（电气工程专业论文）电能计量系统综合误差研究及其应用.pdf

中文摘要 电能以其广泛的优势成为国民经济与人民生活的最主要能源之一。电能计量 是电能能源管理中的一项重要工作，其公平、准确、可靠直接关系到发电、供电 与用电三方的经济利益。在市场经济条件下，降低电能计量系统综合误差、提高 其准确性显得尤为重要。 论文对电能计量系统组成及其要求进行了讨论，介绍了大庆油田电网及国内 一些电网电能计量的现状，对当前引起电力系统电能计量不准确的主要因素作了 深入分析。同时，对大庆油田电网1 1 0 k v 、3 5 k v 、6 k v 等三个不同电压等级电能 计量系统，进行了互感器角差、比差测试，电压互感器二次压降测试，电能表误 差测试，互感器二次实际负载测试等现场测试，并对现场测试条件及测试方法进 行了较为详细的介绍。最后，通过建立电能计量系统综合误差分析数据模型，对 现场试验数据进行了分析计算，获得了互感器复合误差及电能计量系统综合误差 数据。 分析结果表明，电压互感器二次压降超标( 电压互感器隔离开关辅助接点引 起的压降占全回路压降的3 0 8 0 ) 、电流互感器二次负载超标是当前影响油田 电网电能计量系统精度的两个最主要因素。论文针对发现的问题提出了提高电能 计量精度的方法和具体措施。 关键词：电能计量，综合误差，互感器，p t 二次压降，二次负载 a b s t r a c t b e c a u s eo fi t se x t e n s i v es u p e r i o r i t y , e l e c t r i c i t yi sam a i ne n e r g ys o u r c ei ne c o n o m y a n dp e o p l e sd a i l yl i f e e n e r g ym e t e r i n gi sa ni m p o r t a n tw o r ki np o w e rm a n a g e m e n t w h e t h e re n e r g ym e t e r i n gi sf a i r , a c c u r a t ea n dr e l i a b l eh a si m p o r t a n ti m p a c to nt h e e c o n o m i cb e n e f i t so fp o w e rg e n e r a t i n ga n dp o w e rd i s t r i b u t i o nc o m p a n i e s ，a n d e l e c t r i c i t yc o n s u m e r s u n d e rt h e c o n d i t i o n so fm a r k e t i n ge c o n o m y , r e d u c i n gt h e c o m p r e h e n s i v ee r r o ro fe n e r g ym e t e r i n gs y s t e m sa n di m p r o v i n gt h e i ra c c u r a c ya r e v e r yi m p o r t a n t i nt h i sp a p e r , t h es t r u c t u r ea n dr e q u i r e m e n to fe l e c t r i ce n e r g ym e t e r i n gs y s t e m sa r e d i s c u s s e d ，a n dt h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r i ce n e r g ym e t e r i n gi nd a q i n go i lf i e l dp o w e r s y s t e mi si n t r o d u c e d ，a n dt h e n ，t h em a i nf a c t o r sw h i c h i n f l u e n c et h ee r r o r so fe l e c t r i c e n e r g ym e t e r i n gs y s t e m sa r ea n a l y z e d a tt h es a m et i m e ，a n g l ee r r o rt e s t sa n dr a t i o e r r o rt e s t so fm e t e r i n g - t r a n s f o r m e r s ，s e c o n d a r yc i r c u i tv o l t a g ed r o pt e s t so fp t s ， s e c o n d a r yr e a ll o a dt e s to fm e t e r i n g - t r a n s f o r m e r sa n de r r o rt e s to fe n e r g ym e t e r si n 1lo k v 、3 5 k v 、6 k vo fe l e c t r i ce n e r g ym e t e r i n gs y s t e m so fd a q i n go i lf i e l dh a v eb e e n d o n e ad e t a i li n t r o d u c t i o na b o u tt h ec o n d i t i o n sa n dm e t h o d so ft h et e s t sa r ep r e s e n t e d t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo fc o m p r e h e n s i v ee r r o ro fe l e c t r i ce n e r g ym e t e r i n gs y s t e m s i sb u i l t ，a n db yu s i n gw h i c ha n a l y z i n gt h ea c q u i r e dd a t a ，t h ec o m p l e xe r r o r so f m e t e r i n g t r a n s f o r m e r s a n dt h ec o m p r e h e n s i v ee r r o r so fe l e c t r i ce n e r g ym e t e r i n g s y s t e m sa r eo b t a i n e d a c c o r d i n gt ot h ea b o v ea n a l y s i s ，i ti sf o u n d t h a tt h em a i nf a c t o r sw h i c hl o w e rt h e a c c u r a c yo fe l e c t r i ce n e r g ym e t e r i n gs y s t e m sa r es e c o n d a r yc i r c u i tv o l t a g ed r o po f p t s ( e s p e c i a l l yt h es u p p l e m e n t a r ys w i t c h e so fp t s ，o n w h i c h3 0 - 8 0 o ft h ew h o l e v o l t a g ed r o po nt h es e c o n d a r y c i r c u i ta r em e a s u r e d ) ，a n dh e a v yo v e r l o a do fs e c o n d a r y c i r c u i t s s u g g e s t i o n st oi m p r o v et h ea c c u r a c ya r eg i v e n k e yw o r d s ：e n e r g ym e t e r i n g ，c o m p r e h e n s i v ee r r o r , m e t e r i n g - t r a n s f o r m e r , s e c o n d a r yc i r c u i tv o l t a g ed r o po fp t , s e c o n d a r yl o a d 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 一虢鹰当瓦一期：跏尹年2 月刃同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：毒守瓦 导师签名： 签字日期扫d 年月沼日 主、岬) 卜昂， 答字日期抽1 械 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 电能计量系统的重要性 电力工业是能源工业的重要组成部分，是国民经济的重要基础行业，对整 个社会的发展起着巨大的决定性作用，电气化程度和管理现代化水平是衡量一 个国家发达程度的重要标志。电力生产的特点是发电厂发电、供电部门供电、 用户用电这三个环节连成一个系统，不间断地同时完成。发、供、用电三方如 何销售与购买电能、如何进行经济计算，涉及许多技术、经济问题。电能测量 技术与仪表在我国经济建设中起着重要作用，其公平、公正、准确、可靠，直 接关系到发电、供电与用电三方的经济利益，具有广泛的社会性。随着我国电 力系统的改革，对电能计量工作提出了更高的要求。电能计量系统包括电压互 感器、电流互感器、计量二次回路、电能表计等诸多设备单元，每个单元的误 差及信号衰减都会影响系统计量精度，特别是在市场经济条件下，降低电能计 量系统综合误差，提高其准确性显得尤为重要【1 捌。 1 2 电能计量系统的发展历程与现状 电能表作为测量电能的专用仪表，自诞生至今已有1 0 0 多年的历史。电能表 是电能计量管理的基础仪表，其性能直接影响着电能管理的效率和科学化水平。 1 0 0 多年来，随着电力系统的发展及电能管理系统的不断完善，电能表的结构和 性能也经历了不断完善、不断更新的发展过程【3 1 。 1 8 8 2 年德国人爱迪生研制出世界上第一只直流电能表。交流电的出现对电 能计量仪表的功能提出了新的要求。1 8 8 8 年意大利物理学教授费拉里斯首先提 出利用旋转磁场理论作交流电能的测量。1 8 8 9 年，德国人布勒泰研制出了无独 立电流铁心的感应式电能表。1 8 9 0 年，带独立电流铁心的感应式电能表问世。 1 9 世纪末，电能表改用永久磁铁产生反作用( 制动) 力矩，并由铝转盘取代铜转盘。 至此，感应式电能表的结构基本定型1 4 , 5 。 感应式电能表具有制造简便、运行可靠、价格便宜等优点。但在现代电力 系统中，感应式电能表也逐渐暴露出许多先天缺陷： ( 1 ) 由于受工作原理和结构等因素的制约，一般感应式电能表的所能达到的准 确度为2 0 级和1 0 级，最高达0 5 级，但对大用户和大电网的电能管理，要求电 第一章绪论 能计量仪器仪表应具有更高的准确度1 6 】。 ( 2 ) 感应式电能表是针对很低且十分狭窄的频率范围的正弦电压和正弦电流 而设计的，但现代电力系统中采用硅整流与换流技术，这些非线性负荷产生大 量高次谐波并引起不平衡，致使电网电压波形产生畸变、波动及三相不平衡， 同样受工作原理和结构等因素的制约，使感应式电能表计量不正确【7 】。 ( 3 ) 随着电力系统的发展而引发的电能供需矛盾的加剧，许多工业大国日益重 视电能管理，都在通过技术改造等各种手段加强对电力负荷的监控，以实现计 划用电与合理配电，从而提高电网负荷率。现代电能管理强调自动化、智能化， 要求以高新技术手段确保经济杠杆调配电能的使用，以求更高的供用电效率。 这便对电能计量仪器仪表提出更多功能化的要求，希望它不仅能计量电能，而 且也能应用于管理。因此功能单一的感应式电能表不适应现代电能管理的要求。 为使电能计量仪表适应工业现代化和电能管理现代化飞速发展的需求，电子式 电能表应运而生l 引。 电子式电能表的功能可划分为计量、监视、控制、管理等四类，早期的电 子式电能表并没有完全摆脱感应式电能表，它以精密感应式电能表作测量元件， 由光电传感器完成电能脉冲转换、然后经电子电路对脉冲记计数，从而实现对 电能的测量。考虑到电能管理现代化的必然发展方向，需要访问多种信息，要 求管理系统上层与下层之间能双向通信，数字乘法器型电子式电能表功能的扩 展十分方便，十分容易与配电自动化系统集成，因此数字乘法器型电子式电能 表将成为今后电子式电能表的主要发展方向。 微电子技术和计算机技术高速发展是电子式电能表迅速发展、日益成熟的 主要原因之一。高准确度、高可靠性的元器件以及大规模电路集成技术等使电 子式电能表的使用寿命、准确度、稳定度等技术指标都有了显著改善。微机化 使电子式电能表的功能多种多样，并逐步使电能管理的自动化与智能化成为现 实。电能表的电子化和微机化，从而走向电能管理系统的智能化己成为必然的 趋势。电子式电能表在一些发达国家使用较为普遍。早在1 9 7 6 年日本就研制出 电子式电能表，并最先在日本进入商品化。8 0 年代中后期，在工业发达国家迅 速发展，相继出现了一批寿命长、可靠性高、适合现场使用的电子式电能表， 其中一些表已可在很宽的电压、电流范围内进行自动量程切换；1 0 、0 5 、0 2 、 级收费用电子式电能表也相继商品化；且当时电子式标准电能表的准确度就己 达了0 们级。2 0 世纪7 0 8 0 年代，欧美各国、日本、澳大利亚相继起步，开始对 远程电能表数据的采集等进行探索性研究。电子式电能表的出现，有力地推动 了远程抄表技术的发展。9 0 年代，电能表数据采集技术( 常称自动抄表a m r 技术) 发展更为迅速。8 0 年代初，我国对电子式多费率电能表的研究开始起步。进入 第一章绪论 9 0 年代，年产量达数万块，同时产品需求量逐年上升。1 9 9 2 年底，国家物价局 和能源部联合批复了关于在东北电网实施峰谷分时价制的报告，揭开了我国多 费率电能表高速发展的序幕。1 9 9 5 年4 月，在由国家计委、国家经贸委和电力部 联合召开的全国计划用电工作会议上，对分时电价的推行作了具体安排部署， 进一步将多费率电能表推向全面发展的新阶段。我国从9 0 年代初开始研制全电 子式电能表。1 9 9 4 年威胜集团，恒通公司等相继推出了三相电子式多功能电能 表和电子式多费率电能表。河南驻马店电表厂引进德国e m h 公司的三相电子式 电能表技术，使我国电子式电能表的发展进入了一个新阶段。 我国是世界上电能表的生产大国，但在电能表设计及技术方面都还落后于 工业发达困家。我国虽已能生产四倍过载能力的单、三相机电脉冲式电能表， 但与国外先进产品相比尚有一定的差距。在全电子式电能表方面，相当部分尚 未真正进入商业化。电子式电能表的发展，除要有雄厚的技术支持以外，生产 的管理也是一个重要环节，它直接影响电能表的质量与价格。如何使更多型号 的电子式电能表尽早投入商品化生产是电能管理中一个急需解决的课题【2 1 。 1 3 电能计量系统的发展前景 电子式电能表的发展将对传统的感应系电能表形成强大冲击。同时，电能 计量的现状也为我们提供了一个契机：面对我国广大的电力市场，应及时注意 到我国电能管理水平还较落后的现状以及电子式电能表技术上的空白，从而认 识到研究提高电能计量正确性的方法的重要性。 随着信息处理技术、微电子技术、传感器技术、虚拟仪器技术、网络通信 技术的飞速发展，电测仪表也正向着高精度、长寿命、微型化、网络化、虚拟 化的方向发展。较为前沿的电测仪表技术主要包括：谐波测量技术，软件可靠 性设计技术，模块化设计技术，硬件冗余设计技术，温度补偿技术，抗直流饱 和技术，可扩展接口技术等。今后，电能表必然向计算机集中抄表系统发展， 传统的电能表将变成一个电量传感器，它只需将所耗电量转换成与计算机兼容 的数字信号即可，电厂或电力公司的中央计算机系统将根据自动分时设置分段 计算耗电量并自动生成电费清单，无须人工抄表，向用户收取电费的方式也将 十分方便与灵活 9 - 1 4 j 。 1 4 电能计量装置配置要求 文献【1 5 】对电能计量装置配置提出了明确的要求： 第一章绪论 运行中的电能计量装置按其计量电能量的多少和计量对象的重要程序分五 类( i 、i v 、v ) 进行管理。i 类电能计量装置指月平均用电量5 0 0 万k w h 及以上或变压器容量为10 0 0 0 k v a 及以上的高压计费用户、2 0 0 m w 及以上发电 机；h 类电能计量装置指月平均电量1 0 0 万k w h 及以上或变压器容量为2 0 0 0 k v a 及以上的高压计费用户、1 0 0 m w 及以上发电机；类电能计量装置指月平均电 量1 0 ) t k w h 及以上或变压器容量为3 1 5 k v a 及以上的高压计费用户、1 0 0 m w 以 下发电机；类电能计量装置指负荷容量3 1 5 k v a 及以下的计费用户；v 类电能 计量装置指单相供电的电力用户计费用电能计量装置。 ( 1 ) 贸易结算用的电能计量装置原则上应设置在供用电设施产权分界处；在 发电企业上网线路、电网经营企业间的联络线路和专线供电线路的另一端应设 置考核用电能计量装置。 ( 2 ) i 、类贸易结算用电能计量装置应按计量点配置计量专用电压、 电流互感器或者专用二次绕组。电能计量专用电压、电流互感器或专用二次绕 组及其二次回路不得接入与电能计量无关的设备。 ( 3 ) 计量单机容量在1 0 0 m w 及以上发电机组上网贸易结算电量的电能计量 装置和电网经营企业之间购销电量的电能计量装置，宜配置准确度等级相同的 主副两套有功电能表。 ( 4 ) 3 5 k v 以上贸易结算用电能计量装置中电压互感器二次回路，应不装设隔 离开关辅助接点，但可装设熔断器；3 5 k v 及以下贸易结算用电能计量装置中电 压互感器二次回路，应不装设隔离开关辅助接点和熔断器。 ( 5 ) 安装在用户处的贸易结算用电能计量装置，1 0 k v 及以下电压供电的用 户，应配置全国统一标准的电能计量柜或电能计量箱；3 5 k v 电压供电的用户， 宜配置全国统一标准的电能计量柜或电能计量箱。 ( 6 ) 贸易结算用高压电能计量装置应装设电压失压计时器。未配置计量柜 ( 箱) 的，其互感器二次回路的所有接线端子、试验端子应能实施铅封。 ( 7 ) 互感器二次回路的连接导线应采用铜质单芯绝缘线。对电流二次回路， 连接导线截面积应按电流互感器的额定二次负荷计算确定，至少应不小于 4 m m 。对电压二次回路，连接导线截面积应按允许的电压降计算确定，至少应 不小于2 5 m m 2 。 ( 8 ) 互感器实际二次负荷应在2 5 1 0 0 额定二次负荷范围内；电流互感 器额定二次负荷的功率因数应为0 8 1 0 ；电压互感器额定二次功率因数应与实 际二次负荷的功率因数接近。 ( 9 ) 电流互感器额定一次电流的确定，应保证其在正常运行中的实际负荷电 流达到额定值的6 0 左右，至少应不小于3 0 。否则应选用高动热稳定电流互感 第一章绪论 器以减小变比。 ( 1 0 ) 为提高低负荷计量的准确性，应选用过载4 倍及以上电能表。 ( 1 1 ) 经电流互感器接入的电能表，其标定电流宜不超过电流互感器额定二 次电流的3 0 ，其额定最大电流应为电流互感器额定二次电流的1 2 0 左右。直 接接入式电能表的标定电流应按正常运行负荷电流的3 0 左右进行选择。 ( 1 2 ) 执行功率因数调整电费的用户应安装能计量有功电量、感性和容性无 功电量的电能计量装置；按最大需量计收基本电费的用户应装设具有最大需量 计量功能的电能表；实行分时电价的用户应装设复费率电能表或多功能电能表。 ( 1 3 ) 带有数据通信接口的电能表，其通信规约应符合d l t6 4 5 的要求。 ( 1 4 ) 具有正、反向送电的计量点应装设计量正向和反向有功电量以及四象 限无功电量的电能表。 可以说，严格按照标准配置电能计量系统基本都能满足计量要求，但实践 中往往很难做到。尤其是油田电网，其规模是随着油田产能建设的不断发展而 逐渐发展的，这就导致了其网内设备执行标准千差万别，不满足新规范要求的 计量点比比皆是。 1 5 电能计量系统综合误差的概念及意义 电能计量装置的综合误差是由电度表的误差丫b 、互感器的合成误差丫h 、电压 互感器二次回路电压降引起的合成误差1 d - - - 者的代数和组成，而互感器的合成 误差又包括电压互感器的合成误差和电流互感器的合成误差【1 6 】。因此，为获得 电能计量装置的综合误差应进行电流互感器、电压互感器的现场检验及电压互 感器二次压降和电能表的现场检验工作。就目前而言，大多数电科院和各电业 局计量所有能力也正在进行上述现场检验工作。 2 0 0 5 年黑龙江省电力有限公司对全省9 个电业局6 4 个一次变电所2 5 7 个关口 计量点的省网一级关口电能计量装置进行改造，全省共更换电压互感器2 6 8 台， 敷设并安装电缆l o 万余米，改造后电压互感器准确度等级全部达到规程要求的 o 2 级，配置率1 0 0 ( 改造前为4 9 3 ) ；p t 二次压降合格率1 0 0 ( 改造前为1 6 ) ， 并且远小于其额定二次电压的0 2 ( 基本在0 1 以内) ；p t 二次实际负载满足要 求；完全达到了文献【1 5 】的规定要求，有效地降低了由于电能计量装置偏差造成 的一次网损，合理地增计了电量，减少了部分供电损失。 黑龙江省电科院对撤换下的2 6 8 台电压互感器进行了现场检定，对改造前后 的电能计量装置误差进行比较，仅p t - - 二次回路改造使黑龙江省一次网损率降低 0 5 5 7 ，合理增计l7 9 8 6 3 6 万k w h 。 第一章绪论 1 6 油田电网开展电能计量系统精度偏差分析的目的和意义 大庆油田电力集团组建于1 9 9 8 年4 月，主要担负着为大庆石油、石油化工生 产建设、大庆市地方工业和城市居民生活发电、供电及供热任务。大庆油田电 力集团伴随着大庆油田的开发建设和地方经济的迅猛发展而不断发展壮大，下 属1 1 个厂、公司，现有发电厂4 座，总装机容量1 0 0 0 兆瓦，1 1 0 千伏变电所3 0 座、 3 5 千伏变电所2 5 1 座、各类电压等级输电线路3 4 7 1 千米、年发电能力6 5 亿千瓦时、 年供电能力2 1 1 亿千瓦时，年供热能力1 8 0 0 万吉焦，是全国石油系统最大的电力 企业。2 0 0 7 年，集团全网售电量在1 1 0 亿k w h 以上，平均线损率为4 5 。目前大 庆油田电网主网共有电能计量装置4 6 0 0 套，其中电力集团用于结算电能计量装 置6 5 0 套，用于考核电能计量装置3 9 5 0 套。集团所辖电厂共有电能计量装置l1 5 套。 近几年，电力集团投入大量人力物力和财力对集团管辖的机械式电能表进 行改造。目前，集团所属四个电厂5 0 的电能表采用了精度较高、性能稳定的 电子式多功能电能表，另5 0 仍采用机械式电能表。油田主网系统7 8 为电子式 多功能电能表。改造后的电能表，准确度等级符合规程要求，线损率和变电站 母线平衡率有所改善。但未进行改造的电能表，因机械式电能表的运行年限较 长，稳定性降低，计量准确度下降。， 油田电网使用的电流互感器准确度等级多采用0 5 级，不符合规程要求。电 压互感器准确度等级多采用0 5 级，对于用于电量考核的电能计量装置符合规程 要求，对于用于结算和关口考核的电能计量装置不符合规程要求。除近年新投 运的少数变电站外，电能计量装置未按计量点配置计量专用电压、电流互感器 或者专用二次绕组。电能计量、电流测量、功率测量、故障录波等装置共用一 组电流互感器。由于电流表或功率表电流线圈易出现故障烧断、氧化接触不良 问题，端子排电流回路试验端子若维护不及时，易出现氧化接触不良问题，引 起电流互感器二次阻抗增大，使互感器误差增大。 以母线电量不平衡率指标为例进行简单分析：母线电量不平衡率指标考核 的是变电站内某一电压等级母线上的电能损耗，在该范围内可排除窃电、。抄表 等人为因素，计量系统误差是影响该指标的主要因素【1 7 1 。国电公司电力网电 能损耗管理规定明确要求：1 1 0 千伏及以下电压等级母线电量不平衡率不大于 2 。目前，电力集团母线电量不平衡率超标母线达18 条，占总数的2 0 ( 其中 1 1 0 千伏9 条，3 5 千伏母线1 条，6 千伏8 条) 。按规定指标2 估算，超标母线年超 损电量至少在3 0 0 万k w h 以上，按优秀指标l 估算，年超损电量约1 0 0 0 万k w h 。 因此，有必要对造成电能计量精度偏差的原因做深入细致的研究，并在此基础 第一章绪论 上制定降损指导方案，减少不必要的电量损失。经估算，该方案实施后每年可 为集团减少2 0 0 万元至5 0 0 万元的经济损失，优异指标带来的社会效益无法估量。 1 7 本文主要工作 本文对大庆油田厂网内1 1 0 k v 、3 5 k v 、6 k v 等三个不同电压等级电能计量系 统开展以下工作： ( 1 ) 互感器、电能表误差对系统计量精度的影响。通过现场测试获得互感器 角差、比差及电能表误差数据，计算计量器具的合成误差。 ( 2 ) 电压互感器二次压降对计量精度的影响。测试电压互感器二次压降，计 算二次压降的合成误差。 ( 3 ) 互感器实际二次负载对系统计量精度的影响。测试实际二次负载，计算 系统运行状态下的综合误差。 ( 4 ) 找到影响油田厂网电能计量系统精度的主要因素并制定有针对性的改 造方案。 第二章现场测试 2 1 现场测试条件 第二章现场测试 在现场检验时，工作条件应满足下列要求： ( 1 ) 环境温度：0 - 3 5 之间； ( 2 )电压对额定值的偏差不应超过1o ； ( 3 ) 频率对额定值的偏差不应超过2 ； ( 4 ) 现场检验时。当负荷电流低于被检电能表标定电流的1 0 ( 对于5 级的电 能表为5 ) 或功率因数低于0 5 时，不宜进行误差测定； ( 5 ) 负荷相对稳定。 2 2 计量用电流互感器现场测试 文献【18 】对计量用电流互感器现场测试做了明确的规定，我们深入理解文献 【2 0 2 4 介绍的电流互感器现场测试理论与实践经验，考虑该地区检测试验设备配 置及维护人员技术条件，并结合生产实际，在油田厂网选取了三个不同电压等级 电能计量系统，对其电流互感器进行现场测试并总结现场测试法如下： 2 2 1 测试项目 运行中的计量用电流互感器周期检验项目如下： ( 1 ) 计量绕组的误差测试( 包括在现场实际二次负荷下按实际接线对互感器误 差的测试) 。 ( 2 ) 退磁。 ( 3 ) 实际二次负荷测试。 2 2 2 测试用设备和供电电源 ( 1 ) 标准电流互感器：变比应与被检电流互感器相同，准确度等级至少应比 被检互感器高两个等级。其二次负荷为校验仪及其连接电缆所形成的负荷时，实 际误差应不超过被检电流互感器误差限值的1 5 ，否则使用时应考虑另接负荷箱 以满足保证其准确度所需的负荷，并具有有效期内的检定证书。 ( 2 ) 二次中性线电流补偿电流互感器：其变比应与被检电流互感器相同，准 确度等级不低于被检互感器等级。二次负荷能力应能满足测试要求。 ( 3 ) 二次中性线电流补偿( 电缆) 导线：应采用绝缘性能和机械性能好的铜芯 第二章现场测试 胶质电缆，其铜芯导线截面应不小于1 5 m m 2 。 ( 4 ) 互感器校验仪：互感器校验仪引起的测量误差不应大于被检互感器允许 误差的1 1 0 ，其中，装置灵敏度引起的的测量误差不大于1 2 0 ；最小分度值引起 的测量误差不大于1 1 5 ；差流测量回路的负荷对被检电流互感器误差影响不大于 l 2 0 。 ( 5 ) 电流互感器一次电流的测试导线：应采用多股软铜芯电缆，其截面应能 满足测试电流容量和升流器输出的要求。 ( 6 ) 压接件和压接工具应能使一、二次电流的测试导线与被检电流互感器和 测试设备保持良好的接触。 ( 7 ) 连接标准互感器至校验仪的二次导线应和标准互感器二次负荷匹配；连 接被检电流互感器与校验仪的二次导线所形成负荷不应超过被检电流互感器二 次额定负荷的1 1 0 。 ( 8 ) 接地导线( 电缆) 应采用裸露的编制铜( 专用的接地) 导线，其导线截面应能 承受3 倍的额定测试电流。 ( 9 ) 钳型电流表：应有合适的量程和电流分辨率，其准确度等级应不低于3 级。 ( 1 0 ) 电流负荷箱。额定频率为5 0 h z ，电流在额定值的5 , - - 1 2 0 ( s 级在 1 - - 1 2 0 ) 范围内，在环境温度为( 2 0 5 ) 时，电流负荷箱的允许误差不应超过 表中的规定。当环境温度每改变1 0 时，负荷箱误差的相对变化不应超过2 。 ( 1 1 ) 试验电源设备：由调压器、升流器和控制开关组成。升流器应有足够的 容量和不同的输出电压档，以满足在相应的一次测试回路阻抗下，输出电流大小 和输出波形的要求。调压器应有足够的调节细度，其输出容量和电压应与升流器 相适应。由调压器和升流器等组成的试验电源设备引起的输出波形畸变因数不应 超过5 。 ( 1 2 ) 当用外接电流表监视二次回路工作电流时，电流表应接入标准电流互感 器的二次回路，其准确度等级应不低于1 5 级。电流表的内阻应计入标准电流互 感器的二次负荷内。 ( 1 3 ) 现场周围与测试工作无关的电磁场所弓起的测量误差，不应大于被检电 流互感器误差限值的1 2 0 。用于测试工作的升流器、调压器、大电流电缆线等所 引起的测量误差，不应大于被检电流互感器误差限值的1 1 0 。 ( 1 4 ) 供电电源：供电电源提供给试验电源设备的容量应不小于试验电源的最 大输入功率；其输出电压应与调压器额定输出电压相匹配。 ( 1 5 ) 供电电源导线：应采用有足够的长度和电流容量的多股软铜芯绝缘电 缆。 第二章现场测试 2 2 3 测试方法 一、直观检查 如有下列缺陷之一者，需修复后方予测试。 ( 1 ) 外观损伤，绝缘套管不清洁。对油浸式，油标指示位置不合乎规定；对 环氧树脂式，有裂痕；对s f 6 式，气压表值不满足规定要求。 ( 2 ) 铭牌及必要的标志不完整( 包括技术参数、极性标志、额定绝缘水平_ 互 感器型号、出厂序号、制造年月、准确度等级等) 。 ( 3 ) 接线端钮缺少、损坏或无标记；穿心式电流互感器没有极性标记。 ( 4 ) 多变比电流互感器在铭牌或面板上未标有不同电流比的接线方式。 ( 5 ) 严重影响测试工作进行的其它缺陷。 二、一次回路的连接 ( 1 ) 应尽量减小一次连线的长度。必要时，应采取措施将标准互感器和升流 器置于被试电流互感器最小距离范围内。当工作人员在距离地面3 米以上作业时， 应严格遵守电力行业标准d l 4 0 9 1 9 9 1 电业安全工作规程关于高空作业的要 求。同时，应与周围带电的高压设备保持安全距离。 ( 2 ) 接电流一次线时，应首先检查被接导体是否存在氧化或存在污垢等现象， 如果被接导体氧化或存在污垢，应用砂纸或其他工具清洁后再连接。 ( 3 ) 采用线夹和端予板连接电流一次线时，应尽量保持较大的接触面，严禁 点接触。 ( 4 ) 接线完成后，应断开一次回路的一侧接地刀闸或开关( 断路器) ，并检查 一次回路，确认没有其他旁路。 ( 5 ) 独立式电流互感器一次接线端在两侧，注意一次连接方式( 多变比时) 。 ( 6 ) 开关( 断路器) 套管式电流互感器一次接线端位于开关( 断路器) 两侧套管 上，接线时注意检查开关( 断路器) 合、分状态，试验时开关( 断路器) 位置必须处 于“合”状态。 ( 7 ) 封闭式组合开关设备的电流互感器一般安装在断路器两侧，各有接地刀 闸。可把一端刀闸的接地线拆除，作为一次电流极性端子，把该处接地点作为另 一个电流端子。注意一次电流必须通过断路器形成闭合回路，因此试验时断路器 要处于闭合状态。 ( 8 ) 电流互感器二次尽量在接线盒上接线，当电流互感器接线盒无法打开时， 再在电流互感器端子箱接线。 三、工作电源接线 ( 1 ) 测试仪器工作电源应尽量避免与升流器电源使用相同相，以免电压变化 过大干扰校验仪正常工作。 第二章现场测试 ( 2 ) 试验设备接试验电源时，应通过开关控制，并有监视仪表和保护装置等。 四、绕组的极性检查 ( 1 ) 电流互感器应为减极性。一般用电流互感器校验仪进行极性检查。标准 互感器的极性是已知的，当按规定的标记接好线通电时，如发现校验仪的极性指 示器动作而又排除是由于变比接错、误差过大等因素所致，则可确认试品与标准 电流互感器的极性相反。 ( 2 ) 当仅仅只需检查极性时，也可以用其它方法，如交流法等。 五、充磁和退磁 ( 1 ) 对于首检或经检修、改制的计量用电流互感器，首先应在充磁情况下进 行误差测试，然后在退磁情况下进行误差测试，测试结果均应满足表3 计量用电 流互感器误差限值的要求。 ( 2 ) 对于周检的计量用电流互感器，首先应在随机情况下进行误差测试，然 后在退磁情况下进行误差测试，测试结果均应满足表3 计量用电流互感器误差限 值的要求。 ( 3 ) 充磁 a 推荐用直流电源对电流互感器进行充磁。充磁时，将被试电流互感器一次 开路，二次被试计量绕组极性端接直流电源的正极，另一端接直流电源的负极， 测试回路应串联合适的保险或保护电阻，其余二次绕组开路。试验电流在5 l o 秒内从零平稳地升到被试电流互感器二次额定电流的1 5 - - - 2 0 ，持续l 2 分钟 后，再以相同速度降到零，反复以上过程3 5 次。充磁所用的直流电源采用输出 电流容量大于认的整流直流电流或蓄电池。 b 当不具备直流电源时，可采用在电流互感器的二次侧接一个相当于其额定 负荷1 0 - 2 0 倍的可变电阻( 考虑足够容量) ，在一次通以工频交流电流，将电流从 零平滑地升至额定电流值的1 2 0 ，再将电流瞬间降至零。 c 退磁 最佳的退磁方法应按标牌上标注的或技术文件申所规定的退磁方法和要求 为宜。如制造厂末做规定，可根据具体情况选择下述方法之一。 ( 1 ) 闭路退磁法 在电流互感器的二次侧接一个相当于其额定负荷1 0 - 2 0 倍的可变电阻，一次 通以工频交流电流，将电流从零平滑地升至额定电流值的1 2 0 ，再将电流均匀 缓慢地降至零，然后依次减小可变电阻至其值的1 2 、1 5 、1 1 0 ，重复上述过程。 对于多次级的电流互感器，其余铁心的二次线圈此时均应短路，当二次绕组 均与同一铁心铰链时，运行中的二次绕组接退磁电阻，其余的二次绕组开路。 ( 2 ) 开路退磁法 第二章现场测试 在电流互感器二次绕组均开路的情况下，一次绕组通以工频交流电流，将电 流从零平滑地升至一次额定电流值的1 0 ，再将电流均匀缓慢地降至零。退磁过 程中应在电流互感器二次两端接一峰值电压表，当示值超过2 6 0 0 v 时，则应减小 所加电流值。 2 2 4 测试原理接线 用标准电流互感器直接比较法，图中连接互感器检验仪的接线是采用测差法 原理的互感器检验仪接线方法，连接其他类型互感器检验仪的接线按照其说明书 进行，测试原理接线见图2 1 。 t y ：调压器，s l ：升流器，l h x ：被检电流互感器( x ：端子序号) ，l h 0 ：标准电流互感器， z ：电流负荷箱或二次实际负荷，l i 、l 2 ( p i 、p 2 ) ：电流互感器一次的对应端子，k l 、k 2 ， ( s 1 、s 2 ) ：电流互感器二次的对应端子 图2 1 用直接比较法或单相比较法测试电流互感器误差原理接线图 2 2 5 测试步骤 ( 1 ) 按图2 1 连接一次、二次及测量回路。 ( 2 ) 确认被试电流互感器二次绕组正确无误并与其二次回路完全断开；其余 二次绕组应可靠短路。 ( 3 ) 校验仪接地端子不接地。 ( 4 ) 一次应形成闭合回路，一次电流应无别的旁路。 ( 5 ) 通电时先将一次电流升至额定电流值的1 - - - 5 ，如末发现异常，将电流 升至最大电流测量点，再降到接近零值准备正式测量。如有异常，应排除故障后 再测。 ( 6 ) 在额定负荷及1 4 额定负荷或虚拟实际负荷下分别测试，误差测试点按额 定一次电流的1 ( 5 级) ，5 ，2 0 ，1 0 0 ，1 2 0 测试下进行。若有特殊要求可 第二章现场测试 增加测试点。 ( 7 ) 二次负荷的功率因数应根据铭牌规定值选取。 ( 8 ) 拆除一、二次接线，恢复被检电流互感器接线，清理现场。 ( 9 ) 结束工作票后撤离工作现场。 2 3 计量用电压互感器现场测试 文献 1 9 】对计量用电压互感器现场测试做了明确的规定，我们参照文献 【2 5 - 2 8 介绍的电压互感器现场测试理论与实践经验，对油田厂网三个不同电压等 级电能计量系统的电压互感器进行现场测试并总结现场测试法如下： 2 3 1 测试用设备 一、标准电压互感器 标准电压互感器应符合j b t 5 4 7 3 1 9 9 1 仪用电压互感器的技术要求，实 际二次负荷下的误差不大于被检电压互感器基本误差的1 5 ，额定电压比应与被 检电压互感器相同。 二、电容式电压比例标准器 电容式电压比例标准器由高压标准电容器、低压标准电容器、校准用电磁式 电压比例标准器组成。按照使用前校准的方式工作。 三、互感器校验仪 校验仪应符合j b t 9 3 0 6 19 9 9 互感器校验仪的技术要求，准确度不低于2 级，谐波抑制能力不小于2 6 d b 。用电压互感器作标准时，差压回路的负荷不大 于0 1v a 。用电容分压器作标准时，应使用专门设计的电位差式电压互感器校验 仪。电压互感器校验仪的差压回路有高端测差和低端测差方式。现场测量推荐使 用高端测差方式的互感器校验仪。 四、电压负荷箱 电压负荷箱的准确度不低于3 级，功率因数为0 8 和1 0 。电压负荷箱所置负荷 不等于额定二次负荷时，测量结果可以进行误差换算求得。 五、高压测试电源装置 ( 1 ) 高压试验变压器 检验电磁式电压互感器可使用相应电压等级的试验变压器。试验变压器应符 合j b 3 5 7 0 1 9 9 1 要求。调压器的容量应与试验变压器的额定电压和实际输出容量 匹配。调压装置应有输出电流指示和过流保护机构。也可以使用三相电磁式电压 互感器组中的一台作为试验变压器升压，但试验时应限制低压励磁电流不超过 3 0 a ，时间不超过一分钟。如果电流达到4 5 a ，时间不能超过半分钟。检验三相 第二章现场测试 电压互感器，应使用三相试验变压器和三相调压电源。 ( 2 ) 串联谐振升压装置 检验电容式电压互感器可使用相应电压等级的串联谐振升压装置。用于误差 检验的串谐装置采用调感式或调电容式，用电网频率激励。电抗器通常有固体绝 缘和油浸绝缘两种。输出电压应不低于试品额定电压的11 0 ，额定电流不小于 0 5 a 。 检验气体绝缘开关设备的电压互感器，要给管道电容和高压电缆充电，因此 也需要使用串联谐振升压装置。管道电容典型值每米6 0 p f 。高压电缆电容典型值 每米15 0 p f 。 六、测试三相负荷用的试验电源箱 备有三相六线输出，电压范围0 1 0 0 v ，额定电流3 a 。三相电压不平衡度可 以通过开关选择，设定值为5 、1 0 。 2 3 2 使用标淮电压互感器的检验方法 图2 2 至图2 - 4 中连接互感器校验仪的接线采用测量差原理的互感器校验仪接 线方法。 一、原理线路 t y ：调压器，s y ：升压器，y h 0 标准电压互感器，y h x ：被试电压互感器( x ：端子 序号) ，y i y 2 ：电压负荷箱，a 、x ( a 、n ) ：电压互感器一次的对应端子，a 、l a 、1 0 、2 a 、 2 0 ) ：电压互感器二次的对应端子 图2 2 检验电磁式电压互感器 二、次回路连接 一次导线应紧固在试品一次接线端子上。为了使一次导线与试品有适当的安 全距离，引下线应与试品至少成4 5 0 角。必要时可以使用绝缘绳牵引导线绕过障 第二章现场测试 碍物，最后把一次引下线固定在高压电源的高压端子上。 三相电压互感器的一次导线，按三相相序分别连接到三相试验变压器的高压 端子上。检验接线见图2 - 4 。 用一次导线连接标准电压互感器和试验电源的高压接线端子并适当张紧。 s y ：谐振升压器，c v t ：被试电容式电压互感器 图2 3 电容式电压互感器 完成上述连接后，取下高压接地线。 高压弓线推荐使用直径1 5 2 5 m m 2 软铜裸线；封闭式开关设备的电压互感器 从出线套管上连接一次导线。 三、二次回路连接 接线前，先打开电压互感器底座上的接线盒，拆下计量绕组及其它( 测量、 保护等) 绕组的二次引线，并作相应的标记和绝缘措施后( 防止接地短路和恢复接 线时接错) ，再进行回路接线。用于载波通讯的电容式电压互感器，还应短接载 波接入端子。通常可合上载波短路刀闸，没有刀闸时可用导线短接载波保护球隙。 接线时，注意测试导线截面不小于2 5 m m 2 。步骤如下：将被试电压互感器计 量绕组的极性端( 高端) l a ( a 、b 、c ) 与互感器校验仪的u x 端子连接，非极性端( 低 端) l o ( x 、n ) 与互感器校验仪的x 端子连接，电压负荷箱f y l 接在互感器校验仪的 u x 和x 两端子间。 如果被试互感器有测量绕组( 通常用2