标准规范下载简介：

内容预览由机器从pdf转换为word，准确率92%以上，供参考

GB／T 20840.103-2020 互感器 第103部分：互感器在电能质量测量中的应用.pdf

互感器主要用于保护和测量，即为继电保护和测量仪表提供满足准确度要求的二次适配信号。 互感器主要用于电流、电压、频率和功率的测量，并依此进行互感器的构思、标准化、设计、制造、试 验等。 当前电力系统对于某给定点的电气特性研究需求不断提高，即评估其是否符合一套参考技术参数： 也就是测量系统指定点的电能质量。 从家用到工业领域，很多新发展起来对电能质量敏感的应用装置都需要技术标准，以保护相关 装置。 GB/T17626.30一2012对电能质量测量方法（和相应准确级）做出了详细定义。在低压应用中，互 感器可实现高准确度测量，并符合GB/T17626.30一2012对测量等级的要求；在高压应用中，电压互感 器和电流互感器是测量链的一部分，但是它们对测量的影响尚未统一。 在工频下，可以认为同等级所有互感器特性相同；然而，在其他频率下，互感器的特性可能发生改 变，不仅不同型号之间，甚至于同一型号互感器的不同样本也可能如此。 本部分旨在为上述问题提供参考，在可能的情况下，给出所用方法及步骤，并指明待解决问题及研 究方向。 以下章条根据GB/T17626.30一2012给出了电能质量参数的描述，并且考虑到了互感器对测量链 的可能影响。 附录C给出了互感器和电能质量测量中未解决的问题，这些问题主要与互感器的实际运行状况 有关。

GB/T20840.103—2020

为了确定和量化互感器对电能质量测量的不确定度影响，应同时考虑测量链中互感器对于一个给 定扰动的电气特性和测量方法。原理结构如图1所示。 注：图1所示的测量链与GB/T17626.30一2012中4.2所描述的相同，只是用“互感器”替换了“测量传感器”，以便 与互感器专业所用术语保持一致，

FZ/T 12016-2014 涤与棉混纺色纺纱互感器对整体不确定度的影响可用一个结合了 图2所示。

图2互感器对整体测量不确定度的影响9

在A类或S类电能质量分析仪中，来自互感器的信号被数字化并在几个时间间隔内加以处理： 基于一个周波的方均根电压测量，每半个周波更新一次（Ums(1/2)）； 对于频率测量，每10个周波为一个测量时间间隔； 一每150个周波对10个周波间隔测量记录累积一次； 每10.min对10个周波间隔测量记录累积一次； 每2h对10min间隔测量记录累积一次。

累积是为得到某一较长时间段上的值，对某一给定参数的顺序测量值进行累加，被累积的测量值的 测量时间间隔为10个周波。累积方法为方均根值计算方法。 表1列出了GB/T17626.30一2012中规定的各种电能质量扰动的测量方法和时间间隔

列举了所有的扰动，并确定了互感器对电能质量

由于频率测量是基于一个整数倍周波（从基波过零点开始)进行的，所以互感器不引人任何附 角定度。

电压方均根值的计算以10个基频周波为间隔，并计人了信号的全部频谱，因此，互感器引入的任何 衰减或放大都将直接影响方均根值的不确定度。由于时间间隔相对较长，互感器的相位响应特性对电 压方均根的计算几乎没有影响。总之，互感器所需的重要特性是，在工频和其他频率下（截止到50次谐 波频率）均应具有良好的供电电压幅值准确度

电压波动、谐波波动和间谐波都能引起闪变。闪变的测量是所有扰动测量中最复杂的，因为它必须 通过人来观测电压变动引起光的强度波动从而造成的不适。 图3为可引起闪变的电压波动示例

GB/T20840.103—2020

图3引起闪变的电压波动示例

电力系统中闪变的存在导致工频附近出现边频带。式（1)说明了该情况，即供电电压波形由另一 正弦波（闪变）调制。

式中： V 一标称电压； 一工频； W一闪变频率； α△V/V波动。 人能感知光波动的频率大约在35Hz以下，因此电力波的频谱可以包含15Hz～85Hz的频率分 量，为避免闪变测量准确度的下降，电压互感器对该频段的信号既不能衰减也不能放大。另一项要求是 电压互感器在基波频率附近应该有对称的频率响应，这一要求是IEC闪烁仪解调过程的需要，如图4 所示。

图4IEC闪烁仪的调制过程

5.7供电电压暂降和暂升

暂降和暂升的评估基于Ums(1/2)， 值计算。利用该U.m/2)序列值,可以确立各种暂降和暂升的特征：

GB/T20840.1032020

起始时刻：Ums(1/2)低于/高于设定参考值的时刻； 结束时刻：Ums(1/2)恢复到其正常值的时刻； 持续时间：起始时刻与结束时刻之间的时间； 暂降深度：参考电压与暂降残余电压之差； 最大值：暂升期间Ums(1/2)的最大值。 暂降和暂升的特征在于电压幅值和相位的快速变化，电压互感器的瞬态特性会影响测量单元观测 刨的波形，进而影响到Ums1/2)和上述参数的计算。 图5为电压暂降、暂升示例。

图5电压暂降、暂升示

图6为电压中断示例。互感器对电压中断测量的影响与其对暂降和暂升测量的

统.也未给出如何处理和量化这些瞬态电流和电压的规范信息。

5.10供电电压不平衡

不平衡测量仅限于基波频率。由于电压互感器针对的是工频，其对不平衡测量的 值、相位误差及可能的不匹配。图7为电压不平衡示例

（2500Hz)，而S类则要求40次（2000Hz）。互感器在幅值和相位上的频率响应会直接影响到谐波测 量的准确度。 注：图8为电压谐波仿真示例，用于说明单谐波分量的作用。

根据GB/T17626.7一2017，谐波测量需每10个周波计算一次。A类要求至少应测量到50次谐波 （2500Hz），而S类则要求40次（2000Hz）。然而由于这种测量方法规定了对傅里叶变换相邻频谱分 量进行“分群”，因此互感器的相频响应并不重要，就整体不确定度而言，只有幅频响应准确度起重要 作用。

5.13供电电压上的信号电压

如果信号电压的频率低于2500Hz，则可看作间谐波来处理。互感器可能会影响仪表观测到 电压的幅值。

快速电压变化并不是GB/T17626.30一2012中的规范性内容，但该标准提供了相关信息。可认 为，Ums(1/2)能够体现出快速电压变化。电压互感器对快速电压变化测量的影响与对暂降和暂升测量的 影响相似。然而，因为快速电压变化中电压幅值变化较电压暂降与暂升而言小得多，所以互感器的影响 可能并不严重

5.15负偏差和正偏差参数测量

负偏差和正偏差的测量是基于10个周波的时间间隔进行的，因而互感器对其的影响与对供电 值测量的影响相同

5.16电能质量参数测量的要求汇总

率回应（幅值 )和瞬态响应。电能质量扰动 感器提出相应要求。

表2互感器参数对电能质量测量的影响

6互感器对电能质量测量的影响

互感器对电能质量测量的影响与所采用的技术、设计和制造工艺有关。 互感器为电能质量测量仪表输人适配信号，该信号包含一次信号的所有相关信息。这些信息或可 准确复现一次信号，或可通过测量仪表还原一次信号的电能质量参数。 关于互感器在电能质量测量中的特性认识尚未统一，已知的（或理论推导的）信息多是关于电子式 互感器的，该类互感器通常基于实验室常用的传感器。许多电子式互感器对幅值和频率的传变特性在 定频率范围内（例如3000Hz以内)呈线性关系，故可应用叠加原理对幅值与频率特性分别评估。 电容式电压互感器（CVT），如果不采取进一步手段，则原则上不适用于电能质量测量。 电磁式互感器应用广泛，但如果要实现电能质量参数的可靠测量，则已有经验远远不够，迫切需要 掌握相关知识。相比于相关技术的不足，更多的是互感器特性难以评估而导致经验缺乏。 在一次信号幅值范围内和额定工作频率下，电磁式互感器通常应具有近似线性特性。在此范围之 外，即使它们仍具有近似线性特性，其特性也并未进行规范。然而，实际上电磁式互感器在一次信号幅 值或频率变化时不具有线性特性，这对评估互感器特性的影响比对其测量性能的影响更大。 实际上，测量仪表可以将互感器的非线性考虑在内，但应事先进行评估。在这种情况下叠加原理不 再适用，而应同时考虑电网频率和电能质量参数。 由于技术限制，目前还没有针对电磁式互感器的标准化实验方法来完成上述评估，即现有标准实验 室设备的检测能力达不到要求，应设计专用测试装备。此外，通过比较电磁式互感器与专用标准器的测 量结果，也可从现场经验得出一些有用信息， 基于以上建议，评估互感器电能质量测量的特性借鉴现有技术文献的研究成果，但这些成果不能反

GB/T20840.1032020

映高电压大电流情况下传感器的真 本部分根据现有文献研究成果在 互感器频率响应和测量特性的相关内容

图9电压互感器技术频率适用范围

图10电流互感器技术频率适用范围

下面将介绍目前已知的互感器特性。 图9和图10仅给出了当前互感器适用频率的大致范围，而每类互感器的主要特征，如大小、有 或传感器的材质与技术、温度和电压系数等均未考虑。因此，即使采用同样的技术原理，互感器

频率范围还与许多参数有关，故用虚线而非实线来表示

励磁误差与互感器铁芯磁通有关，在正常运行条件下是不可避免的。 由于磁通是励磁电流的非线性函数，所以励磁误差是非线性的，而且是关于负荷、频率、额定变比的 函数。在电网频率下，励磁误差是互感器的主要误差分量，但在更高频率下，容性误差才是偏差的主要 原因。容性误差与绕组方式有关，由互感器的分布电容在施加电压或感应电压下充电所引起的。分布 电容可能位于一个绕组内、绕组之间或绕组与绝缘之间，其对误差分量的影响随频率升高而增大。励磁 误差随频率升高而减小，其对总误差的影响可忽略不计，容性误差才是主要因素。另外，更高频率下，电 磁式电流互感器的二次电流误差变化和剩磁效应会变得更小。通常容性误差是一个包含许多参数的复 杂函数，其中比值差随频率的平方变化，相位差随频率变化。由于电磁式电流互感器的磁通较小（绕组 上施加或感应的电压较低），其容性误差比电磁式电压互感器的小，因此，通常电磁式电流互感器频率特 性比电磁式电压互感器的效果更好。最后，负荷本身可能是频率的函数，因此影响了励磁误差。 6.2.2中汇集了电磁式互感器及其特性的相关信息，为进一步研究提供参考。应强调的是，电磁式 互感器的相位和幅值的频率响应是非线性的，文献中相关的可用信息在使用前应小心检查和评估，特别 应注意评估频率特性所用的方法。例如：通过叠加原理获得的测量误差大于通过频率响应方法获 得的。 同理，技术文献中的等效电路应注意这些模型的评估方法和开发目的，以避免得出误导性结果和结 论，6.2.2和6.2.3中的电路和图表仅供参考.但通常均不适用于存在电能质量扰动的情况

6.2.2电磁式电压互感器

电磁式电压互感器基于一次与二次电路之间的电磁耦合。 图11为电磁式电压/电流互感器的简化等效电路，用于验证当谐波或其他电能质量扰动发生时对 测量有影响的参数。 通常，互感器特性受以下参数影响： 励磁电感L10：其特点是非线性、有磁滞性，磁滞回线的形状和面积是待测信号幅值和频率的 函数； 绕组之间以及绕组对地电容：由互感器结构决定，其影响随频率增大而增大

图11电磁式电压/电流互感器的等效电路示例

范围在1kV（含）~52kV（含）之间的电磁式电压

6.2.2.2.1总体结构

GB/T20840.1032020

表3电压范围在1kV（含）～52kV含）之间的电磁式电压互感器的主要组成部

图12为电磁式电压互感器的剖面图

6.2.2.2.2频率响应特性

范围在1kV（含）～52kV（含）之间的浇注式电磁

在药1kHz(甚至更低)时，赖率响应很差，远低于相关标准规定的频率限制。在低电压等级时，可 达到的频率上限更高；但在高电压等级时，频率上限变得越来越低。 根据GB/T17626.30一2012，普通计量用电压互感器的频率响应取决于其类型和负荷。带高阻抗 负荷时，通常频率响应在至少2kHz以内是正常的，不过该上限也可能低一点。 电感和电容由于其值随绝缘和制造要求变化，在高电压、低频率时可产生谐振。每台产品的精确响 应与制造工艺等有关。 负荷对频率响应也有影响：负荷降低，有效频率范围减小[3]

GB/T 20840.103—2020

参考文献[4]表明，中压下，电磁式电压互感器在1kHz及以下可精确测量，只有大约60%可达到 2500Hz。如果还要求相位准确度，则中压下，全部电磁式电压互感器在700Hz及以下可精确测量，只 有大约50%可达到2500Hz

6.2.2.2.3对电能质量参数测量的影响

电压范围在1kV（含）～52kV（含） 参数测量的影响见表 表4电压范围在1kV(含）～52kV(含）之间的电磁式电压互感器对电能质量参数测量的影响

6.2.2.3.1总体结构

图13是一个独立式高压电压互感器的结构图。 外绝缘由瓷绝缘或包含硅胶套（硅绝缘体）的增强型玻璃纤维环氧树脂管组成，内绝缘由六氟化硫 气体绝缘或油/纸绝缘组成。将高电压从顶部端子引向互感器高压连接口需要导电杆，该导电杆是套管 的一部分。为避免外绝缘的高电场强度，内部采用分级绝缘，分级视结构而定：既可仅有较少分级（粗分 级），也可有较多分级（精分级）

.2.2.3.2频率响应特性

图13独立式高压电压互感器结构图

图14典型电磁式电压互感器420kV频率响应示例

GB/T 20840.103—2020

GB/T 20840.103—2020

注：瑞士Trench公司供图

6.2.2.3.3对电能质量参数测量的影响

图15第一次谐振频率点示例

高压下，频率在500Hz以上时，互感器性能变差，常见的电磁式互感器在测量5倍频以上的谐波时 推确性降低8。 表5给出了电压范围在52kV(不含）～1100kV（含）之间的电磁式电压互感器对电能质量参数测 量的影响。

表5电压范围在52kV(不含）～1100kV（含）之间的电磁式电压互感器 对电能质量参数测量的影响

6.2.3电磁式电流互感器

环形铁芯电磁式电流互感器的特点是具有较低的一次漏感和一次绕组电阻。正常工作条件 18

次电流低于饱和电流，且电流互感器工作在磁化曲线的线性部分。电磁式电流互感器的频率响应与互 感器的电容和电感有关。电容包括匝间电容、绕组间电容和杂散电容。根据测试结果，高频时电容影响 显著，但当达到40次或更高次谐波时，电容影响可忽略不计。除谐波外，一次电流可能包含直流分量； 如果包含，则直流分量不会传至二次绕组，但是，它会引起互感器铁芯的磁通偏移。在开关动作后，互感 器铁芯由于存在剩磁通，就可能出现上述现象。当存在直流分量或铁芯剩磁时，可使用有空气间隙铁芯 的电流互感器。该措施通过增大铁芯磁阻衰减直流分量，并可达到线性特性。电流互感器的负荷随频 率增大而增加，相应的功率因数随频率增大而减小，这会导致互感器输出的谐波电压高于通过纯电阻负 荷所获得的电压。励磁电流的进一步增大将会引起更大误差。为了测量10kHz及以下频率范围的谐 波电流，用于保护和测量目的的普通电流互感器准确度应优于3%。如果电流互感器的负荷是感性的， 则会引起很小的相位差。电流钳可以直接连接到仪表上。 如果存在多个二次输出，则建议使用较高电流比的输出端（低励磁电流）；为了降低电压和相应的励 磁电流，应减小电流互感器的负荷。 根据参考文献[10]IEEEC57.13一1993L11]规定的0.6准确级或更好的电流互感器，能够获得合理 准确的谐波电流幅值，但是相位误差可能超过误差限值：绕组电感和杂散电容之间的谐振将导致谐振频 率附近的相位误差变大，通常高于待测量谐波下的相位误差。相位误差是由励磁电流引起的：铁芯磁导 率越低，励磁电流越高；电流钳的气隙越大，励磁电流和输出电流的谐波越大，即使是理想的线性电流互 感器也存在这种现象。零磁通和无励磁电流情况下工作的专用电流互感器，价格非常昂贵，且仅用在专 业实验室。 应尽量提高负荷功率因数，以避免阻抗随频率升高而增大和由此引起的励磁电流增大。如果可能： 则可短接电流互感器输出，并使用精确的电流钳来测量输出电流。 电流互感器频率响应变化取决于准确级、类型、生产商、匝数比、铁芯材料、截面及二次回路的负荷 通常情况下，电流互感器的截止频率范围从1kHz到几千赫兹，接近截止频率时，相频特性变差[4]。 电磁式电流互感器的简化等效电路见图11

电压范围在1kV（含）~52kV（含）之间的电磁

6.2.3.2.1总体结构

表6电压范围在1kV（含）~52kV（含）之间的电磁式电流互感器主要组成部分

GB/T 20840.103—2020

图16为电流互感器的剖面图

GB/T 25217.12-2019 冲击地压测定、监测与防治方法 第12部分：开采保护层防治方法6.2.3.2.2频率响应特性

图16电流互感器部面图

电磁式电流互感器已经做过很多试验 行，但试验结果仍有争议，这取决于被测设备和试验 方法。根据参考文献[7]，穿心式电流互感器性能良好（变比、相角在5kHz及以下的所有频率，误差均 小于5%），而在其他试验中[10]，40次谐波以上时测量质量迅速衰减，低负荷情况下也是如此。一些情 况下，比值差随频率增大而增大[15]，其他情况下[10[13]却会减小。相位差随频率增大而增大10]。 图17～图19分别是低压电流互感器400V、微晶合金铁芯线圈电流互感器10kV、低压10P5级电 流互感器频率响应示例，

NY/T 432-2021 绿色食品 白酒图17低压电流互感器400V频率响应示例

GB/T 20840.103—2020

微晶合金铁芯线圈电流互感器10kV频率响应