電能質量測試儀不直接碰高壓。10kV 母線上的電壓同幾百安的電流,都要先經互感器變換一次,儀器接在二次側。這一條決定了后面全部接線動作。
GB/T 20840.103-2020《互感器 互感器在電能質量測量中的應用》管的正是這條路徑。這份標準 2020-03-31 發布、2020-10-01 實施,現行,78 頁,歸口全國互感器標準化技術委員會。標準號里的后綴 103 是它在互感器標準族內的編號。適用范圍寫明,給出電能質量參數的定義同說明,互感器對電能質量測量的影響同電能質量測試指導,適用于工作在工頻交流電力系統中的電磁式同電子式互感器,具模擬量或數字量輸出,供電氣測量儀表使用,用于電能質量參數的測量及其結果評定。
標準里有一句定位的話,本部分為使用高壓互感器測量電能質量參數提供指導。這句話是全篇的落點。借互感器測電能質量,同借互感器測電量不是一回事。后者只關心基波這一條線,前者要把諧波、間諧波、暫降、閃變這些量一并傳過來。
GB/T 20840.103-2020 列出的電能質量參數共十類。電網頻率、供電電壓電流幅值、閃變、供電電壓暫降同暫升、電壓中斷、瞬態電壓、供電電壓不平衡、電壓電流諧波同間諧波、疊加在供電電壓上的信號電壓、快速電壓變化。接線之前先看任務落在哪一類上,因為不同參數對互感器的要求不同。
這份標準還把電壓范圍切成了三檔。低壓是 1kV 以下,中壓是 1kV 及以上、52kV 及以下,高壓是 52kV 以上。儀器接在哪一檔,接線的復雜程度差得很遠。
量先降下來,再說怎么接。
電壓通道的輸入阻抗做得很大,通常在幾十千歐量級。這樣的通道只能并聯在被測兩點之間,不能串進回路里。
現場的取點是電壓互感器二次端子。多數柜型把二次引到端子排或試驗接線盒上,儀器從那里并接。并接之后,原有回路不受影響,儀表同儀器各取一份電壓。
輸入阻抗大帶來兩個后果。好處是并聯后幾乎不分流。限制是它對導線壓降不敏感,互感器二次側到儀器之間的導線電阻引起的壓降會原樣進入讀數。導線長、截面小、端子氧化,壓降隨之變大,電壓讀數偏低。要求高的場合,二次壓降要單獨測。
GB/T 20840.3-2013《互感器 第3部分:電磁式電壓互感器的補充技術要求》在 5.301.2 條給出標準值。接到單相系統或接到三相系統線間的單相電壓互感器同三相電壓互感器,額定二次電壓為 100V。用于三相系統相與地之間的單相電壓互感器,當額定一次電壓為某一數值除以根號 3 時,額定二次電壓應是 100 除以根號 3 伏,以保持額定電壓比不變。
兩檔要分清。接成線電壓取 100V,接成相電壓取 57.7V 上下。儀器里若把接線方式設成三相四線,卻按線電壓的量程去核對讀數,讀數會整體偏低。
電壓互感器二次側短路,會在二次繞組里產生大電流,繞組同導線承受不住。現場操作里,電壓回路要經熔斷器或小型斷路器后再引到端子排,導線截面按回路電流選。拆線前先斷開,接完再合上。
電流通道的輸入阻抗做得很小。這樣的通道要串進電流互感器二次回路,讓二次電流從儀器里穿過去。
電壓通道并上去即可,電流通道必須把二次回路打開一個口子,把儀器串進去。這一步要短接片配合。先把電流互感器二次短接,再拆開原回路接儀器,接好后拆除短接。順序顛倒,二次回路出現開路。
GB/T 20840.2-2014《互感器 第2部分:電流互感器的補充技術要求》在 5.202 條寫明,額定二次電流標準值為 1A 同 5A。對暫態特性保護用電流互感器,額定二次電流標準值為 1A。同一條的 5.201 給出額定一次電流標準值為 10A、12.5A、15A、20A、25A、30A、40A、50A、60A、75A 及其十進制倍數或小數。
選 5A 還是 1A,看現場。1A 的二次電流在長距離傳輸里壓降小,適合互感器同儀表相距較遠的場合。5A 是國內存量柜里的常見配置。
電流互感器二次側開路,一次電流全部用來勵磁,鐵芯深度飽和,二次側感應出高壓,危及人身同設備。這一條是電流回路操作的底線。
電流通道串進回路,多出一份阻抗。電流互感器的二次負荷包含儀器電流通道的阻抗、導線電阻同接觸電阻。負荷增大,互感器誤差跟著增大,超出額定輸出范圍時誤差超出準確度等級對應的限值。DL/T 448-2016 對二次回路的管理要求覆蓋這一層,二次負荷測試同二次壓降測試是現場的兩項常規檢查。
順序不能倒。先短接,再拆線。
儀器里通常有兩檔接線方式可選,選錯一個,功率同不平衡度的算法跟著錯。
三相四線制下,電壓取三相對中性點,電流取三相,共三個電壓通道同三個電流通道,另接中性線。低壓配電系統多為這種形式。
三相三線制下,沒有中性線可引。電壓取三個線電壓,電流只需兩相。國內 10kV 配電系統多是不接地或經消弧線圈接地,屬三相三線的典型場合。
把三相三線當成三相四線去接,中性線通道懸空,儀器取不到相電壓,只能反推。反推出的相電壓在三相不平衡時失真,不平衡度同零序分量算不準。反過來把三相四線設成三線,已有的中性線信號被丟掉,同樣算不對。
先數現場有幾根線,再去設儀器的接線方式。
三相三線只用兩個電流通道,依據是基爾霍夫電流定律。
三相三線制下三根相線的電流之和恒為零。測出 A 相同 C 相的電流,B 相電流由兩者之和取反得到。這一算法建立在三相電流瞬時值之和為零的前提上。
若電纜的屏蔽層接地線、電纜護層、或旁路支路分走了一部分電流,三相之和不再為零。此時兩表法算出的 B 相電流帶偏差。現場若發現三相電流不平衡度異常偏大,先查有沒有分流路徑,再懷疑儀器。
同一測點用三表法同兩表法各測一次,若兩者差別明顯,說明前提被破壞。這一對比是現場核對接線方式的有效手段。
儀器里要輸入電壓互感器變比同電流互感器變比。兩者相乘得到綜合倍率,一次側的量值由二次側讀數乘這個倍率得出。
舉個算例。10kV 側配 10000 比 100 的電壓互感器,變比是 100。配 100 比 5 的電流互感器,變比是 20。綜合倍率是 100 乘 20,得 2000。二次側線電壓 100V、二次電流 5A 時,二次側三相視在功率是根號 3 乘 100 乘 5,約 866 伏安。乘上倍率 2000,一次側約 1732 千伏安。
若現場取的是相電壓接法,二次相電壓是 100 除以根號 3,約 57.7V,二次側三相視在功率約 500 伏安,乘同一個倍率得 1000 千伏安。同一個測點,兩種接法算出的量值不同,差別來自取的是線電壓還是相電壓。
GB/T 20840.2-2014 在 6.13.201 條給出端子標志規則,一次側標 P1、P2,二次側標 S1、S2,S1 同 P1 為同名端。電流互感器接反,該相功率反向,功率因數同有功方向都反。三相功率相加時,這一相變成減項,總有功顯著偏小。
極性檢查在現場可用直流法。一次側加一節干電池,二次側接指針表,合閘瞬間看表針偏轉方向。也可用儀器自帶的相量圖功能,直接看各相電流相對電壓的相位。
電壓同電流若接在不同相上,比如 A 相電壓配 B 相電流,功率讀數會按錯誤的相位差計算。核相序這一步不能省。
100V 同 100 除以根號 3 伏兩檔,適用哪一檔取決于互感器一次繞組怎么接。接在相間取 100V,接在相與地之間且一次電壓是某值除以根號 3 時,取 100 除以根號 3 伏,這樣額定電壓比保持不變。
GB/T 20840.3-2013 在 5.301.3 條另給一檔。擬聯結成開口三角形產生剩余電壓的繞組,其額定二次電壓為 100 除以 3 伏或 100V。100 除以 3 伏只適用于額定電壓因數 1.9 的電壓互感器,100V 只適用于 1.5 的。
同一標準的 5.302 條同表 303 給出電壓因數標準值。1.2 連續適用于任一電網中的相間,同中性點有效接地系統中的相與地之間。1.5 持續 30 秒適用于帶自動切除對地故障的中性點非有效接地系統中的相與地之間。1.9 持續 30 秒,另有 1.9 持續 8 小時一檔,適用于無自動切除對地故障的中性點絕緣系統或諧振接地系統中的相與地之間。
電壓因數決定互感器在過電壓下的工作邊界,也決定測暫升時能測到多高而不失真。
GB/T 20840.103-2020 的題目里寫著「互感器在電能質量測量中的應用」,正文給的不是接線圖,而是影響量。
電磁式互感器在工頻附近傳變準確,頻率一高,鐵芯的損耗同繞組的分布參數起作用,幅值同相位都跟著變。儀器測到的是互感器二次側的量,不是一次側的真實量。
電流互感器同電壓互感器都有相位差。基波下的相位差在準確度等級里已限定,諧波下的相位差隨頻率放大。測諧波功率方向時,這一項直接決定方向判得對不對。
電流互感器在一次電流過大或含直流分量時飽和,二次電流的波形被削頂。儀器把削頂的波形當成真實波形去算,諧波含量會憑空多出一批。判諧波是否超標之前,先看電流波形有沒有削頂。
電流互感器同電壓互感器的準確度等級,是在規定的負荷范圍同頻率條件下給出的。GB/T 20840.2-2014 給電流互感器規定的準確級,其誤差限值對應的是工頻條件。諧波頻段不在限值覆蓋范圍內。儀器讀到二次側的量之后乘變比還原到一次側,這一步默認互感器在工頻下準確,不默認它在諧波下準確。
二次回路上掛的儀表越多,電流互感器的實際負荷越大。負荷超出額定輸出,誤差超出限值。加裝儀器之前先算一遍二次負荷,再決定是否要單獨取一組互感器繞組。
50Hz 系統里,2 次諧波是 100Hz,25 次是 1250Hz,50 次是 2500Hz。儀器本身能測到 50 次,不代表整條鏈路能傳到 50 次。
電磁式電壓互感器在數百赫以上出現諧振點,幅值響應起伏。測 25 次及以上的諧波電壓時,讀數可能明顯偏離一次側真值。GB/T 20840.103-2020 把互感器的頻率響應列為影響量,正是這個原因。
電容式電壓互感器由電容分壓同電磁單元組成,頻率特性比電磁式更差,高頻段衰減更大。在需要測高次諧波的場合,電容式電壓互感器不宜作為取壓點。
電子式互感器用羅氏線圈或光學原理,頻帶比電磁式寬。GB/T 20840.103-2020 的適用范圍寫明同時覆蓋電磁式同電子式互感器。新建站里若諧波測量是重點,取壓同取流的方式要在設計階段定。
諧波測試報告里應寫明取壓用的是電磁式還是電容式電壓互感器,同互感器的準確級。同一測點換一種取壓方式,高次諧波的讀數可能差出一截。取壓點要寫明。不寫清楚,報告事后無法復核。
鉗形互感器直接卡在電纜上,不需要斷開二次回路。它的二次輸出同樣是電流信號,多做成小電壓信號或毫安級。用于不便停電的場合。
卡的位置要選對。多根電纜并聯時,只卡一根讀到的是這一根的電流,不是總電流。卡在電纜屏蔽層的接地線上,讀到的是護層環流,不是負荷電流。
羅氏線圈輸出的是與電流變化率成正比的電壓信號,需經積分器還原。它對直流不響應,低頻響應也弱。測工頻電流可以,測含直流分量的場合不適用。
開口式互感器的鐵芯分成兩半,接合面若留有氣隙或夾入雜物,誤差顯著增大。安裝時接合面要清潔同壓緊。
電壓互感器的剩余電壓繞組聯結成開口三角形,輸出的是三相電壓的零序分量。系統正常運行時開口處電壓接近零,單相接地時抬升。
測不平衡度同零序電壓時,這一路是有用信號。測諧波同閃變時,多數儀器從三相相電壓里算,不依賴開口三角。接不接取決于要測的量。
剩余電壓繞組的額定二次電壓是 100 除以 3 伏或 100V,兩檔對應不同的額定電壓因數。接錯檔位,接地時的讀數會超量程。
接完先看二次側電壓讀數同電流讀數。10kV 側電壓互感器二次額定 100V,實測在 100V 附近。電流讀數乘變比后應與一次側實際負荷電流可比。數值差一個倍數,先查變比設置。
用儀器的相量圖功能看三相電壓的相對位置。ABC 應為正相序,間隔約 120 度。相序反了,功率算法跟著反。
有功功率應為正值,方向指向負荷側。讀數為負,先查電流極性,再查電流通道接的是不是同一相。
三相電壓不平衡度在正常運行下是百分數里的小量。讀數偏大,先核對三相電壓通道有沒有接在不同相上,再核對中性線接沒接好。
接線方式、變比、極性檢查結果、取壓取流方式,四欄寫進記錄表。下次復測照表核對,能省掉一半排查時間。
互感器二次回路要接地,且只在一處接地。多點接地會形成環流,疊加在測量信號上。接地點選在端子排或保護屏的接地母線上。接地只做一處。
GB/T 20840.2-2014 在 6.5 條寫明,電流互感器的接地連接處應有直徑不小于 8 毫米的接地螺栓,或有其他供接地線連接用的零件,接地連接處應有平整的金屬表面。同一條的注里寫明,對標稱電壓不大于 0.66kV 的電流互感器,可采用直徑為 6 毫米的接地螺栓。
DL/T 448-2016《電能計量裝置技術管理規程》2016-12-05 發布、2017-05-01 實施,全部代替 DL/T 448-2000,歸口中國電力企業聯合會。規程覆蓋電能計量裝置的技術管理,二次回路的接線同接地要求落在這一層。
電流回路操作前先短接,拆線后保持短接直到接回。電壓回路操作前先斷開電源側,接線后核對無短路再送電。兩條規矩都不復雜,出事故的多是沒有照做。
A 相電壓配 B 相電流,功率因數同有功都錯。用相量圖一眼能看出。
拆線時未先短接,或接完忘了拆短接片。前者產生高壓,后者把儀器旁路掉,讀數恒為零。開路要防。
接線時導線碰在一起,或誤把電壓通道串進回路。電壓讀數直接歸零,熔斷器動作。
把電流互感器變比輸成電壓互感器變比,或漏輸一位。讀數差一個數量級,用幅值核對能立刻發現。
三相三線設成三相四線,或反過來。不平衡度同零序分量失真。
卡在屏蔽層接地線上,或只卡了并聯電纜中的一根。讀數偏小甚至接近零。
諧波讀數異常時,先懷疑取壓取流環節,不急著判電網有問題。
一臺電流互感器二次側同時掛了儀表、保護裝置同測試儀器,負荷疊加。超了額定輸出,誤差超限值。先算負荷再接。
互感器到儀器之間的導線電阻計入二次負荷。距離長、截面小,壓降大,電壓讀數偏低。長距離場合優先選二次額定 1A 的電流互感器,壓降小。
現場有幾根相線、有沒有中性線,數清楚再定三相三線還是四線。
電壓互感器二次是 100V 還是 100 除以根號 3 伏,電流互感器二次是 5A 還是 1A,這兩項決定儀器的量程配置同接線方式。
變比數值同極性檢查結果要寫進記錄表。換人復核時,這兩項是常常對不上的。
若任務是諧波,先問清楚取壓點是電磁式還是電容式電壓互感器。電容式在高次諧波上失真大,必要時改用其他取壓方式或換測點。
鉗口尺寸要能卡住電纜外徑,卡不上或卡不嚴,誤差增大。
設備本身的通用要求看 GB/T 19862-2025《電能質量監測設備通用要求》,2025-10-05 發布、2026-02-01 實施,全部代替 GB/T 19862-2016,歸口全國電壓電流等級和頻率標準化技術委員會,適用于交流電力系統用固定式同便攜式監測設備。測量方法的現行依據是 GB/T 17626.30-2023《電磁兼容 試驗和測量技術 第30部分:電能質量測量方法》,2023-12-28 發布、2024-07-01 實施,全部代替 GB/T 17626.30-2012,修改采用 IEC 61000-4-30:2021。
可以。兩表法的依據即三相電流之和為零,兩個電流通道足夠。前提是現場沒有分流路徑。
看傳輸距離同存量配置。1A 在長距離傳輸里壓降小,5A 在國內存量柜里常見。儀器量程要同現場一致。
二次繞組過流,熔斷器動作或繞組受損。接線前先斷電,接完核對無短路再送電。
不一定。取壓取流環節的頻率特性往往是主因。先核對互感器的類型同接法,再評價儀器。
看測什么。測零序電壓同接地故障要接,測諧波同閃變多數不依賴這一路。
在不便斷開回路的場合可以。讀數精度受鉗口閉合狀態同卡位影響,用作長期監測時不如接入式穩定。
多數儀器有相量圖功能,能看出電流相位反了 180 度。沒有相量圖時,用直流法或功率方向判斷。
電壓互感器變比乘電流互感器變比。一次側量值由二次側讀數乘倍率得出,算完用一次側實際負荷核對一遍。
電能質量測試儀的接線,先分清接在哪一側。電壓回路并聯,電流回路串聯,這一條是全部動作的起點。
三相三線同三相四線的選擇決定通道數,變比同極性決定讀數對不對,互感器的頻率特性決定諧波測得準不準。四項都要在接線時一次做對。
儀器側的要求由 GB/T 19862-2025 同 GB/T 17626.30-2023 給出,互感器接入電能質量測量的路徑由 GB/T 20840.103-2020 給出,二次側的額定值由 GB/T 20840.2-2014 同 GB/T 20840.3-2013 給出。幾份標準各管一段,接線的每一步都能落到條文上。
接線這件事,出錯的地方常常不在儀器上。多數偏差來自變比輸錯、相序接錯、取壓點選錯這三處。三處都在互感器二次側,同儀器本身的性能無關。錯多在二次側。
接完先核幅值,再核相序,后核功率方向。三步走完,讀數才敢拿去判合格。