多路计量用电压互感器在线监测系统的设计与方法

利用该方法可以对多路电压互感器同时进行在线误差测试，解决了对互感器进行离线检定时工作量大、实时性差的问题，减少了设备反复接线的麻烦，缩短了检验时间，提高了工作效率。

1 现场检定的现状及存在的问题

电压互感器的二次压降及负荷直接关系到电能计量的误差，为了保证计量的准确性，计量用电压互感器必须按照DLT448-2000《电能计量装置技术管理规程》中的相关规定进行定期检验。然而受各种因素的影响，在实践中还存在着一些有待改善的问题。这些问题表现如：采用离线式电压互感器二次回路电压降及负荷的传统测量方法，但是受技术因素影响，以及人为的责任心不足问题，可能带来设备损坏的现象。又如，一些意外因素事故的发生，以及无人值守变电站电压互感器一次、二次回路的断线故障，这些情况难以及时被发现。而采用在线式电压互感器二次回路压降及负荷的测量方法，对同一变电站多个电压互感器需采用多个监测设备进行测试，接线比较杂乱且成本较高。本文提出一种可多路切换电压互感器进行二次压降在线监测的方法，较好地解决了上述问题。

2 电压互感器二次压降及负荷测试原理

在发电厂和变电站中，从现场装设的电压互感器（PT）需要经过二次导线、各种开关、熔断器、继电器触点、端子排等才能到达控制室内的电度表，这些中间环节存在着一定的电阻，由于老化、锈蚀等原因，电阻还会不断加大。如果二次所接表计、继保装置及其它负荷较重，负荷电流也较大，同时还有负载功率因数、接线方式、外磁场在二次回路中感生的电势等都会影响和产生PT 二次回路的电压降。实际运行中，这部分压降造成的误差往往比电能表和电压互感器本身的误差大的多，以至严重影响电能计量的正确性。

2.1 PT二次压降数学模型及测量原理

电能计量装置的PT 二次回路，有三相三线制和三相四线制两类接线型式。在此，以一个电压回路为例，其等效电路如图1 所示：

图1 中：Upt 代表PT 侧电压（矢量）；Uyb 代表仪表侧电压（矢量）；Rr代表各种接触电阻（可变）；R代表线路直流电阻；X代表线路电感；I 代表线路电流。

线路二次压降△ U=Upt - Uyb = I×（Rr+R+jX）由于接触电阻Rr 的可变性和仪表侧负载也常常在一定范围内变化，最终导致电压降也随着在一定范围内变化。

基于上述原理，采用现场数字化的方法来进行PT 二次回路电压降的测试。其原理如图2 所示。

该方法测试原理是利用高精度的电压互感器分别把PT 侧和仪表侧的电压隔离后进行现场数字化处理，然后把处理的数据直接通过现场总线和控制终端进行通讯。由监控主机完成数据计算以及分析。这种方法能够实时监控二次压降、避免了使用放线车带来的各种弊端，同时也增加了安全性。

2.2 PT二次负荷测试原理

PT 二次负荷测试原理见图3.

电压互感器的误差与二次负荷的关系称为负荷特性。负荷误差是由于负荷电流在一次及二次线圈电阻和漏电抗上的电压降产生的。如果电压互感器空载下的比值差f0,相位差δ 0已测定，再测量它在额定负荷ZE,COS Ф =1时的比值差和相位差δe,就可以通过计算得到任意负载Z b 下的比值差f 和相位差δ。

从多数情况来看，如果电压互感器负荷增大，那么比值差会向负方向变化；与此不同的是，相位差向正方向或负方向变化都有可能，这就要视情况而定了。电压互感器在负荷的功率因数减小时，这对比值差的影响很小，其方向可正可负，相位差则向正方向变化。

综合以上分析来看，我们可以认为，如果得知电压互感器的初始误差就可以通过现场实际负荷的情况得出电压互感器的实时误差。

3 多路电压互感器在线监测整体设计

多路电压互感器的在线监测，整体设计框图如图5 所示。先由DSP 控制互感器多路切换板，切换至需要监测的互感器，模拟电路板负责采集电压、电流信号，采集到的信号通过处理、放大等送到数字板进行AD 转换，由数字板进行初步处理计算，再通过串口传输至监测主机。实现了整个在线监测的过程。

4 多路电压互感器在线监测各部分设计

4.1 互感器多路切换电路的设计

互感器的多路切换是由DSP 芯片的IO 口控制的，原理框图如图6 所示。经光耦隔离后，由驱动芯片驱动多路继电器进行切换，可切换2~8 路互感器输入。

4.2 现场数字化处理电路的设计

现场数字化处理电路是核心部分，包括模拟采样板和DSP 主控板两部分组成，模拟板采用测差式线路，差值信号经过取样、放大和滤波之后进入A/D 采样；而数字板则是将采集到的信号进行A/D 转换，计算得出PT 二次压降和二次负荷。DSP 主控板原理框图如图7所示。

4.3 在线监测软件的设计

软件采用SQL 2000 数据库，整套应用软件主要有计量在线监测管理系统、在线通讯程序和WEB 服务器软件。该软件在功能上应实现以下目标：系统建模功能；在线通讯功能：采用Modbus 工业协议，用轮询的方式对多路PT 的二次压降、二次负荷值等进行通讯；数据查询功能：可以实时监测最新的数据，也可按小时、天查询历史数据，以及现场检定时数据的显示；系统维护功能：设置不同的用户权限，数据库管理以及查询系统事项等；WEB 浏览功能（WEB 查询功能采用B/S 结构实现）；远程维护功能。

5 结束语

综上所述，针对计量用电压互感器进行在线监测的方法，是为保证一次运行设备的安全，在变电站复杂的环境下，使一次设备在与一次系统的连接环节采取隔离及保护措施。本方法可以有效地完成多路电压互感器的在线监测工作，提高工作效率、降低工作危险，保证人员和电网安全。