多路電壓互感器二次壓降及負(fù)荷在線監(jiān)測(cè)方法

利用該方法可以對(duì)多路電壓互感器同時(shí)進(jìn)行在線誤差測(cè)試，解決了對(duì)互感器進(jìn)行離線檢定時(shí)工作量大、實(shí)時(shí)性差的問題，減少了設(shè)備反復(fù)接線的麻煩，縮短了檢驗(yàn)時(shí)間，提高了工作效率。

1 現(xiàn)場(chǎng)檢定的現(xiàn)狀及存在的問題

電壓互感器的二次壓降及負(fù)荷直接關(guān)系到電能計(jì)量的誤差，為了保證計(jì)量的準(zhǔn)確性，計(jì)量用電壓互感器必須按照DLT448-2000《電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行定期檢驗(yàn)。然而受各種因素的影響，在實(shí)踐中還存在著一些有待改善的問題。這些問題表現(xiàn)如：采用離線式電壓互感器二次回路電壓降及負(fù)荷的傳統(tǒng)測(cè)量方法，但是受技術(shù)因素影響，以及人為的責(zé)任心不足問題，可能帶來設(shè)備損壞的現(xiàn)象。又如，一些意外因素事故的發(fā)生，以及無人值守變電站電壓互感器一次、二次回路的斷線故障，這些情況難以及時(shí)被發(fā)現(xiàn)。而采用在線式電壓互感器二次回路壓降及負(fù)荷的測(cè)量方法，對(duì)同一變電站多個(gè)電壓互感器需采用多個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，接線比較雜亂且成本較高。本文提出一種可多路切換電壓互感器進(jìn)行二次壓降在線監(jiān)測(cè)的方法，較好地解決了上述問題。

2 電壓互感器二次壓降及負(fù)荷測(cè)試原理

在發(fā)電廠和變電站中，從現(xiàn)場(chǎng)裝設(shè)的電壓互感器(PT)需要經(jīng)過二次導(dǎo)線、各種開關(guān)、熔斷器、繼電器觸點(diǎn)、端子排等才能到達(dá)控制室內(nèi)的電度表，這些中間環(huán)節(jié)存在著一定的電阻，由于老化、銹蝕等原因，電阻還會(huì)不斷加大。如果二次所接表計(jì)、繼保裝置及其它負(fù)荷較重，負(fù)荷電流也較大，同時(shí)還有負(fù)載功率因數(shù)、接線方式、外磁場(chǎng)在二次回路中感生的電勢(shì)等都會(huì)影響和產(chǎn)生PT 二次回路的電壓降。實(shí)際運(yùn)行中，這部分壓降造成的誤差往往比電能表和電壓互感器本身的誤差大的多，以至嚴(yán)重影響電能計(jì)量的正確性。

2.1 PT二次壓降數(shù)學(xué)模型及測(cè)量原理

電能計(jì)量裝置的PT 二次回路，有三相三線制和三相四線制兩類接線型式。在此，以一個(gè)電壓回路為例，其等效電路如圖1 所示：

圖1 中：Upt 代表PT 側(cè)電壓(矢量);Uyb 代表儀表側(cè)電壓(矢量);Rr代表各種接觸電阻(可變);R代表線路直流電阻;X代表線路電感;I 代表線路電流。

線路二次壓降△ U=Upt - Uyb = I×(Rr+R+jX)由于接觸電阻Rr 的可變性和儀表側(cè)負(fù)載也常常在一定范圍內(nèi)變化，最終導(dǎo)致電壓降也隨著在一定范圍內(nèi)變化。

基于上述原理，采用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化的方法來進(jìn)行PT 二次回路電壓降的測(cè)試。其原理如圖2 所示。

該方法測(cè)試原理是利用高精度的電壓互感器分別把PT 側(cè)和儀表側(cè)的電壓隔離后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化處理，然后把處理的數(shù)據(jù)直接通過現(xiàn)場(chǎng)總線和控制終端進(jìn)行通訊。由監(jiān)控主機(jī)完成數(shù)據(jù)計(jì)算以及分析。這種方法能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控二次壓降、避免了使用放線車帶來的各種弊端，同時(shí)也增加了安全性。

2.2 PT二次負(fù)荷測(cè)試原理

PT 二次負(fù)荷測(cè)試原理見圖3.

電壓互感器的誤差與二次負(fù)荷的關(guān)系稱為負(fù)荷特性。負(fù)荷誤差是由于負(fù)荷電流在一次及二次線圈電阻和漏電抗上的電壓降產(chǎn)生的。如果電壓互感器空載下的比值差f0,相位差δ 0已測(cè)定，再測(cè)量它在額定負(fù)荷ZE,COS Ф =1時(shí)的比值差和相位差δe,就可以通過計(jì)算得到任意負(fù)載Z b 下的比值差f 和相位差δ。

從多數(shù)情況來看，如果電壓互感器負(fù)荷增大，那么比值差會(huì)向負(fù)方向變化;與此不同的是，相位差向正方向或負(fù)方向變化都有可能，這就要視情況而定了。電壓互感器在負(fù)荷的功率因數(shù)減小時(shí)，這對(duì)比值差的影響很小，其方向可正可負(fù)，相位差則向正方向變化。

綜合以上分析來看，我們可以認(rèn)為，如果得知電壓互感器的初始誤差就可以通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際負(fù)荷的情況得出電壓互感器的實(shí)時(shí)誤差。

3 多路電壓互感器在線監(jiān)測(cè)整體設(shè)計(jì)

多路電壓互感器的在線監(jiān)測(cè)，整體設(shè)計(jì)框圖如圖5 所示。先由DSP 控制互感器多路切換板，切換至需要監(jiān)測(cè)的互感器，模擬電路板負(fù)責(zé)采集電壓、電流信號(hào)，采集到的信號(hào)通過處理、放大等送到數(shù)字板進(jìn)行AD 轉(zhuǎn)換，由數(shù)字板進(jìn)行初步處理計(jì)算，再通過串口傳輸至監(jiān)測(cè)主機(jī)。實(shí)現(xiàn)了整個(gè)在線監(jiān)測(cè)的過程。

4 多路電壓互感器在線監(jiān)測(cè)各部分設(shè)計(jì)

4.1 互感器多路切換電路的設(shè)計(jì)

互感器的多路切換是由DSP 芯片的IO 口控制的，原理框圖如圖6 所示。經(jīng)光耦隔離后，由驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)多路繼電器進(jìn)行切換，可切換2~8 路互感器輸入。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化處理電路的設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化處理電路是核心部分，包括模擬采樣板和DSP 主控板兩部分組成，模擬板采用測(cè)差式線路，差值信號(hào)經(jīng)過取樣、放大和濾波之后進(jìn)入A/D 采樣;而數(shù)字板則是將采集到的信號(hào)進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換，計(jì)算得出PT 二次壓降和二次負(fù)荷。DSP 主控板原理框圖如圖7所示。

4.3 在線監(jiān)測(cè)軟件的設(shè)計(jì)

軟件采用SQL 2000 數(shù)據(jù)庫，整套應(yīng)用軟件主要有計(jì)量在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)、在線通訊程序和WEB 服務(wù)器軟件。該軟件在功能上應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：系統(tǒng)建模功能;在線通訊功能：采用Modbus 工業(yè)協(xié)議，用輪詢的方式對(duì)多路PT 的二次壓降、二次負(fù)荷值等進(jìn)行通訊;數(shù)據(jù)查詢功能：可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)最新的數(shù)據(jù)，也可按小時(shí)、天查詢歷史數(shù)據(jù)，以及現(xiàn)場(chǎng)檢定時(shí)數(shù)據(jù)的顯示;系統(tǒng)維護(hù)功能：設(shè)置不同的用戶權(quán)限，數(shù)據(jù)庫管理以及查詢系統(tǒng)事項(xiàng)等;WEB 瀏覽功能(WEB 查詢功能采用B/S 結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn));遠(yuǎn)程維護(hù)功能。

5 結(jié)束語

綜上所述，針對(duì)計(jì)量用電壓互感器進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的方法，是為保證一次運(yùn)行設(shè)備的安全，在變電站復(fù)雜的環(huán)境下，使一次設(shè)備在與一次系統(tǒng)的連接環(huán)節(jié)采取隔離及保護(hù)措施。本方法可以有效地完成多路電壓互感器的在線監(jiān)測(cè)工作，提高工作效率、降低工作危險(xiǎn)，保證人員和電網(wǎng)安全。