李 浪,何 軍

(內(nèi)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣電子工程系,四川內(nèi)江,641000）

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影響電能質(zhì)量測(cè)量準(zhǔn)確度的主要因素分析

李 浪,何 軍

(內(nèi)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣電子工程系,四川內(nèi)江,641000）

摘要：文章首先介紹了電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的方式及監(jiān)測(cè)內(nèi)容，然后從電壓、電流互感器，電阻、電容分壓器，采樣方式等三個(gè)方面探討了其對(duì)電能質(zhì)量測(cè)量準(zhǔn)確度的影響。

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量測(cè)量；準(zhǔn)確度；電壓、電流互感器；分壓器；采樣方式

0　引言

隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷構(gòu)成發(fā)生的巨大變化，電能質(zhì)量問題的含義和內(nèi)容也在不斷豐富和深化。IEEE第22標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)委員會(huì)和其他國際學(xué)術(shù)委員會(huì)最新采用11種專用術(shù)語來表達(dá)電能質(zhì)量的主要擾動(dòng)，具體有：斷電、頻率偏差、電壓下跌、電壓上升、瞬時(shí)脈、電壓波動(dòng)于閃變、電壓切痕、諧波、諧間波、過電壓、欠電壓，這些電能質(zhì)量擾動(dòng)會(huì)影響供電可靠性，造成非計(jì)劃停電或設(shè)備損壞，使用戶遭受經(jīng)濟(jì)損失。

目前，處理電能質(zhì)量問題的重要手段是仿真計(jì)算與實(shí)際測(cè)量。由于許多隨機(jī)、不確定因素存在，仿真計(jì)算主要用于電網(wǎng)與用戶的規(guī)劃階段，當(dāng)電網(wǎng)投入運(yùn)行或者用戶接入系統(tǒng)公共連接點(diǎn)后，實(shí)際測(cè)量就成為了掌握電能質(zhì)量真實(shí)情況的最有效的辦法。本文主要分析了電壓、電流互感器，電阻、電容分壓器，采樣方式等對(duì)電能質(zhì)量測(cè)量準(zhǔn)確度的影響。

1　電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的方式及內(nèi)容

1.1連續(xù)監(jiān)測(cè)

連續(xù)監(jiān)測(cè)主要用于重要變電站的公共供電點(diǎn)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)的主要指標(biāo)有：供電頻率、電壓偏差、三相不平衡度、負(fù)序電流、電網(wǎng)諧波、有功功率、功率因數(shù)等。主要由安裝在變電站內(nèi)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀完成其監(jiān)測(cè)任務(wù)，當(dāng)電能質(zhì)量指標(biāo)超標(biāo)時(shí)，發(fā)出警報(bào)或控制指令。

1.2定時(shí)巡回檢測(cè)

定時(shí)巡回檢測(cè)主要適用于不需要連續(xù)檢測(cè)或不具備連續(xù)檢測(cè)條件而又需要掌握供電電能質(zhì)量的情況，一般檢測(cè)時(shí)間為一個(gè)月或一季度，檢測(cè)儀器主要為便攜式電能質(zhì)量分析儀或手持式諧波分析儀。

2　影響電能質(zhì)量測(cè)量準(zhǔn)確度的主要因素

2.1電壓、電流互感器

在目前的電能質(zhì)量測(cè)試中，電壓、電流互感器的電壓、電流信號(hào)四一個(gè)重要的問題，它們的特性直接影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度。以電力諧波儀為例，輸入電壓范圍為0～380V，輸入電流范圍為0～10A，因此，不能直接接入高壓信號(hào)，只有使用電壓電流互感器接入分析儀的輸入端，以解決電信號(hào)的電氣隔離問題。因此TA、TV能否不失真的將一次側(cè)的電信號(hào)傳到二次側(cè)就成為了測(cè)量結(jié)果是否真實(shí)的關(guān)鍵。所以對(duì)于諧波測(cè)量，首先就要要求互感器具有確定的頻率響應(yīng)，只要互感器具有理想恒定的變比和相位偏移，就可以得到穩(wěn)定的、可確定的響應(yīng)。根據(jù)電力系統(tǒng)諧波含量的測(cè)量要求，對(duì)于測(cè)量過程來說，互感器變換含有諧波分量的電壓和電流信號(hào)的特性是很重要的。

2.1.1電流互感器

電流互感器最普通的類型是鐵芯的環(huán)形繞組互感器。這類互感器的結(jié)構(gòu)決定了其一、二次側(cè)泄漏電感和一、二次側(cè)的電阻都很小。在正常運(yùn)行情況下，其一、二次側(cè)電流將很小，以至于鐵芯不能飽和，運(yùn)行將處于磁化特性的額定線性部分。電流互感器的頻率響應(yīng)實(shí)際上由互感器中存在的電容和電感的關(guān)系來確定，這個(gè)電容可以是匝間的、繞組間的或雜散電容，其電容效應(yīng)的等值電路可用與勵(lì)磁支路并聯(lián)的一個(gè)合適的電容來模擬。

試驗(yàn)表明，這個(gè)電容對(duì)高頻響應(yīng)有顯著的影響，但對(duì)低于50次諧波頻率的影響可以忽略不計(jì)，因?yàn)榈陀?0次諧波頻率的阻抗比勵(lì)磁支路的阻抗大很多。因此，在條件允許的情況下，建議測(cè)量電流互感器的二次側(cè)支路，并且用精密的鉗式電流互感器監(jiān)測(cè)二次側(cè)電流。

2.1.2電壓互感器

電壓互感器按工作原理分為電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器。

電磁式電壓互感器，試驗(yàn)表明，對(duì)大約11KV電壓運(yùn)行的互感器，能得到1KHz和可能2KHz或KHz的線性響應(yīng)，其精確度取決于與互感器一起使用的負(fù)載。對(duì)更高電壓等級(jí)的互感器，由于其內(nèi)部的電容和電感值隨絕緣要求和結(jié)構(gòu)的變化而變化，它在低頻率下易發(fā)生諧振，特定單元的精確響應(yīng)是其結(jié)構(gòu)的函數(shù)。

電容式電壓互感器是把一個(gè)電容分壓器與一個(gè)電磁式電壓互感器組合在一起從而能使電磁單元的絕緣要求降低，可以節(jié)省費(fèi)用。由電容分壓器提供的附加電容將影響電容式電壓互感器的頻率響應(yīng)。在國標(biāo)中明確規(guī)定，在沒有采取特殊措施的情況下，電容式電壓互感器不能用于諧波測(cè)量。

根據(jù)《電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備通用要求》（GB/T19862-2005），電壓和電流互感器的相對(duì)誤差（相對(duì)于被測(cè)量）應(yīng)不超過5%，由于TV、TA的誤差主要取決于變化的頻率特性，因此在測(cè)量的頻率范圍內(nèi)，變比的變化不應(yīng)超過5%，當(dāng)需要測(cè)量諧波功率方向時(shí)，TV、TA的諧波相角誤差不應(yīng)超過5%。

2.2高精度諧波測(cè)量中的電阻分壓器和電容式分壓器

2.2.1電阻式分壓器

電阻式分壓器對(duì)被測(cè)電壓直接進(jìn)行電阻分壓取得所需的信號(hào)電壓，當(dāng)輸出端測(cè)量儀器的輸入阻抗足夠大時(shí)，忽略其影響，其基波及諧波的電壓信號(hào)為：

對(duì)于諧波測(cè)量，其分壓比應(yīng)與頻率無關(guān)，保持為常數(shù)，因此，分壓電阻應(yīng)為無感電阻。另外對(duì)于高電壓的測(cè)量，R1往往由若干段電阻組成，各點(diǎn)對(duì)地的雜散電容也會(huì)隨電阻離地面的高度變化而變化，這樣也會(huì)影響高頻諧波的測(cè)量精度，為了減少這種影響，可以采取對(duì)地屏蔽的方法使得離散電容均勻分布。

2.2.2電容式分壓器

電容式分壓器可以用來測(cè)量高電壓中的諧波成分，當(dāng)輸出端測(cè)量儀器的輸入阻抗足夠大時(shí)，忽略其影響，其基波及諧波的電壓信號(hào)為：

由于諧波測(cè)量時(shí)分壓比是與頻率無關(guān)的參數(shù)，所以分壓器內(nèi)部的電感須相應(yīng)減少。通過在500KV電網(wǎng)諧波測(cè)試時(shí)對(duì)電容分壓器的有關(guān)研究分析，在500KV及200KV系統(tǒng)中，可利用電容分壓器的原理測(cè)量諧波電壓。具體做法是采用電流互感器的末屏電容C1，外接分壓電容C2抽取電壓。一般測(cè)量儀器與測(cè)點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，為便于信號(hào)傳輸，該抽取電壓較高（如100V)，至儀器處再采用電阻分壓或電容分壓進(jìn)行二次分壓，具體采用哪一種，需對(duì)包括測(cè)量儀器輸入阻抗在內(nèi)的整個(gè)分壓系統(tǒng)的分壓比和相角誤差的頻率特性進(jìn)行計(jì)算確定。

由于分壓器是直接接入高壓系統(tǒng)，所以為保證測(cè)量人員和儀器的安全，必須采用各種必要的安全隔離措施。

2.3采樣方式及其對(duì)測(cè)量算法的影響

電能質(zhì)量參數(shù)測(cè)量的基礎(chǔ)是采樣數(shù)據(jù)，不同的采樣方式對(duì)測(cè)量算法的選擇有很大的影響，采樣方式一般可采用異步采樣和同步采樣。

2.3.1異步采樣

2.3.2同步采樣

3　結(jié)語

隨著電網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展和用電質(zhì)量要求的不斷提高,電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、評(píng)估和治理以成為備受人們關(guān)注和亟待解決的問題。目前已有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電能質(zhì)量測(cè)量的準(zhǔn)確度做出了規(guī)定,但是如何評(píng)判測(cè)量過程是否達(dá)到這一準(zhǔn)確度要求問題的研究還比較少。還沒有一套完整的規(guī)范對(duì)電能質(zhì)量測(cè)量儀器進(jìn)行檢定。本文只簡要的從三個(gè)方面分析了影響電能質(zhì)量準(zhǔn)確度的因素。另外保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,還應(yīng)考慮環(huán)境條件、電磁兼容性、機(jī)械性能等影響因素。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電能質(zhì)量測(cè)量系統(tǒng)正逐步實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化，更先進(jìn)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如故障分析型、預(yù)見維護(hù)型也會(huì)成為對(duì)電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)不可缺少的一部分。人們必定能夠通過現(xiàn)先進(jìn)的技術(shù)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行精確的測(cè)試和評(píng)估,從而進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃和治理,達(dá)到電能質(zhì)量與電能的優(yōu)化利用。

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Analysis of the main factors affecting the accuracy of power quality measurement

Li Lang,He Jun
(Department of electrical and electronic engineering Neijiang Vocational and Technical College Neijiang Sichuan,641000)

Abstract：At first,the paper introduces the power quality monitoring methods and monitoring content,then from the voltage,current transformer,resistors,capacitors,divided voltage regulator,sampling mode three aspects of the electrical energy quality measurement accuracy of impact.

Keywords：power quality measurement;accuracy;voltage and current mutual inductor;voltage divider;sampling method

作者簡介

李浪，男（1981.11—），漢族，四川資陽，本科，講師，研究方向：電力系統(tǒng)輸配電

何軍，男(1967－)，漢族，四川資中，本科，講師，研究方向：電氣技術(shù)。