新型TV二次导线压降自动跟踪补偿器的设计

新型TV二次导线压降自动跟踪补偿器的设计

 　　【摘要】　给出一种新型TV二次导线压降补偿器的设计原理和性能，它体积小，重量轻，能自动跟踪TV二次回路电流的变化，并具有断线计时电路，其数据可作为TV二次回路断线期间未记录的用电量的估算依据。

　　【关键词】　TV二次导线压降　补偿器　自动跟踪

　　Design of A New-type Autotracking Compensator of Voltage Drop on TV Secondary Leads

　　Abstract　This paper presents a new-type compensator of voltage drop on TV secondary leads featuring smaller size, light weight and able to tracking the changes in TV secondary loop circuit, the additional open-circuit time-meter can give data for estimating the non-registered electricity due to breakage of TV secondary leads.

　　Key words　TV secondary leads　voltage drop　compensator autotracking

　　0　引言

　　电力系统中用于计量和保护的电压互感器(TV)二次导线通常有几十米到上百米长，二次导线电阻可达欧姆量级，二次导线压降可达几百mV甚至1 V以上，严重影响了电能计量的精度。加装TV二次导线压降补偿器可以提高计量的精度。本文介绍一种基于电流跟踪原理的三相三线式补偿器的设计和性能，此补偿器中还增加了断线计时电路，断线计时数据可作为TV二次回路故障期间少计电量的估算依据。

　　1　电流跟踪补偿原理

　　在图1(a)中，用ZA、ZB、ZC代表TV二次A、B、C三相导线的阻抗，设TV二次出口电压为A、B、C，到达电能表端各相电压为′A、′B、′C，则有： 

　　图1　TV二次导线压降和线电压补偿接线方法

　　对于三相三线式接法，可有相电压补偿和线电压补偿2种方法。采用相电压补偿法时，各相所需补偿电压应为：

　　采用线电压补偿法时仅对UAB和UCB进行补偿，接线如图1(b)所示，由式(5)、(6)可得：

　　即UAB所需补偿电压应为：

　　同理可得UCB所需补偿电压应为：

　　图2示采用线电压补偿法时补前和补后各电压的向量图。

　　图2　线电压补偿法向量图

　　上述分析表明补偿电压和各相电流成正比，只要对TV二次各相电流取样并作适当的放大和移相，即可形成所需的补偿电压。放大的倍数和移相的角度可由现场调试决定，并且和电流信号的幅度无关，当TV二次电流发生变化时，补偿电压也按同样比例变化，便可实现电流跟踪补偿。

　　2　补偿器的设计

　　2.1　方案选择和设计框图

　　根据前述电流跟踪补偿原理，补偿器应包括电流取样电路、补偿电压信号形成电路、补偿电压功率放大和隔离输出电路、直流电源电路等部分，为了实现断线计时功能，还要增加断线检测告警和计时显示电路。其设计框图如图3所示。本设计选择线电压补偿法，可以少用一套功率放大电路和隔离变压器，即降低了成本，又可减小设备的体积和质量。在电流取样电路之后直接引出三根未加补偿电压的输出线，是为了供给TV二次回路中除电能表之外的所有其它负荷，保证电流取样电路能对全部TV二次电流取样。为了不增加TV二次回路负荷，选择站用220 V交流电作补偿器工作电源。

　　2.2　电流取样电路的设计

　　选用精度高而且响应速度快的霍尔元件零磁通式电流互感器，对包含较多高次谐波的电流也能很好地取样。仅用2个电流互感器对A和C取样，根据在三相三线式接法中B=-(A+

　　C)的关系，用运算放大器求出B，少用一个电流互感器，有利于降低成本和减小设备的体积，但在TV二次为三相四线式接法时上述关系不成立，必须使用单独的B相电流互感器。电流互感器输出的电流信号经电阻转换成电压信号，再经过电压跟随器送至后级电路。

　　图3　补偿器设计框图

　　2.3　补偿电压信号形成电路的设计

　　采用先形成相电压补偿信号、再组合成线电压补偿信号的方法，电路如图4所示。每相补偿电压信号形成电路由放大和移相2部分组成，并设置2个可现场调节的电位器分别调节补偿信号的幅度和相位。为了保证相位调节不影响幅度，移相电路采用2级一阶全通滤波器组成，其放大倍数模值恒为1，其幅角可在-90°～+90°范围内调节。各相的调节电位器皆选用精密多圈电位器，以提高调节精度。使用2个减法运算放大器A4和A5实现式(4)和式(5)规定的运算，形成线电压补偿信号ΔAB 和ΔCB并送至功放级。

　　2.4　补偿电压功率放大和输出电路的设计

　　选用OCL功率放大电路加隔离变压器输出的方式，将各相信号处理电路与TV二次回路隔离。为了减小功放管的管耗，专为功放级设计一个自动调节开关电源，该电源电压随补偿电压幅度自动调节，使功放管能避开最大管耗状态。实验表明，此方法可有效地降低功放管的温升。在输出级还设计了一个故障自动退出电路，由图3中继电器J1和J2组成，当补偿器正常运行时，J1和J2吸合使动接点投向右边常开点，补偿电压串入A相和C相导线，在补偿器故障时，J1和J2线圈失电而释放，动接点投向左边常闭点，将TV二次导线直接连到电能表而补偿器退出，故不会引起附加误差。

　　2.5　断线计时电路的设计

　　将TV二次三相电压用电阻网路降压后作三相半波整流，根据整流电压是否间断来判断断相故障。计时电路包括晶体振荡器、分频器、计数器和译码显示电路，由断线故障信号起动计时电路开始计时，最大计时值为999 h。

　　3　实验结果

　　样机经实验室测试和现场运行，结果为：最大电压补偿量：4 V;最大角差补偿量：60′;补偿精度：比差小于0.1%，角差小于10′;跟踪精度：TV二次负荷从50 VA变到20 VA，比差变化不大于0.05%，角差变化不大于2′;温度漂移：环境温度从25 ℃变到45 ℃，比差变化不大于0.04%，角差变化不大于5′;可靠性实验：实验室内额定负荷下连续运行7昼夜，发热元件表面温度不超过45 ℃，电路功能正常。现场运行8个月，电路功能正常。

　　4　结论

　　(1)补偿器达到了所要求的补偿范围和精度，对TV二次电流变化有跟踪补偿能力。

　　(2)补偿器性能稳定，能长期连续地安全运行。

　　(3)只需增加一个电流互感器和一套功率放大和输出电路，便可将本设计改变为三相四线式补偿器，并能使现场调试更为方便。

　　作者单位：戴振刚　戚宇林　尹成群　华北电力大学电力工程系　北　　京 100085　范伟国　东北电业管理局　辽宁沈阳 110006

　　5　参考文献

　　1　彭时雄.电压互感器二次导线压降引起电能计量误差的测试计算及改进技术.北京：水利电力出版社，1987

　　2　李福彬.二次导线压降自动跟踪补偿的研究.电测与仪表，1995(5)