1、概述
電壓互感器在電磁原理上相當(dāng)于空載運(yùn)行的變壓器。電壓互感器的額外變比為：
kr=Upr/Usr
式中Upr—額外一次電壓，V
Usr—額外二次電壓，V
這是電壓互感器的抱負(fù)狀況，但實(shí)踐電壓互感器有電流通過(guò)，它們?cè)谝弧⒍卫@組中產(chǎn)生阻抗壓降，使得一、二次電壓之比偏離變比，一起一、二次電壓在相位上也有差異，這些差異便是電壓互感器的差錯(cuò)，其中數(shù)值上的差異稱作電壓差錯(cuò)或比值差，相位上的差異稱作相位差。
國(guó)家規(guī)范對(duì)電壓互感器的差錯(cuò)有限值規(guī)定，如果電壓互感器差錯(cuò)超越規(guī)定的限值，便需要調(diào)整它們到限值以內(nèi)，即進(jìn)行差錯(cuò)補(bǔ)償。
電壓互感器的相位差通常較小，無(wú)需處理，而電壓差錯(cuò)較大，往往超越限值。本文僅涉及差錯(cuò)的補(bǔ)償話題。
依照GB20840.3-2012中定義電壓互感器的電壓差錯(cuò)即比值差
ε定義為：
ε=（kr·Us-Up）/Up×100，%
式中Up—實(shí)踐一次電壓V
Us—施加Up時(shí)的實(shí)踐二次電壓V
多數(shù)情況下，電壓互感器的電壓差錯(cuò)為負(fù)值，即實(shí)踐二次電壓低于相應(yīng)的一次電壓除以變比，設(shè)法增大二次電壓便可使差錯(cuò)向正方向改變。常用方法是調(diào)整匝數(shù)，常稱匝數(shù)補(bǔ)償。在既定的電壓下，削減一次匝數(shù)將提高每匝電勢(shì)，或者增加二次匝數(shù)，皆可增大二次電壓，縮小電壓差錯(cuò)負(fù)值。
電壓互感器并聯(lián)在高壓電網(wǎng)上，一次電壓為體系額外電壓，一次繞組匝數(shù)一般規(guī)劃在幾萬(wàn)匝，關(guān)于0.2級(jí)電壓互感器，一次繞組補(bǔ)償匝數(shù)能夠到達(dá)幾百匝，所以一次補(bǔ)償稱為整數(shù)匝補(bǔ)償。由于電壓互感器二次電壓很低（如57.7V或100V），二次繞組只要幾十匝，即便調(diào)整一匝所引起的電壓改變百分?jǐn)?shù)就可能超越差錯(cuò)限值，所以，二次不能選用整數(shù)匝補(bǔ)償，需通過(guò)輔佐電壓互感器將單匝電勢(shì)進(jìn)行細(xì)分，得到若干分之幾匝的電勢(shì)，相當(dāng)于選用了分?jǐn)?shù)匝，也可稱為分?jǐn)?shù)匝補(bǔ)償。
下面本文就電壓互感器差錯(cuò)補(bǔ)償方法及差錯(cuò)調(diào)理用輔佐電壓互感器的規(guī)劃以及接線進(jìn)行論說(shuō)。
2、電壓互感器差錯(cuò)補(bǔ)償?shù)膸追N方法
電壓差錯(cuò)補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ泻芏啵３＿\(yùn)用的有以下幾種。
2.1整數(shù)匝補(bǔ)償
如前所述，這是調(diào)整一次繞組匝數(shù)的方法，通常是削減一次匝數(shù)，獲得正值的差錯(cuò)補(bǔ)償，又稱減匝補(bǔ)償，其補(bǔ)償原理如下。
若減匝前的每匝電勢(shì)為：
ezr=Upr/Npr
那么，減匝后的每匝電勢(shì)將是：
ez=Upr/Np
式中Upr——額外一次電壓，V
Npr——額外一次匝數(shù)
Np——減匝后的實(shí)踐一次匝數(shù)
明顯，每匝電勢(shì)增加的百分?jǐn)?shù)便是二次電壓增加的百分?jǐn)?shù)，則電壓差錯(cuò)補(bǔ)償值為：
εb=（εz-εzr）/εzr=（Npr-Np）/Np
εb=Nb/Np×100，%
式中，Nb稱為補(bǔ)償匝數(shù)。由于Nb一般很小，而實(shí)踐一次匝數(shù)與額外一次匝數(shù)的差別也很小，因此差錯(cuò)補(bǔ)償值通常用下式核算：
εb=Nb/Npr×100，%（1）
2.2輔佐電壓互感器補(bǔ)償
輔佐電壓互感器補(bǔ)償用于調(diào)整二次匝數(shù)，即相當(dāng)于分?jǐn)?shù)匝的補(bǔ)償。依據(jù)輔佐電壓互感器受電方法不同（即主電壓互感器二次繞組為輔佐電壓互感器供電的方法不同），可
以有以下幾種補(bǔ)償方法。
2.2.1電壓互感器串聯(lián)補(bǔ)償方法
由主電壓互感器低壓側(cè)只要一匝的輔佐繞組給輔佐電壓互感器供電，接線原理圖如圖1所示，將這種補(bǔ)償方法稱作串聯(lián)補(bǔ)償。
圖1的兩種計(jì)劃中，輔佐電壓互感器的二次繞組Nf2與主電壓互感器二次繞組串聯(lián)，這樣就在主電壓互感器的二次回路中疊加了一個(gè)電勢(shì)，從而對(duì)差錯(cuò)起到補(bǔ)償效果。改變圖1（a）中的Nf2/Nf1或者圖1（b）中的Nf1就能夠調(diào)整補(bǔ)償值，改變Nf2的極性則變補(bǔ)償值的符號(hào)，起到正或負(fù)的補(bǔ)償。
（a）的計(jì)劃，輔佐電壓互感器繞制Nf2的導(dǎo)線截面應(yīng)參照3.3節(jié)，依據(jù)突發(fā)短路電流進(jìn)行選取；而圖1（b）中輔佐電壓互感器的二次繞組Nf2只要1匝或幾匝，只要將主電壓互感器的二次引出線穿過(guò)輔佐電壓互感器的鐵心窗口即可，圖1（b）是常常選用的計(jì)劃。
以圖1（b）為例，輔佐電壓互感器的一次繞組匝數(shù)為Nf1，由主電壓互感器低壓側(cè)只要一匝的附加繞組供電，其每匝電勢(shì)為efz=ezr/Nf1，其中ezr=Usr/Nsr。
輔佐電壓互感器二次也只要一匝，它與主電壓互感器的二次繞組串聯(lián)，因此主電壓互感器二次電壓得到補(bǔ)償電壓ub。
ub=ezr/Nf1，V
因此差錯(cuò)補(bǔ)償值為：
εb=ub/Usr=ub/（ezr·Nsr）
εb=1/（Nsr·Nf1）×100，%（2）
式中Usr——主電壓互感器額外二次電壓，V
Nsr——主電壓互感器額外二次匝數(shù)
Nf1——輔佐電壓互感器一次繞組匝數(shù)
補(bǔ)償匝數(shù)為主電壓互感器二次繞組單匝的1/Nf1。
2.2.2電壓互感器并聯(lián)補(bǔ)償方法
由主電壓互感器的整個(gè)二次繞組給輔佐電壓互感器供電，輔佐電壓互感器相似主電壓互感器的負(fù)荷并聯(lián)在主電壓互感器的二次側(cè)，接線方法如圖2所示，將這種補(bǔ)償方法稱作并聯(lián)補(bǔ)償。
從圖2可知，輔佐電壓互感器的每匝電勢(shì)為：efz=Usr/Nf1
輔佐電壓互感器二次繞組Nf2中的電勢(shì)便是對(duì)主電壓互感器二次電壓的補(bǔ)償值，所以該補(bǔ)償方法對(duì)電壓差錯(cuò)的補(bǔ)償值為：
εb=（ef·zNf2）/Usr
εb=Nf2/Nf1×100，%（3）
式中，Nf1和Nf2別離為輔佐電壓互感器一、二次繞組的匝數(shù)。
實(shí)踐補(bǔ)償電壓為主電壓互感器二次電壓的Nf2/Nf1，所以補(bǔ)償匝數(shù)為主電壓互感器二次繞組匝數(shù)的Nf2/Nf1，效果也是分?jǐn)?shù)匝補(bǔ)償。
2.2.3輔佐電壓互感器并聯(lián)補(bǔ)償接線方法
關(guān)于無(wú)中心抽頭的電壓互感器二次繞組，輔佐電壓互感器并聯(lián)補(bǔ)償?shù)慕泳€方法如圖2所示。關(guān)于頻率為60Hz的國(guó)家，其電壓互感器的要求通常是二次繞組帶抽頭，關(guān)于同一繞組其二次電壓有115V和115/√3V（或66.4V）兩個(gè)電壓，關(guān)于這種電壓互感器，當(dāng)抽頭和滿匝精確級(jí)要求相一起，由于規(guī)劃時(shí)繞組的匝數(shù)有必要為整數(shù)，滿匝和抽頭的匝數(shù)比滿足不了√3的倍數(shù)聯(lián)系，因此形成抽頭和滿匝的差錯(cuò)差異較大，該差異自身有時(shí)就已超越差錯(cuò)限值，這種情況下有必要首要運(yùn)用輔佐電壓互感器獨(dú)自對(duì)抽頭或滿匝進(jìn)行分?jǐn)?shù)匝補(bǔ)償，使抽頭和滿匝的差錯(cuò)值挨近，然后再?gòu)囊淮蝹?cè)用整數(shù)匝補(bǔ)償方法將抽頭和滿匝的差錯(cuò)一起調(diào)理到差錯(cuò)限值以內(nèi)。這種差錯(cuò)調(diào)理的接線方法如圖3所示。
圖3（a）、（b）、（c）是將輔佐電壓互感器接在主電壓互感器的二次抽頭端子X2-X3之間，圖3（d）、（e）和（f）是將輔佐電壓互感器接在主電壓互感器的滿匝端子X1-X3之間圖3（c）、（e）的接線用于調(diào)接線可一起調(diào)整滿匝和抽頭的差錯(cuò)，當(dāng)Nf21=Nf22時(shí)可用X3引線進(jìn)行補(bǔ)償而不用一起運(yùn)用X1和X2兩根引線補(bǔ)償（這兩種情況不常用，一般情況下能夠從一次側(cè)用整數(shù)匝補(bǔ)償來(lái)實(shí)現(xiàn)）。如果用N13和N23別離代表主電壓互感器二次繞組滿匝和抽頭的匝數(shù)，那么，依照2.2.2節(jié)的剖析，圖3各接線方法下，差錯(cuò)補(bǔ)償值可如下核算。
圖3（a）、（d）接線方法別離是抽頭供電補(bǔ)償抽頭及滿匝供電補(bǔ)償滿匝，按式（3）核算。
圖3（b）接線方法是抽頭供電補(bǔ)償滿匝，核算方法為：
εb=Nf2/Nf1·N23/N13×100，%（4）
圖3（e）接線方法是滿匝供電補(bǔ)償抽頭，核算方法為：
εb=Nf2/Nf1·N13/N23×100，%（5）
圖3（c）接線方法，滿匝和抽頭的差錯(cuò)補(bǔ)償值可別離按式（4）和式（3）核算。
圖3（f）接線方法，滿匝和抽頭的差錯(cuò)補(bǔ)償值可別離按式（3）和式（5）核算。
3、并聯(lián)補(bǔ)償輔佐電壓互感器的規(guī)劃
并聯(lián)補(bǔ)償輔佐電壓互感器（按圖2）一般規(guī)劃成將Nf1均勻繞在環(huán)形鐵心上，這樣漏抗很小，可近似地以為輔佐電壓互感器回路為純電阻電路，對(duì)主電壓互感器的相位差的影響能夠疏忽。輔佐電壓互感器的電源電壓便是主電壓互感器的二次電壓，應(yīng)依據(jù)主電壓互感器的二次電壓和額外電壓因數(shù)確認(rèn)輔佐電壓互感器的鐵心截面積，依據(jù)差錯(cuò)補(bǔ)償值的要求確認(rèn)輔佐電壓互感器的一次匝數(shù)，依據(jù)輔佐電壓互感器一次繞組中可能呈現(xiàn)的電流選擇輔佐電壓互感器一次繞組導(dǎo)線，具體步驟如下。
3.1一次繞組匝數(shù)確認(rèn)
依據(jù)0.2級(jí)的差錯(cuò)限值，可選定補(bǔ)償電壓互感器電壓差錯(cuò)的補(bǔ)償規(guī)模為±（0.05%~0.1%），依據(jù)式（3）取Nf2=1，可開(kāi)始確認(rèn)輔佐電壓互感器一次繞組匝數(shù)Nf1為1000匝~2000匝。
3.2鐵心截面積確認(rèn)
依據(jù)初選的Nf1、主電壓互感器二次繞組額外電壓Usr、額外電壓因數(shù)k以及產(chǎn)品運(yùn)行頻率f依據(jù)式（6）確認(rèn)鐵心截面Sf。
Sf=kUsr/（4.44fBNf1）×104（6）
式中k——額外電壓因數(shù)
Usr——額外二次電壓，V
f——額外頻率，Hz
B——額外電壓因數(shù)下鐵心中磁密，T
Nf1——輔佐電壓互感器最少一次匝數(shù)
鐵心截面的選取除應(yīng)考慮正常作業(yè)條件下鐵心功能的線性度外，還應(yīng)保證在額外電壓因數(shù)倍的額外電壓下鐵心不飽和，一般使B≤1.6T。
3.3一次繞組導(dǎo)線直徑確認(rèn)
依據(jù)被補(bǔ)償主電壓互感器二次繞組的電流，該電流也是輔佐電壓互感器二次繞組中流過(guò)的電流，依照輔佐電壓互感器一、二次安匝平衡聯(lián)系可確認(rèn)一次繞組中電流，即：
If1=If2·Nf2/Nf1（7）
式中If1——輔佐電壓互感器一次繞組中電流，A
Nf1——輔佐電壓互感器一次繞組匝數(shù)
If2——輔佐電壓互感器二次繞組中電流，即主電壓互感器二次繞組中電流，A
Nf2——輔佐電壓互感器二次繞組匝數(shù)，即實(shí)踐補(bǔ)償匝數(shù)
對(duì)輔佐電壓互感器的導(dǎo)線，除應(yīng)考慮正常狀況和額外電壓因數(shù)倍的溫升外，還要考慮突發(fā)短路實(shí)驗(yàn)時(shí)的發(fā)熱不超越限值。由于電壓互感器的短路阻抗很小，短路電流可達(dá)額外電流的數(shù)百倍，故應(yīng)首要依照短路電流來(lái)選取導(dǎo)線，然后再核算額外電流密度，當(dāng)已知短路電流和最大允許短路電流密度時(shí)，導(dǎo)線直徑可按下式確認(rèn)。
d=√4IkNf2（πNf1δk）（8）
式中Ik—主電壓互感器二次短路電流，A
δk—最大允許短路電流密度，A/mm2，依照規(guī)范，關(guān)于銅導(dǎo)線，δk可取160A/mm2。
4、輔佐電壓互感器運(yùn)用中的留意事項(xiàng)
從上述輔佐電壓互感器的規(guī)劃中能夠知道，輔佐電壓互感器一次側(cè)繞組中的電流由主電壓互感器二次繞組電流和輔佐電壓互感器二次匝數(shù)（即實(shí)踐補(bǔ)償匝數(shù)）與一次匝數(shù)之比決定，關(guān)于給定的產(chǎn)品和選定的輔佐電壓互感器，依照式（7），增加補(bǔ)償匝數(shù)將增大輔佐電壓互感器一次電流，輔佐電壓互感器一次繞組已選定的導(dǎo)線截面將約束補(bǔ)償匝數(shù)增多。
關(guān)于電壓互感器在正常作業(yè)條件下應(yīng)滿足的溫升要求，一般參照各繞組導(dǎo)線核算額外電流密度，依據(jù)經(jīng)歷，銅導(dǎo)線在長(zhǎng)期運(yùn)行下的電流密度不宜超越2A/mm2。
關(guān)于圖3（c）、（f）的接線方法，輔佐電壓互感器一次繞組中的電流應(yīng)是依照主電壓互感器抽頭和滿匝兩個(gè)電流別離折算到輔佐電壓互感器一次繞組中電流的疊加，這種方法下應(yīng)留意抽頭和滿匝補(bǔ)償匝數(shù)之和受輔佐電壓互感器一次繞組導(dǎo)線截面的約束。
5、實(shí)踐測(cè)驗(yàn)與理論剖析成果比較
為了驗(yàn)證剖析，借助于實(shí)踐產(chǎn)品的差錯(cuò)調(diào)理進(jìn)程進(jìn)行下列暫時(shí)測(cè)驗(yàn)，未考慮精確級(jí)差錯(cuò)限值的要求。產(chǎn)品及輔佐電壓互感器的基本參數(shù)如表1所示。
5.1輔佐電壓互感器接在抽頭
選用圖3（c）接線（Nf21=Nf22=4），用X3端子引線穿過(guò)輔佐電壓互感器窗口正補(bǔ)償4匝，補(bǔ)償前后差錯(cuò)成果如表2所示。
關(guān)于抽頭而言，差錯(cuò)補(bǔ)償值按式（3）核算，補(bǔ)償值為0.33%，關(guān)于滿匝而言，補(bǔ)償值按式（4）核算，補(bǔ)償值為0.19%，可見(jiàn)，核算成果與表2中差錯(cuò)改變量挨近。
5.2輔佐電壓互感器接在滿匝
選用圖3（f）接線（Nf21=Nf22=5），用X3端子引線穿過(guò)輔佐電壓互感器窗口負(fù)補(bǔ)償5匝，補(bǔ)償前后差錯(cuò)成果如表3所示。
關(guān)于滿匝而言，差錯(cuò)補(bǔ)償值按式（3）核算，補(bǔ)償值為-0.416%，關(guān)于抽頭而言，補(bǔ)償值按式（5）核算，補(bǔ)償值為-0.72%，可見(jiàn)，核算成果與表3差錯(cuò)改變量符合。
在表2和表3的實(shí)測(cè)成果中，補(bǔ)償前后相位差改變不大，表明本文中筆者引薦的輔佐電壓互感器規(guī)劃結(jié)構(gòu)漏抗小，對(duì)相位差的影響能夠疏忽不計(jì)，與剖析成果共同。
6、結(jié)論
測(cè)驗(yàn)成果表明，上面介紹的輔佐電壓互感器規(guī)劃能夠直接應(yīng)用到產(chǎn)品規(guī)劃中，給出的差錯(cuò)補(bǔ)償核算公式還可直接輔導(dǎo)產(chǎn)品生產(chǎn)中的差錯(cuò)調(diào)理。
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