一种基于三端口网络的互感器电压系数测量系统和方法

技术领域

本发明涉及高电压测试技术领域,并且更具体地，涉及一种基于三端口网络的互感器电压系数测量系统和方法。

背景技术

我国1kV-1000kV全系列工频电压比例标准装置，由6台不同电压等级(1kV、10kV、110/√3kV、220/√3kV、500/√3kV、1000/√3kV)的标准电压互感器组成。1kV感应分压器通过参考电势法进行的误差校准，不确定度可以达到10-7量级以上。对于10kV及以上标准电压互感器，则通过以下两步进行误差校准，(I)：在10％-20％额定电压点，用电压等级低的标准电压互感器直接标定。(II)：采用“递推法”测量从N％到2N％额定电压下的误差变化量，即电压系数。通过1次步骤(I)和多次步骤(II)，即可得到20％-120％额定电压下的误差。

电容器电压系数法是其中一种“递推法”，该方法基于标准电容器具有较高的电压系数特性，目前在国际上被广泛使用。另外一种“递推法”称为串联加法，该方法最早由德国联邦物理技术研究院(Physikalisch-Technische Bundesanstalt，PTB)学者提出，最初电压等级达到35kV，测量不确定为比值误差12ppm和相位误差35μrad。1990年中国学者对其进行了改进，该改进方法操作起来更简单且测量准确度更高，电压等级达到110/√3kV,测量不确定为比值误差10ppm和相位误差10μrad。随着特高压电网的兴起及飞速发展，串联加法适用的电压等级需再次提升。在测量线路中增加一台高压隔离互感器(High VoltageIsolated Transformer,HIVT)，成功的解决了电压等级的限制，目前电压等级已达到1000/√3kV。

随着电压等级的提升，受泄漏和邻近干扰的影响，电压互感器电压系数测量不确定急剧增大，屏蔽泄漏是影响串联加法的主要因素。在互感器串联原理中，上级互感器的一次侧高压绕组处于抬升电位，与屏蔽间的电位压是传统工作方式的两倍。由于分布电容影响，一次绕组与屏蔽间的泄漏电流增大，因此会导致上级互感器的误差改变。此外，邻近干扰也会影响串联加法的测量精度。在高压电压下，使用两台电压互感器串联，需要考虑两台互感器设备之间存在不能忽略的电磁干扰(包括连接导线对互感器设备产生的测量干扰)。在串联加法过程中，需要改变试验线路，设备相对位置及导线连接方式会发生变化，理论上会产生不同的电磁干扰，这些干扰造成的测量误差通常不能在测量过程中自行抵消。

发明内容

为了解决现有技术中，电压互感器电压系数测量受屏蔽泄漏和邻近干扰的影响，导致测量精度下降的技术问题，本发明提供一种基于三端口网络的互感器电压系数测量系统，所述系统包括：

升压器T

双级串联单元，其为三端口网络，包括两个串联的接地型双级电压互感器VT

测量单元，其与双级串联单元的输出端口A

进一步地，所述测量单元包括：

第一测量单元，其与待测电压互感器VT

第二测量单元，其与双级串联单元的输出端口A

结果输出单元，其用于根据电势差

进一步地，所述结果输出单元根据电势差

若取电势差

若取电势差

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种利用本发明所述系统测量电压互感器电压系数的方法，所述方法包括：

当升压器T

当升压器T

当VT

根据测量结果ε

进一步地，所述根据测量结果ε

进一步地，根据测量结果ε

用一台额定电压低，且准确度高的标准电压互感器，通过直接标定法确定待测电压互感器VT

根据待测电压互感器VT

本发明所述基于三端口网络的互感器电压系数测量系统和方法将两个变比与待测标准电压互感器相同的双级电压互感器串联后，再与一个隔离电压互感器组成三端口网络，并通过所述三端口网络的输出端口与待测标准电压互感器的二次绕组的不同接线方式，采用递推法计算互感器电压系数，所述系统和方法基于双级互感器误差线性好的特点，采用双级电压互感器串联形成三端口网络，并基于三端口网络的输出端口与待测标准电压互感器二次绕组的不同接线方式，测量过程中采用新的迭代算法，通过新的电压系数表达式计算互感器电压系数，将屏蔽泄漏和邻近干扰的影响消除，提升了电压系数测量的准确度水平。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的基于三端口网络的互感器电压系数测量系统的结构示意图；

图2为根据本发明优选实施方式的双级串联单元的结构示意图；

图3为根据本发明优待实施方式的无源线性三端口网络的结构示意图；

图4为根据本发明优选实施方式的基于三端口网络的互感器电压系数测量方法的流程图；

图5为根据本发明优选实施方式的基于三端口网络的互感器电压系数测量系统的一个接线示意图；

图6为根据本发明优选实施方式的基于三端口网络的互感器电压系数测量系统的另一个接线示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式的基于三端口网络的互感器电压系数测量系统的结构示意图。如图1所示，本优选实施方式所述的基于三端口网络的互感器电压系数测量系统100包括：

升压器T

图2为根据本发明优选实施方式的双级串联单元的结构示意图。如图2所示，双级串联单元102为三端口网络，包括两个串联的接地型双级电压互感器VT

图3为根据本发明优待实施方式的无源线性三端口网络的结构示意图。如图3所示，所述无源线性三端口网络具有两个输入端口A

上式中

上式中

为了使图3的三端口网络进行电压串联线性叠加，则采用图2所示的网络结构，即由接地型双级电压互感器TV

式中e,f,g为比例常数，

同理可得：

式中m,k为比例常数，

实际上互感器铁心的励磁阻抗具有非线性，因此导纳矩阵[Y]含有非线性项，但不改变网络的拓扑结构。换句话说，仍然具有叠加性，虽然电流的解是非线性的，但支路电压仍然可以叠加得到，输出端口的电压

若电压互感器TV

测量单元103，其与双级串联单元102的输出端口A

优选地，所述测量单元103包括：

第一测量单元131，其与待测电压互感器VT

第二测量单元132，其与双级串联单元的输出端口A

结果输出单元133，其用于根据电势差

优选地，所述结果输出单元133根据电势差

若取电势差

若取电势差

图4为根据本发明优选实施方式的基于三端口网络的互感器电压系数测量方法的流程图。如图4所示，本优选实施方式所述的基于三端口网络的互感器电压系数测量方法从步骤401开始。

步骤401，当升压器T

在本优选实施方式中，设待测标准电压互感器VT

而另一方面，根据双级串联单元的三端口网络的电压关系可以得到：

从公式(9)和(10)可以看出，端口

步骤402，当升压器T

图5为根据本发明优选实施方式的基于三端口网络的互感器电压系数测量系统的一个接线示意图。在本优选实施方式中，步骤402中所述互感器电压系数测量系统的接线方式如图5所示，当k等于1时，升压器T

而另一方面，根据双级串联单元的三端口网络的电压关系可以得到：

步骤403，当VT

图6为根据本发明优选实施方式的基于三端口网络的互感器电压系数测量系统的另一个接线示意图。在本优选实施方式中，步骤403中所述互感器电压系数测量系统的接线方式如图6所示，当k等于1时，VT

而另一方面，根据双级串联单元的三端口网络的电压关系可以得到：

根据公式(10)和公式(12)可知：

对比公式(14)和公式(15)可得：

步骤404，根据测量结果ε

三端口的输出响应

根据公式(17)可得：

公式(18)为k等于1时确定的电压互感器系数

优选地，根据测量结果ε

用一台额定电压低，且准确度高的标准电压互感器，通过直接标定法确定待测电压互感器VT

根据待测电压互感器VT

本优选实施方式为了验证本发明所述系统和方法的技术效果，选取同一台准确度等级为0.01级的110/√3kV电压互感器(记作VTx)作为被测电压互感器，将本文提出的双级互感器串联法、德国PTB电容器递推方法和传统串联加法三种方法进行比对。

1)方法#1：双级互感器串联法

首先本文提出的双级互感器串联方法测量VTx在15％～120％的电压系数，VT

2)方法#2：电容器电压系数方法

将方法#1中的VT

3)方法#3：传统互感器串联加法

用传统串联加法对方法#1中的VT

表1电压系数测量

(a)比值误差

(b)相位误差

三种方法的最终比对结果如表2所示。

表2测量结果比对

(a)比值误差

(b)相位误差

由表2可以看出，方法#1和方法#2两种方法结果一致性很好，比对结果偏差小于比值误差2ppm和相位误差2μrad。而方法#3相对于方法#1偏差较大，对比结果偏差分别为比值误差约10ppm和相位误差15μrad。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。