（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院 辽宁沈阳 110000）
摘要；波对电网的计量、品质测量和继电保护均有影响，而电子式互感器由于具有频带宽的优点，为电力系统中的谐波测量提供了解决方式。但国内尚无法进行电子式互感器谐波准确度试验。为此建立了电子式电压互感器谐波准确度试验系统，利用标准电容器组成了分压系统，测量不同频率下电容量，得出分压系统的实际分压比，设定了分压系统的标称分压比。研制出了连接分压系统与校验系统的电压跟随装置，以提高测量准确性，并通过自校准的方法测量了电压跟随器的误差。最终对由分压系统与电压跟随器组成的测量标准系统进行整体的误差分析，将量值溯源到现有标准体系，并对误差结果的不确定度进行了分析。
关键词：电子式电压互感器；谐波准确度；测量标准系统
引言
对于传统互感器来说，一般都达不到谐波计量级和品质测量级要求的性能，传统电压互感器的频率特性比电流互感器更差，而且某些互感器如电容式电压互感器，是以很窄的频带宽度调谐，甚至达不到保护和测量准确级的要求。而电子式互感器由于其频带宽的优点，可以对系统中的谐波进行测量，电子式互感器标准GB/T20840.8—2007和IEC60044-8：2002对电子式互感器谐波测量的准确度提出了要求。但现阶段尚无用于互感器谐波准确度试验的系统，电子式电压互感器（EVT）谐波准确度试验尚未开展。
1谐波准确度试验系统的建立
一般来说，准确度试验系统由两部分组成，即测量标准系统和误差校验系统。校验系统技术相对成熟，而对于测量标准系统，现阶段国内无成熟产品，也没有高压谐波基准或标准可供测量标准系统进行溯源，所以本文测量系统建立的难点在于测量标准系统的建立和溯源。而现阶段的工频标准电磁式电压互感器的检定仅仅是在50Hz的频率下开展的，且传统式的电磁式电压互感器误差受频率影响较大，无法作为谐波误差测量标准使用，本文需要的测量标准系统的误差需在单次谐波到多次谐波的频率下均满足计量检定规程的要求，才能对电子式电压互感器的谐波准确度进行测量。根据标准GB/T20840.8—2007附录C中的C.4对谐波准确度要求的规定，用于功率计量时的准确度要求则根据计量检定规程的要求，对谐波误差测量标准系统的误差要求。
2测量标准系统的溯源与误差分析
2.1试验条件
为保证测量结果的准确性，本文中所进行的测量都是在以下气候条件下开展的：1）室内温度为（20±2）℃，每小时温度变化≤1℃。2）被测仪器在室内的平衡温度时间≤4h。3）相对湿度为45%~80%。在测量标准系统的误差分析中，分压系统的误差是基于系统所设定的标称分压比与实际分压比之间的差别产生的，可根据实际测量得出的实际分压比和标称分压比之间的差值得出；而跟随器部分因为输入输出口电压都比较低，可以同时接入校验系统，利用自校准的方式，测量跟随器部分的误差，从而确定测量标准系统的整体误差。
2.2系统溯源分析
由于现有的高压谐波标准体系不健全，无法进行高电压的谐波测量标准的溯源，也无法对本文研制的测量标准系统进行整体检定，所以本测量标准系统无法进行直接的溯源，所以我们只能利用部分来进行分别，将分压系统和跟随器之间的差距起因归结到标准系统，因此保证了整个过程的有效性误差。这个方法只能运用到标准的测量系统中。
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2.3分压系统误差分析
测量标准系统中的分压系统是由2台标准电容器组成的，利用高精度LCR电桥测量标准电容器在不同频率下的电容量，从而确定电容分压系统的分压比，其中Cn1为高压标准电容器的电容值，Cn2为低压标准电容器的电容值。对于标准电容器来说，其介质损耗因素可以忽略不计，分压系统仅仅引入了系统的比值差。其量值传递的准确度不一定适用于建立更高一级的标准或基准。
2.4测量标准系统整体误差分析
本文谐波误差测量标准系统是属于分压系统与电压跟随器组成，在测量标准系统组建的过程中，系统中的引线尽可能短且使用双层屏蔽，以减少空间电磁干扰的影响，使得系统中引线引入的误差可以忽略不计，则此时标准系统整体误差最大值应由这分压系统和跟随器两部分的误差的绝对值叠加而成。
2.5电压跟随器误差分析
设计电压跟随器，特点是输入阻抗高，输出阻抗低，其作用是保证采集卡所采集到信号的精度，其设计工作电压为 0~200 V，在频率为 100~650 Hz需要满足系统整体的误差限值要求。从分压系统输出电压折算到一次电压，电压跟随器最高可以满足在 106 kV 下测量的需要。电压跟随器使用独立直流电源供电，减少实验系统对电压跟随器的影响。由于跟随器输入输出的电压较低，可以直接接入校验系统，所以对于跟随器准确度的测量采取的是自校准的方式，在不同频率的谐波电压下，测量跟随器输入输出之间的误差，跟随器自校准数据。在进行自校准时发现，同一频率下，自校准误差数据稳定，不随电压的变化而变化，所以，在 2~13次谐波频率下，选择 60 V 电压下测量电压跟随器的误差。
3电子式电压互感器谐波误差测量
利用建立的谐波准确度试验系统，对110kV电压等级有源电子式电压互感器和无源电子式电压互感器谐波特性进行测量，所使用的谐波电压源系统额定参数为：额定容量80kVA，最高电压80kV，电压频率范围为50~1200Hz，输出波形为正弦波，电压波形畸变率<2.0％，频率调节灵敏度0.02Hz，频率不稳定度≤0.05％，可满足测试需要。在30kV下测量电子式电压互感器的误差，由以上可以看出：有源电子式电压互感器的比差随频率变化影响较小，但角差随频率变化影响较大；无源电子式电压互感器的角差随频率变化影响较小。分析原因，有源电子式电压互感器为高压电容分压的方式，其电容分压器由膜纸结构的电容器芯子串联而成，在外施高压频率发生变化时，其对电容分压的结果影响不大，但是对芯子的介质损耗和芯子间焊接线的电感影响较大，从而导致了有源电子式电压互感器的角差随频率的变化较大而比差的变化较小。而对于无源电子式电压互感器来说，其高压侧为光学晶体，受频率影响不大，而随着频率的变化而产生变化的大部分为采集单元的电子元器件，从而导致了无源电子式电压互感器的比差和角差的变化。由分析可知，以上测量的初步结果符合产品的结构特点。
结语
在频率100-650Hz下，所建立的电子式电压互感器谐波准确度试验系统中的标准系统虽然无法整体溯源，但是其组成部分能够分别溯源至现有的标准体系，从而完成标准系统的量值溯源，完成所对应的不同最高标准的量值传递。通过对试验系统中的测量标准系统进行误差测量和不确定度分析，得出结论，标准系统能够满足标准GB/T20840.8—2007和IEC60044-8：2002的要求，对电子式电压互感器的谐波误差进行测量。
参考文献：
[1]互感器第8部分：电子式电流互感器：GB/T20840.8—2007[S]，2007.
[3]互感器第7部分：电子式电压互感器：GB/T20840.7—2007[S]，2007.
[4]胡蓓，叶国雄，肖浩，等.全光纤电流互感器关键状态量及其监控方法[J].高电压技术，2016，42（12）：4026-4032.
论文作者:孙一宁,崔广泉,焦通,李昊,杨默涵
论文发表刊物:《河南电力》2018年4期
论文发表时间:2018/8/16
标签：测量论文; 系统论文; 谐波论文; 电压互感器论文; 误差论文; 标准论文; 电压论文; 《河南电力》2018年4期论文;