孙连杰 王其琪
大连第一互感器有限责任公司 辽宁省大连市 116200
摘要：随着电力电子装置、大功率非线性负载的广泛应用，电网电能质量问题越来越突出。为了最大限度消除和杜绝电能质量问题，当前主要采取两种方法：一种是在电力体系计划之初，充分考虑电网运行方式及负载布局后，增加补偿装置来保证系统的电能质量；一种是对设计建设完成后在用的供电系统，通过检测仪器进行定期、不定期实际测量，根据实际测量结果提出有针对性的治理措施。由于大多数供电系统的运行方式和负载结构是随着生产需要和技术进步动态变化的，系统的电能质量指标也是动态变化的，所以采取第二种方式是及时掌握供电系统电能质量问题、保证电能质量持续改进的有效方式。
关键词：中高压电网；电能质量测量；互感器特性
引言
目前，对于中、高压系统均是通过采集电压互感器、电流互感器二次侧信号进行电能质量测量。每种互感器的工作特性、组成结构不同，适用范围不同，对测量结果的影响也不同。但在目前的测量应用中，测量人员存在对这些互感器的工作特性、应用范围、对测量准确度的影响、如何采取措施不了解的现象，往往忽略这些互感器之间的差异，导致测量数据偏差较大、可信度不高。所以有必要结合不同类型互感器的工作特性，对互感器适用的电能质量参数测量、测量中存在的问题及其解决方法进行分析。
1谐波测量的准确度要求
互感器作为电网高电压和大电流的传感设备，其谐波测量特性直接影响电网谐波测量结果的准确性。目前，标准对传统互感器的谐波准确度均未作明确规定。国标GB/T14549—1993中规定：在测量频率范围内，仪用互感器、电容分压器等谐波传感设备应具有良好的频率特性，其引入的幅值误差不应大于5%，相角误差不大于5°。按此要求提出具有谐波测量功能的CVT的谐波准确度要求如下：谐波测量范围为2~50次；谐波比值差为±5%；谐波相位误差为±5°。
2电磁式电压互感器的宽频建模
PT的基本结构与变压器相同，在工频条件下，PT内部电磁线圈的磁耦合起主要作用，绕组间的杂散电容以及对地杂散电容很小，因此可以忽略它们的影响，但是当线路电压信号包含的谐波频率很高时，PT绕组和磁心、外壳之间的电容效应已不可再忽略。为此，需要建立PT的高频等效模型。从理论上说，由于PT内部绝缘介质的介电常数会随频率的变化而发生变化，导致其内部寄生电容具有频变特性，但是目前研究表明，PT内部绝缘介质的介电常数在几十赫兹以后频变特性并不明显，因此本文忽略PT内部电容的频变效应影响，认为电容不随频率变化。在工频等效电路的基础上，增加层间电容描述各个绕组之间的电容效应，建立起高频等效模型如图1所示。
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图中，Rp、Lp、Rs、Ls分别为一二次绕组的漏阻抗，Rm、Lm为PT内部励磁阻抗，Cpo、Cso、Cpso分别为一二次绕组自身对地杂散电容以及两绕组间的杂散电容，n为PT的电磁线圈匝数比。为了推导PT高频下的传递函数，将二次侧参数归算到一次侧，得到PT的三电容宽频等效电路如图2所示。
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3电子式互感器
电子式电压互感器通过从原理上对各类典型电子式电压互感器分析可知，电子式电压互感器的测量原理是其采用电阻或电容分压器（与/或光学装置）含有的电子器件，用于被测信号的传输放大。与传统电压互感器相比，电子式互感器具有更好的谐波传变特性，可具有高达数千赫兹的良好的频率响应，可用于高次谐波的测量。电子式电流互感器电子式电流互感器按照工作原理可分为：铁芯线圈式低功率电流互感器（LCPT）、霍尔效应电流传感型、空心线圈型（Rogowski线圈）、光学型4种。其中光学型是基于Faraday磁光效应原理制成的，传感部分为磁光玻璃或全光纤。该种互感器性能能达到电能质量评估级要求，而其他所有传统的电压互感器、电流互感器都达不到电能质量评估级要求的性能。标准IEC60044-8Instrumenttransformers-Part8：Electroniccumenttransformers中D4.1.4条规定了电子式互感器的谐波不确定度，适用于电子式电流互感器及电子式电压互感器。用于电能质量评估，电子式互感器的各次谐波幅值的相对误差（相对于被测值）应不超过5%，相位角误差不超过5°。具体要求值如表1所示。
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4低压母线电压互感器的配置方案
500千伏变电站的低压侧接线方式设计中，根据总断路器是否设置，母线电压互感器的配置亦根据实际情况常有不同的配置方案。一是不设置总断路器时母线电压互感器的配置。如果低压侧不设置总断路器，由于主变出口汇流母线与无功母线为一体，母线电压互感器可接于任一段母线或与站用电间隔结合，该接线方式将母线电压互感器与站用电设备共用1个间隔，节约了1组隔离开关设备节省了1个35千伏间隔的占地，对于35千伏场地紧张的变电站，具有布置灵活的优点。二是设置总断路器时母线电压互感器的配置。设置总断路器后，母线电压互感器可以考虑设置在主变侧（总断路器之前）或无功母线侧（总断路器之后）。正常工况下，总断路器合闸时，主变侧或无功母线侧是同一个电压，母线电压互感器不论设置在哪个位置，其功能均可以实现，没有本质差异。当由于计划检修或故障跳闸导致总断路器断开时，母线电压互感器布置在主变侧或无功母线侧，其功能略有差异。主变侧设置母线电压互感器。在主变出口处设置母线电压互感器是早期500千伏变电站较常用的配置，目前国网典设仅500-A3-1方案采用该配置。主变侧设置母线电压互感器，当总断路器断开时，母线电压互感器仍可反映主变低压侧电压，主变保护可以正常工作，主变可以继续运行。缺点是无法监视低压35千伏无功母线电压的情况，总断路器断开后，不利于调度判断总断路器是否可靠开断。无功母线侧设置母线电压互感器。目前大部分变电站均将母线电压互感器布置在无功母线侧，该方案的优点是总断路器断开后，母线电压互感器反映出的无功母线电压为零，有助于运行人员判断总断路器的可靠开断。尤其对于总断路器采用GIS设备的变电站，由于总断路间隔设备无肉眼可见的明显断开点，仅凭开关的位置信号理论上存在误判的可能，此时通过母线电压互感器二次电压可以提高判断的可靠性。
结束语
目前虽然已有相关标准对电能质量测量的准确度做出了规定，但是对测量中如何选择互感器，以及互感器对测量结果的影响等问题并未明确规定，导致电能质量测量时忽略电网系统所用传感器特性，直接测量读取错误或得到不准确数值。随着大容量、高压、超高压输电线路的不断建设，除了上述的互感器外，还有很多新型多功能互感器出现，其工作特性及应用范围也不一样，因此在电能质量测量时要充分考虑互感器的工作特性，评估互感器对测量参数的影响，制订合理的测量方案，采取必要的措施来保证测量结果的准确性、可信度。
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