李 浪,何 军

(内江职业技术学院电气电子工程系,四川内江,641000）



影响电能质量测量准确度的主要因素分析

李 浪,何 军

(内江职业技术学院电气电子工程系,四川内江,641000）

摘要：文章首先介绍了电能质量监测的方式及监测内容，然后从电压、电流互感器，电阻、电容分压器，采样方式等三个方面探讨了其对电能质量测量准确度的影响。

关键词：电能质量测量；准确度；电压、电流互感器；分压器；采样方式

0　引言

随着电网结构和负荷构成发生的巨大变化，电能质量问题的含义和内容也在不断丰富和深化。IEEE第22标准协调委员会和其他国际学术委员会最新采用11种专用术语来表达电能质量的主要扰动，具体有：断电、频率偏差、电压下跌、电压上升、瞬时脉、电压波动于闪变、电压切痕、谐波、谐间波、过电压、欠电压，这些电能质量扰动会影响供电可靠性，造成非计划停电或设备损坏，使用户遭受经济损失。

目前，处理电能质量问题的重要手段是仿真计算与实际测量。由于许多随机、不确定因素存在，仿真计算主要用于电网与用户的规划阶段，当电网投入运行或者用户接入系统公共连接点后，实际测量就成为了掌握电能质量真实情况的最有效的办法。本文主要分析了电压、电流互感器，电阻、电容分压器，采样方式等对电能质量测量准确度的影响。

1　电能质量监测的方式及内容

1.1连续监测

连续监测主要用于重要变电站的公共供电点的电能质量监测，监测的主要指标有：供电频率、电压偏差、三相不平衡度、负序电流、电网谐波、有功功率、功率因数等。主要由安装在变电站内的电能质量监测仪完成其监测任务，当电能质量指标超标时，发出警报或控制指令。

1.2定时巡回检测

定时巡回检测主要适用于不需要连续检测或不具备连续检测条件而又需要掌握供电电能质量的情况，一般检测时间为一个月或一季度，检测仪器主要为便携式电能质量分析仪或手持式谐波分析仪。

2　影响电能质量测量准确度的主要因素

2.1电压、电流互感器

在目前的电能质量测试中，电压、电流互感器的电压、电流信号四一个重要的问题，它们的特性直接影响测量结果的准确度。以电力谐波仪为例，输入电压范围为0～380V，输入电流范围为0～10A，因此，不能直接接入高压信号，只有使用电压电流互感器接入分析仪的输入端，以解决电信号的电气隔离问题。因此TA、TV能否不失真的将一次侧的电信号传到二次侧就成为了测量结果是否真实的关键。所以对于谐波测量，首先就要要求互感器具有确定的频率响应，只要互感器具有理想恒定的变比和相位偏移，就可以得到稳定的、可确定的响应。根据电力系统谐波含量的测量要求，对于测量过程来说，互感器变换含有谐波分量的电压和电流信号的特性是很重要的。

2.1.1电流互感器

电流互感器最普通的类型是铁芯的环形绕组互感器。这类互感器的结构决定了其一、二次侧泄漏电感和一、二次侧的电阻都很小。在正常运行情况下，其一、二次侧电流将很小，以至于铁芯不能饱和，运行将处于磁化特性的额定线性部分。电流互感器的频率响应实际上由互感器中存在的电容和电感的关系来确定，这个电容可以是匝间的、绕组间的或杂散电容，其电容效应的等值电路可用与励磁支路并联的一个合适的电容来模拟。

试验表明，这个电容对高频响应有显著的影响，但对低于50次谐波频率的影响可以忽略不计，因为低于50次谐波频率的阻抗比励磁支路的阻抗大很多。因此，在条件允许的情况下，建议测量电流互感器的二次侧支路，并且用精密的钳式电流互感器监测二次侧电流。

2.1.2电压互感器

电压互感器按工作原理分为电磁式电压互感器和电容式电压互感器。

电磁式电压互感器，试验表明，对大约11KV电压运行的互感器，能得到1KHz和可能2KHz或KHz的线性响应，其精确度取决于与互感器一起使用的负载。对更高电压等级的互感器，由于其内部的电容和电感值随绝缘要求和结构的变化而变化，它在低频率下易发生谐振，特定单元的精确响应是其结构的函数。

电容式电压互感器是把一个电容分压器与一个电磁式电压互感器组合在一起从而能使电磁单元的绝缘要求降低，可以节省费用。由电容分压器提供的附加电容将影响电容式电压互感器的频率响应。在国标中明确规定，在没有采取特殊措施的情况下，电容式电压互感器不能用于谐波测量。

根据《电能质量监测设备通用要求》（GB/T19862-2005），电压和电流互感器的相对误差（相对于被测量）应不超过5%，由于TV、TA的误差主要取决于变化的频率特性，因此在测量的频率范围内，变比的变化不应超过5%，当需要测量谐波功率方向时，TV、TA的谐波相角误差不应超过5%。

2.2高精度谐波测量中的电阻分压器和电容式分压器

2.2.1电阻式分压器

电阻式分压器对被测电压直接进行电阻分压取得所需的信号电压，当输出端测量仪器的输入阻抗足够大时，忽略其影响，其基波及谐波的电压信号为：

对于谐波测量，其分压比应与频率无关，保持为常数，因此，分压电阻应为无感电阻。另外对于高电压的测量，R1往往由若干段电阻组成，各点对地的杂散电容也会随电阻离地面的高度变化而变化，这样也会影响高频谐波的测量精度，为了减少这种影响，可以采取对地屏蔽的方法使得离散电容均匀分布。

2.2.2电容式分压器

电容式分压器可以用来测量高电压中的谐波成分，当输出端测量仪器的输入阻抗足够大时，忽略其影响，其基波及谐波的电压信号为：

由于谐波测量时分压比是与频率无关的参数，所以分压器内部的电感须相应减少。通过在500KV电网谐波测试时对电容分压器的有关研究分析，在500KV及200KV系统中，可利用电容分压器的原理测量谐波电压。具体做法是采用电流互感器的末屏电容C1，外接分压电容C2抽取电压。一般测量仪器与测点距离较远，为便于信号传输，该抽取电压较高（如100V)，至仪器处再采用电阻分压或电容分压进行二次分压，具体采用哪一种，需对包括测量仪器输入阻抗在内的整个分压系统的分压比和相角误差的频率特性进行计算确定。

由于分压器是直接接入高压系统，所以为保证测量人员和仪器的安全，必须采用各种必要的安全隔离措施。

2.3采样方式及其对测量算法的影响

电能质量参数测量的基础是采样数据，不同的采样方式对测量算法的选择有很大的影响，采样方式一般可采用异步采样和同步采样。

2.3.1异步采样

2.3.2同步采样

3　结语

随着电网建设的不断发展和用电质量要求的不断提高,电网电能质量监测、评估和治理以成为备受人们关注和亟待解决的问题。目前已有相关标准对电能质量测量的准确度做出了规定,但是如何评判测量过程是否达到这一准确度要求问题的研究还比较少。还没有一套完整的规范对电能质量测量仪器进行检定。本文只简要的从三个方面分析了影响电能质量准确度的因素。另外保证测量数据的准确性,还应考虑环境条件、电磁兼容性、机械性能等影响因素。

随着科学技术的不断发展，电能质量测量系统正逐步实现网络化、智能化、标准化，更先进的监测系统，如故障分析型、预见维护型也会成为对电网安全经济运行进行综合评价不可缺少的一部分。人们必定能够通过现先进的技术对电网电能质量进行精确的测试和评估,从而进行电网规划和治理,达到电能质量与电能的优化利用。

参考文献

[1] Angelo baggini.电能质量手册[M] . _湘宁,陶顺,徐永海.北京:中国电力出版社,2010, 100-103

[2] 张红川.电能质量测量准确度影响因素分析及实验研究[D] .华北电力大学硕士学位论文,2012

[3] 何学农.现代电能质量测量技术[M] .北京:美国福禄克公司,2011,204-208

Analysis of the main factors affecting the accuracy of power quality measurement

Li Lang,He Jun
(Department of electrical and electronic engineering Neijiang Vocational and Technical College Neijiang Sichuan,641000)

Abstract：At first,the paper introduces the power quality monitoring methods and monitoring content,then from the voltage,current transformer,resistors,capacitors,divided voltage regulator,sampling mode three aspects of the electrical energy quality measurement accuracy of impact.

Keywords：power quality measurement;accuracy;voltage and current mutual inductor;voltage divider;sampling method

作者简介

李浪，男（1981.11—），汉族，四川资阳，本科，讲师，研究方向：电力系统输配电

何军，男(1967－)，汉族，四川资中，本科，讲师，研究方向：电气技术。