深度解析电压互感器过失补偿办法

电压互感器在电磁原理上相当于空载运转的变压器。电压互感器的额定变比为>
kr=Upr/Usr,式中Upr—额定一次电压，V,Usr—额定二次电压，V,这是电压互感器的志向情况，但实践电压互感器有电流经过，它们在一、二次绕组中发生阻抗压降，使得一、二次电压之比偏离变比，一同一、二次电压在相位上也有差异，这些差异就是电压互感器的过失，其间数值上的差异称作电压过失或比值差，相位上的差异称作相位差。
国家规范对电压互感器的过失有限值规则，假如电压互感器过失逾越规则的限值，便需要调整它们到限值以内，即进行过失补偿。
电压互感器的相位差通常较小，无需处理，而电压过失较大，往往逾越限值。本文仅涉及过失的补偿论题。
按照GB20840.3-2012中定义电压互感器的电压过失即比值差,ε定义为>
ε=（kr·Us-Up）/Up×100，%,式中Up—实践一次电压V,Us—施加Up时的实践二次电压V,多数情况下，电压互感器的电压过失为负值，即实践二次电压低于相应的一次电压除以变比，设法增大二次电压便可使过失向正方向改动。常用办法是调整匝数，常称匝数补偿。在既定的电压下，减少一次匝数将提高每匝电势，或许添加二次匝数，皆可增大二次电压，缩小电压过失负值。
电压互感器并联在高压电网上，一次电压为系统额定电压，一次绕组匝数一般规划在几万匝，关于0.2级电压互感器，一次绕组补偿匝数可以抵达几百匝，所以一次补偿称为整数匝补偿。因为电压互感器二次电压很低（如57.7V或100V），二次绕组只需几十匝，即便调整一匝所引起的电压改动百分数就或许逾越过失限值，所以，二次不能选用整数匝补偿，需经过辅佐电压互感器将单匝电势进行细分，得到若干分之几匝的电势，相当于选用了分数匝，也可称为分数匝补偿。
下面本文就电压互感器过失补偿办法及过失调度用辅佐电压互感器的规划以及接线进行论说。
2、电压互感器过失补偿的几种办法,电压过失补偿的办法有许多，常常运用的有以下几种。
2.1整数匝补偿,如前所述，这是调整一次绕组匝数的办法，通常是减少一次匝数，取得正值的过失补偿，又称减匝补偿，其补偿原理如下。
若减匝前的每匝电势为>
ezr=Upr/Npr,那么，减匝后的每匝电势将是>
ez=Upr/Np,式中Upr——额定一次电压，V,Npr——额定一次匝数,Np——减匝后的实践一次匝数,显着，每匝电势添加的百分数就是二次电压添加的百分数，则电压过失补偿值为>
εb=（εz-εzr）/εzr=（Npr-Np）/Np,εb=Nb/Np×100，%,式中，Nb称为补偿匝数。因为Nb一般很小，而实践一次匝数与额定一次匝数的不同也很小，因而过失补偿值通常用下式核算>
εb=Nb/Npr×100，%（1）,2.2辅佐电压互感器补偿,辅佐电压互感器补偿用于调整二次匝数，即相当于分数匝的补偿。根据辅佐电压互感器受电办法不同（即主电压互感器二次绕组为辅佐电压互感器供电的办法不同），可以有以下几种补偿办法。
2.2.1电压互感器串联补偿办法,由主电压互感器低压侧只需一匝的辅佐绕组给辅佐电压互感器供电，接线原理图如图1所示，将这种补偿办法称作串联补偿。
图1的两种计划中，辅佐电压互感器的二次绕组Nf2与主电压互感器二次绕组串联，这样就在主电压互感器的二次回路中叠加了一个电势，从而对过失起到补偿作用。改动图1（a）中的Nf2/Nf1或许图1（b）中的Nf1就可以调整补偿值，改动Nf2的极性则变补偿值的符号，起到正或负的补偿。

（a）的计划，辅佐电压互感器绕制Nf2的导线截面应参照3.3节，根据突发短路电流进行选取；而图1（b）中辅佐电压互感器的二次绕组Nf2只需1匝或几匝，只需将主电压互感器的二次引出线穿过辅佐电压互感器的铁心窗口即可，图1（b）是常常选用的计划。
以图1（b）为例，辅佐电压互感器的一次绕组匝数为Nf1，由主电压互感器低压侧只需一匝的附加绕组供电，其每匝电势为efz=ezr/Nf1，其间ezr=Usr/Nsr。
辅佐电压互感器二次也只需一匝，它与主电压互感器的二次绕组串联，因而主电压互感器二次电压得到补偿电压ub。
ub=ezr/Nf1，V,因而过失补偿值为>
εb=ub/Usr=ub/（ezr·Nsr）,εb=1/（Nsr·Nf1）×100，%（2）,式中Usr——主电压互感器额定二次电压，V,Nsr——主电压互感器额定二次匝数,Nf1——辅佐电压互感器一次绕组匝数,补偿匝数为主电压互感器二次绕组单匝的1/Nf1。
2.2.2电压互感器并联补偿办法,由主电压互感器的整个二次绕组给辅佐电压互感器供电，辅佐电压互感器相似主电压互感器的负荷并联在主电压互感器的二次侧，接线办法如图2所示，将这种补偿办法称作并联补偿。

从图2可知，辅佐电压互感器的每匝电势为：efz=Usr/Nf1,辅佐电压互感器二次绕组Nf2中的电势就是对主电压互感器二次电压的补偿值，所以该补偿办法对电压过失的补偿值为>
εb=（ef·zNf2）/Usr,εb=Nf2/Nf1×100，%（3）,式中，Nf1和Nf2分别为辅佐电压互感器一、二次绕组的匝数。
实践补偿电压为主电压互感器二次电压的Nf2/Nf1，所以补偿匝数为主电压互感器二次绕组匝数的Nf2/Nf1，作用也是分数匝补偿。
2.2.3辅佐电压互感器并联补偿接线办法,关于无中心抽头的电压互感器二次绕组，辅佐电压互感器并联补偿的接线办法如图2所示。关于频率为60Hz的国家，其电压互感器的要求通常是二次绕组带抽头，关于同一绕组其二次电压有115V和115/√3V（或66.4V）两个电压，关于这种电压互感器，当抽头和满匝准确级要求相一同，因为规划时绕组的匝数有必要为整数，满匝和抽头的匝数比满意不了√3的倍数联络，因而形成抽头和满匝的过失差异较大，该差异本身有时就已逾越过失限值，这种情况下有必要首要运用辅佐电压互感器单独对抽头或满匝进行分数匝补偿，使抽头和满匝的过失值靠近，然后再从一次侧用整数匝补偿办法将抽头和满匝的过失一同调度到过失限值以内。这种过失调度的接线办法如图3所示。

图3（a）、（b）、（c）是将辅佐电压互感器接在主电压互感器的二次抽头端子X2-X3之间，图3（d）、（e）和（f）是将辅佐电压互感器接在主电压互感器的满匝端子X1-X3之间图3（c）、（e）的接线用于调接线可一同调整满匝和抽头的过失，当Nf21=Nf22时可用X3引线进行补偿而不用一同运用X1和X2两根引线补偿（这两种情况不常用，一般情况下可以从一次侧用整数匝补偿来完成）。假如用N13和N23分别代表主电压互感器二次绕组满匝和抽头的匝数，那么，按照2.2.2节的剖析，图3各接线办法下，过失补偿值可如下核算。
图3（a）、（d）接线办法分别是抽头供电补偿抽头及满匝供电补偿满匝，按式（3）核算。
图3（b）接线办法是抽头供电补偿满匝，核算办法为>
εb=Nf2/Nf1·N23/N13×100，%（4）,图3（e）接线办法是满匝供电补偿抽头，核算办法为>
εb=Nf2/Nf1·N13/N23×100，%（5）,图3（c）接线办法，满匝和抽头的过失补偿值可分别按式（4）和式（3）核算。
图3（f）接线办法，满匝和抽头的过失补偿值可分别按式（3）和式（5）核算。

3、并联补偿辅佐电压互感器的规划,并联补偿辅佐电压互感器（按图2）一般规划成将Nf1均匀绕在环形铁心上，这样漏抗很小，可近似地以为辅佐电压互感器回路为纯电阻电路，对主电压互感器的相位差的影响可以忽略。辅佐电压互感器的电源电压就是主电压互感器的二次电压，应根据主电压互感器的二次电压和额定电压因数承认辅佐电压互感器的铁心截面积，根据过失补偿值的要求承认辅佐电压互感器的一次匝数，根据辅佐电压互感器一次绕组中或许出现的电流挑选辅佐电压互感器一次绕组导线，具体步骤如下。
3.1一次绕组匝数承认,根据0.2级的过失限值，可选定补偿电压互感器电压过失的补偿规模为±（0.05%~0.1%），根据式（3）取Nf2=1，可开端承认辅佐电压互感器一次绕组匝数Nf1为1000匝~2000匝。
3.2铁心截面积承认,根据初选的Nf1、主电压互感器二次绕组额定电压Usr、额定电压因数k以及产品运转频率f根据式（6）承认铁心截面Sf。
Sf=kUsr/（4.44fBNf1）×104（6）,式中k——额定电压因数,Usr——额定二次电压，V,f——额定频率，Hz,B——额定电压因数下铁心中磁密，T,Nf1——辅佐电压互感器最少一次匝数,铁心截面的选取除应考虑正常作业条件下铁心功能的线性度外，还应保证在额定电压因数倍的额定电压下铁心不饱和，一般使B≤1.6T。
3.3一次绕组导线直径承认,根据被补偿主电压互感器二次绕组的电流，该电流也是辅佐电压互感器二次绕组中流过的电流，按照辅佐电压互感器一、二次安匝平衡联络可承认一次绕组中电流，即>
If1=If2·Nf2/Nf1（7）,式中If1——辅佐电压互感器一次绕组中电流，A,Nf1——辅佐电压互感器一次绕组匝数,If2——辅佐电压互感器二次绕组中电流，即主电压互感器二次绕组中电流，A,Nf2——辅佐电压互感器二次绕组匝数，即实践补偿匝数,对辅佐电压互感器的导线，除应考虑正常情况和额定电压因数倍的温升外，还要考虑突发短路试验时的发热不逾越限值。因为电压互感器的短路阻抗很小，短路电流可达额定电流的数百倍，故应首要按照短路电流来选取导线，然后再核算额定电流密度，当已知短路电流和最大答应短路电流密度时，导线直径可按下式承认。
d=√4IkNf2（πNf1δk）（8）,式中Ik—主电压互感器二次短路电流，A,δk—最大答应短路电流密度，A/mm2，按照规范，关于铜导线，δk可取160A/mm2。
4、辅佐电压互感器运用中的留心事项,从上述辅佐电压互感器的规划中可以知道，辅佐电压互感器一次侧绕组中的电流由主电压互感器二次绕组电流和辅佐电压互感器二次匝数（即实践补偿匝数）与一次匝数之比决议，关于给定的产品和选定的辅佐电压互感器，按照式（7），添加补偿匝数将增大辅佐电压互感器一次电流，辅佐电压互感器一次绕组已选定的导线截面将束缚补偿匝数增多。
关于电压互感器在正常作业条件下应满意的温升要求，一般参照各绕组导线核算额定电流密度，根据阅历，铜导线在长时间运转下的电流密度不宜逾越2A/mm2。
关于图3（c）、（f）的接线办法，辅佐电压互感器一次绕组中的电流应是按照主电压互感器抽头和满匝两个电流分别折算到辅佐电压互感器一次绕组中电流的叠加，这种办法下应留心抽头和满匝补偿匝数之和受辅佐电压互感器一次绕组导线截面的束缚。
5、实践检验与理论剖析效果比较,为了验证剖析，借助于实践产品的过失调度进程进行下列暂时检验，未考虑准确级过失限值的要求。产品及辅佐电压互感器的基本参数如表1所示。

5.1辅佐电压互感器接在抽头,选用图3（c）接线（Nf21=Nf22=4），用X3端子引线穿过辅佐电压互感器窗口正补偿4匝，补偿前后过失效果如表2所示。

关于抽头而言，过失补偿值按式（3）核算，补偿值为0.33%，关于满匝而言，补偿值按式（4）核算，补偿值为0.19%，可见，核算效果与表2中过失改动量靠近。
5.2辅佐电压互感器接在满匝,选用图3（f）接线（Nf21=Nf22=5），用X3端子引线穿过辅佐电压互感器窗口负补偿5匝，补偿前后过失效果如表3所示。

关于满匝而言，过失补偿值按式（3）核算，补偿值为-0.416%，关于抽头而言，补偿值按式（5）核算，补偿值为-0.72%，可见，核算效果与表3过失改动量符合。
在表2和表3的实测效果中，补偿前后相位差改动不大，标明本文中笔者举荐的辅佐电压互感器规划结构漏抗小，对相位差的影响可以忽略不计，与剖析效果一起。
6、定论,检验效果标明，上面介绍的辅佐电压互感器规划可以直接应用到产品规划中，给出的过失补偿核算公式还可直接辅导产品生产中的过失调度。