及llOkV或220kV电压等级相对较低，可以将特种工频电压比例标准装置 投入电网，也就是方式一。实现电压互感器在线校准的方法一，实际上是要配置绝缘水平不 低于被校电压互感器绝缘水平的特种工频电压比例标准装置，将特种工频电压比例标准装 置投入电网，与被校电压互感器处于并联状态，按常规的电压互感器检测方法在实际工作 电压下进行检测。 在线校准要考虑特种工频电压比例标准装置、校验操作难度和在线校验对电网 安全性影响等因素。电压等级越高，用于在线校准的检测设备(如特种工频电压比例标 准装置)的绝缘水平要求越高，设备的体积越大，制造难度也增加，校准的操作难度也加 大。实现电压互感器在线校准的方法二，是将一台短时间离线(退出运行)的电压互感 器按试验室里检测电压互感器的方法进行检测，获取检测结果，然后将这台电压互感器投 入电网，并联在其它被检的电压互感器线路上，充当标准电压互感器使用，即所谓的参考 用电压互感器。首先，这台参考用电压互感器要获得自身的检测结果，如e(f+jS)，然后 通过计算的方法(如插值法)或其它方法获得其实际工作状态(在线)二次负荷下的误 差数据eN(fN+jSN)。用参考用电压互感器作为标准器在线检测被检互感器的测量数据 ￡m(fm+j Sm)，要扣除参考用电压互感器的误差数据h(fN+jSN)。被校电压互感器的误差 为ex(fx+j Sx)，即; e x (fx+j S x) = e m (fm+j S J - e N (fN+j S N) 由于方法二中的参考用电压互感器处于短时间离线，自身的误差特性相对稳定。 但是要考虑环境因素的影响，特别是电容式电压互感器受环境温度、高压引线及邻近效应、 电网电源谐波及波形等因素的影响要进行误差修正。此外，参考用电压互感器与被校电压 互感器之间属于同级检测，需要进行误差修正。误差修正值是采取插值方法或其它方法获 得的实际二次负荷状态下的误差值。 在配电网中，被校电压互感器全绝缘结构和半绝缘结构两种情况。对于全绝缘结 构被校电压互感器，其一次回路(或绕组)的两端(A端和B端)分别接在线路的两相之间， 特种工频电压比例标准装置也可采用全绝缘结构。被校全绝缘结构电压互感器，也可采用 两台半绝缘结构特种工频电压比例标准装置组合成测量系统进行误差特性测量，两台特种 工频电压比例标准装置的一次端分别与被校电压互感器的两个一次端线路相接，二次回路 串联构成同变比测量回路。 电网中用于电能计量的电压互感器普遍为0. 2级，特种工频电压比例标准装置的准确级应不低于O. 05级。 2.特种工频电压比例标准装置的基本要求 在电压等级不高于220kV的电网，特别是互感器应用巨大的配电网，将一次回路 绝缘水平不低于被校电压互感器的特种工频电压比例标准装置直接并联接入被校电压互 感器所在线路，采用差值法或绝对值法在线校准电压互感器。特种工频电压比例标准装置 可以电磁式标准电压互感器，也可以是电容式工频电压比例标准装置(或称之为电容式标 准电压互感器等)。由于要投入电网，特种工频电压比例标准装置除了作为标准器使用需要 有较高的准确度，通常要高于被校电压互感器两个等级，还要有特殊的绝缘性能，即一次回 路绝缘水平不得低于被校电压互感器的绝缘水平。特种工频电压比例标准装置的绝缘水平 取值对应与被校电压互感器国家标准要求或行业标准要求，以绝缘水平要求高者为准。例 如，10kV电压等级电网电压互感器在线校准用特种工频电压比例标准装置，主绝缘短时工 频耐受电压不低于42kV/lmin，雷电冲击耐受电压不低于75kV/士15，截波耐受电压不低于 86kV ;例如，用于110kV电压等级电网电压互感器在线校准的特种工频电压比例标准装置， 短时工频耐受电压不低于230kV/lmin，雷电冲击耐受电压不低于480kV/± 15，截波耐受电 压不低于550kV。此外，特种工频电压比例标准装置的二次回路与一次回路之间的绝缘性能 也有要求，通用要求是短时工频耐受电压3kV/lmin。 以往的常规工频电压比例标准装置没有这么高的绝缘性能要求，是因为常规工频 电压比例标准装置的使用条件决定的，220kV及以上电压等级工频电压比例标准装置通常 只需满足1. 3倍的额定工作电压耐受值即可，如额定工作电压为l 10/ kV的标准电压互感 器短时工频耐受电压要求为l. 3 X 110/ VI kV ，没有冲击电压耐受要求。
在配电网中，全绝缘结构的电压互感器数量较多，如变比为10kV/100V， 35kV/100V。这类电压互感器检测用的特种工频电压比例标准装置绝缘要求与上述要求不 同，如全绝缘结构特种工频电压比例标准装置(亦称之为特种电磁式标准电压互感器)，除 了一次绕组对二次绕组及地的绝缘要求，如10kV和35kV等级的短时工频耐受电压分别为 42kV和95kV，对一次回路两端(如A端和B端)之间也有要求，如10kV和35kV等级特种 电磁式标准电压互感器一次绕组之间的短时工频耐受电压分别为28kV和70kV。
3. 二次回路及互感器误差测量装置的要求 参考用电压互感器与被校电压互感器的二次回路应进行电气隔离，以防止两个二 次回路之间电位不一致产生的问题；测试回路原理上与常规的电压互感器相同，差值测量 回路优先，在保证测量不确定度满足测量结果要求时也可以采用绝对测量回路；二次回路 测量用的互感器误差测量装置具有快速测试及记忆功能，以减少特种工频电压比例标准装 置并联在电网上的时间，縮短在线校准时间；二次回路测量用的互感器误差测量装置应有 反相接线防护功能及判别功能，以防止接线错误导致互感器误差测量回路发生短路事故。
图1是本发明实施例方式一，将特种工频电压比例标准装置VT,直接投入电网，与 被校电压互感器VTp互感器误差测量装置HEG构成误差测量回路。这里特种工频电压比例 标准装置和被校电压互感器都是半绝缘结构，和F4是快速熔丝或快速短路保护开 关，Z工是被校电压互感器VTX 二次实际负荷，开关K为特种工频电压比例标准装置VTN临时 投入。Us表示线路系统。 图2是也本发明方式一，是全绝缘结构电压互感器的校验线路，特种工频电压比例标准装置VTN和被校电压互感器VTX结构上都是全绝缘结构。 图3是用两台半绝缘结构特种工频电压比例标准装置(VTN1校和VTN2)校验全绝缘 结构电压互感器VTx的线路图，两台半绝缘结构特种工频电压比例标准装置二次回路串联 后，形成的变比与被校电压互感器VTX相同。 图4是本发明方式二，离线校准一台电压互感器(VTX1)的示意图。将开关投合在 1#，按电压互感器常规检测方法检测误差即可。这里，调压器1\、变压器1~2、标准电压互感器 VT,和互感器误差测量装置HEG构成测量系统，Ze为校验时的模拟负荷。离线的电压互感 器完成误差特性检测后，就可作为参考用电压互感器去校验其它在线的电压互感器(VTX2、 VTX3)。 图5是本发明方式二中，实现在线校验电压互感器的示意图。这里，VTn是在短时 间离线获得误差测量数据的电压互感器，用于参考用电压互感器，检验另一台在线电压互 感器VT^这里，Z^Z2和Z3分别是三台在线电压互感器(VTX1、VTXJP VTX3)的实际负荷；开 关&和K2，短时间接触二次接线端子，即可形成电压互感器误差检测回路，获取误差读数； VTN为高准确级低功耗低压互感器。 图6是电容式电压互感器(CVT) 二次用低功耗、高准确度低压互感器VT,进行电 气隔离的示意图，CVT由电容Q和C2组成的耦合分压器、补偿电抗器L、中间变压器T等部 件构成，Z2和Z3为CVT 二次负荷。
1.实施例1 见图1 ，将特种工频电压比例标准装置直接投入电网，与被校电压互感器VTX (这里
是电磁式电压互感器)并联在线路上，与互感器误差测量装置构成检测回路。 这种接线方式适合于配电网半绝缘结构电压互感器的在线校验，适合于110kV、
220kV电压等级线路电压互感器在线校验，也可以用于更高电压等级(如500kV、750kV甚
至1000kV)线路上的电压互感器在线校验。不仅适用与电磁式电压互感器(包括110kV
500kV GIS用罐式电压互感器)，也可用于各种电压等级的电容式电压互感器。 被校电压互感器的电压等级不高于llOkV时，特种工频电压比例标准装置的类型
选择电磁式标准电压互感器。被校电压互感器的电压等级高于llOkV时，相比之下高电压
等级电容式标准电压互感器绝缘性能更好，特种工频电压比例标准装置的结构类型选择电
容式标准电压互感器为好。 图中HEG为互感器误差测量装置，应有快速检测功能和记忆功能，具有极性显示 与判别功能；巳、F2、 F3和F4为快速熔丝(快速熔断器)，也可用快速短路开关替代；Z是被 校电压互感器的实际负荷；US表示线路系统。 由于特种工频电压比例标准装置准确级通常高于被校电压互感器两级，可以直接 从HEG上获取被校电压互感器的误差测量数据，无需对标准器引入的误差进行修正处理。
2.实施例2 图2和图3中，被校电压互感器是全绝缘结构，图2中使用的特种工频电压比例标 准装置也是全绝缘结构，图3中则采用的是两台半绝缘结构特种工频电压比例标准装置。 全绝缘结构电压互感器主要用于35kV及以下电压等级配电网，包括10kV和20kV。除了特 种工频电压比例标准装置的结构不同，图2及图3的校验方法和图1没有差异。
配电网中全绝缘电压互感器的二次输出电压通常为IOOV，配电网中半绝缘绝缘电压互感器的二次输出电压通常为ioo/V^v。采用两台特种工频比例标准装置校验全绝缘 电压互感器，二次绕组回路串联后的输出电压合成为ioov。例如，被校电压互感器变比为
10kV/100V，两台半绝缘特种工频电压比例装置的变比为10/V^kV/100/V^V，当两个一次高
压端子分别接在全绝缘被校电压互感器的两个高压端子上时，二次回路串联后的输出电压
为X 100/ v，即ioov，与被校电压互感器变比相同。 3.实施例3 图4和图5描述了方式二，现将一台短时间离线电压互感器按照常规方法获取误 差特性，然后再投入线路，在校验其它电压互感器。常规方法中，可以使用普通的标准电压 互感器作为标准器，校验被校电压互感器。普通标准电压互感器的绝缘水平要求不高，通常 只要求1.3 1.5倍额定工作电压的短时工频耐受要求。常规校验过程中，可以采用调压 器、升压变压器组成的电源回路，对被校电压互感器和标准电压互感器缓慢施加电压。
常规检测方法中，被检电压互感器按照额定二次负荷和下限负荷设置，实验室中 的检测电压通常为额定工作电压的80%、100%和120%。现场检测时施加的上限电压，根 据被校电压互感器的电压等级不同，取额定工作电压的110%或105%。电压等级越高，现 场校验施加的上限电压越低。 由于参考用电压互感器校验时是在额定二次负荷和下限负荷获得的测量数据，而 投入电网时二次接入的是实际负荷，要进行换算才能作为实际误差数据使用。此外，在线校 准时的线路电压可能与额定工作电压有偏差，也需要进行误差数据的换算。
权利要求
一种电力系统用电压互感器误差特性在线校验方法，其特征在于(1)将参考用电压互感器直接接入运行的电网上，与被校电压互感器的一次处于并联状态进行在线校验；(2)二次测量回路，按差值电路原理或绝对值测量方法，将二次信号接入具有快速获取测量结果的互感器误差测量装置，进行误差测量；(3)参考用电压互感器是作为标准器来使用，有两种方式方式一是将绝缘水平大于或等于被校电压互感器绝缘水平的特种工频电压比例标准装置作为参考用电压互感器直接接入线路使用，方式二是将短时间内离线，即处于与带电电网电气隔离状态下获得误差检测结果的电压互感器作为参考用电压互感器使用，获得的测量数据扣除参考用电压互感器本身的误差值，即进行测量数据的误差修正处理；(4)特种工频电压比例标准装置是电磁式标准电压互感器或电容式工频电压比例标准器，基本条件是其绝缘水平大于或等于被校电压互感器绝缘水平。
2. 根据权利要求1所述的电力系统用电压互感器误差特性在线校验方法，其特征在 于用于配电网的特种工频电压比例标准装置装有快速熔断装置，以保证电网的安全。
3. 根据权利要求1所述的电力系统用电压互感器误差特性在线校验方法，其特征在 于采用方式一时，特种工频电压比例标准装置的二次回路与一次回路之间有电气隔离功 能。
4. 根据权利要求1所述的电力系统用电压互感器误差特性在线校验方法，其特征在 于采用方式二时，采取电磁感应方法或光电转换隔离方法进行电气隔离措施。
5. 根据权利要求1所述的电力系统用电压互感器误差特性在线校验方法，其特征在 于对于配电网中的全绝缘结构电压互感器其一次回路的两端，A端和B端分别接在A相 和B相或C相线路上，这种情况除了用全绝缘结构特种工频电压比例标准装置并联在被校 电压互感器两端进行误差性能检测外，还能用两只特种工频电压比例标准装置的高压端分 别并联在被校全绝缘结构电压互感器的两个高压端A端和B端，组成一个测量系统。
全文摘要
本发明涉及一种电力系统用电压互感器误差特性在线校验方法，其是在电网不停电的条件下，在线校验电网中处于带电运行状态下的电压五感器误差特性的方法，具体说是使用绝缘水平不低于被校电压互感器绝缘水平的特种工频电压比例标准装置作为标准器投入电网，在线校验运行中的电压互感器误差特性；或者将短时间内离线的电压互感器，按常规检测方法获得的误差检测数据后，投入电网后作为参考用电压互感器，在线校验其它同相的电压互感器，并进行必要的测量数据误差处理。本发明校验方法可以实现不停电状态下检测运行中的电压互感器误差特性，解决电网难以停电检测电压互感器的问题，也降低了电网运行、维护成本，提高电网运行可靠性。
文档编号G01R35/02GK101726715SQ20091027276
公开日2010年6月9日 申请日期2009年11月13日 优先权日2009年11月13日
发明者余春雨, 吴士普, 李璿, 毛安澜, 汪本进, 王晓琪, 王铃, 费烨, 陈心佳, 陈晓明 申请人:国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司