[發明專利]一種基于雙級電壓互感器疊加原理測量線路及其工作方法

在審

• 申請號: 201711406596.5
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN107861088A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 邵海明;王家福;張煌輝;林飛鵬;梁波;趙偉;李傳生
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01R35/02
• 分類號: G01R35/02
• 代理公司: 福州市鼓樓區京華專利事務所(普通合伙)35212
• 代理人: 宋連梅

技術領域

本發明涉及測量高準度標準電壓互感器電壓系數領域,具體是涉及一種基于雙級電壓互感器疊加原理測量線路及其工作方法。

背景技術

為了確保電能公平貿易，供用電關口的測量互感器需要定期計量檢定。因此，標準電壓互感器的量值準確對電能公平貿易、電力設備和線路損耗準確計量都有重要意義。如，大容量空心電抗器的功率因數典型值為 0.001～0.004，如果損耗測量誤差溯源要達到小于1％，電壓比例標準的準確度就需要高于0.001％。2014年，中國計量科學研究院研制了一套10kV 到0.0002級到0.001級、電壓系數(2-5)×10^-6的雙級標準電壓互感器(包括半絕緣和全絕緣)，并通過電壓互感器串聯加法和高壓標準電容器法評定了該互感器的電壓系數。(IEEE TIM,2015，64(6)：1381；中國發明專利號：ZL 2014 1 0483352.7)

電壓互感器的電壓系數測量方法是高壓比例溯源研究的重點。1954 年，德國學者Forger和Zinn首次提出了“互感器電壓串并聯加法”原理，即采用兩臺已知比率的電壓互感器串聯得到新比率的方法。1958年，Zinn 利用該方法，從100V開始，經12次相加在德國PTB建立了120kV電磁式工頻電壓比例標準，不確定度為1.2×10^-5。

1991年，國家高電壓計量站在“互感器串并聯加法”的基礎上進行改進，完成了“基于全絕緣電壓互感器的串聯加法線路的研究”(中國發明專利號：CN 90100301.8)，并建立了我國110kV工頻電壓比例標準裝置，比例不確定度達到1×10^-5(計量學報,1992,13(3):221)。

基于全絕緣電壓互感器的串聯加法線路研究中，三次測量時屏蔽電位的變化產生的屏蔽泄漏對誤差特性影響相對較大，而且隨著電壓等級的升高，影響會進一步加大。2009年國家高電壓計量站在研制1000kV串聯型電壓互感器的基礎上，提出了“半絕緣加法”(中國發明專利號 201110185680.9)，采用半絕緣加法，對工頻比例標準進行了測量，準確度達到0.002級，測量不確定度減小到5×10^-6(供用電，2013， 30(2)：71)。

2013年，廣東電網公司電力科學研究院提出了的“測量電壓互感器電壓系數的線路及方法”，概括為“單級互感器疊加原理測量法”(中國發明專利號201310154185.7)，描述了使用兩臺額定電壓比相同的屏蔽型接地電壓互感器和一臺隔離變壓器組成一個無源線性電路，利用線性電路激勵與響應的疊加性，通過組成該無源線性電路的電壓互感器的屏蔽誤差在疊加的過程中相互抵消，克服了電壓互感器屏蔽誤差對串聯加法線路的影響。然而，疊加原理僅適用于線性電路，受所用的單級電壓互感器的線性度限制，電壓系數的測量不確定度難以滿足更高準確度的互感器電壓系數測量需求。

如圖1、圖2、圖3所示，基于半絕緣單級電壓互感器的串聯加法測量被測互感器(T1)的電壓系數，主要包括以下三次比較測量，即：(1) 半絕緣互感器T2與被測互感器T1比較測量，得ε₁；(2)全絕緣互感器 T3被測互感器T1比較測量，得ε₂；(3)全絕緣互感器、半絕緣互感器串聯后與被測互感器T1比較測量得ε₃。設T1、T2、T3互感器在電壓U下的誤差分別為α(U)、β(U)、γ(U)；e_T2、e_T3為步驟(3)中上述互感器串聯加法時，，互感器T2與T3串聯狀態下，與T2、T3單獨使用時的不同狀態引入的誤差；ε₃為假設互感器T2與T3串聯使用與單獨使用相比，沒有e_T2、e_T3額外誤差引入情況下，與被測互感器T1比較測量得到的誤差，即則有：

ε₁＝α(U)-β(U)(1)

ε₂＝α(U)-γ(U)(2)

由式(1)、(2)和(3)可得：