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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简介：

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》是一部中国国家标准，它主要规定了互感器在电能质量测量领域的应用规范。电能质量是指电力系统中交流电能的稳定性，包括电压、频率、波形和失真度等方面。互感器作为电力系统中关键的测量设备，被广泛用于电能质量的监测和评估中。

该标准详细规定了互感器在电能质量测量中的安装、使用、校准和维护等方面的要求，旨在确保互感器能够准确、稳定地采集和传输电能质量数据，以便电力系统运行人员进行有效的监控和故障诊断。同时，该标准也涵盖了电能质量测量方法、数据处理和报告等内容，为电能质量的管理提供了技术依据。

总的来说，GB/T 20840.103-2020是一个对于互感器在电能质量控制中的重要角色进行标准化的技术文件，对于电力系统的稳定运行和电能质量的提升具有重要意义。

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GB/T 20840.103—2020

图16为电流互感器的剖面图

客运专线铁路CRTS II 型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件 科技基(2008)74号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，

图17低压电流互感器400V频率响应示例

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微晶合金铁芯线圈电流互感器10kV频率响应

6.2.3.2.3对电能质量参数测量的影响

表7给出了电压范围在1kV（含）～52kV（含）之间的电磁式电流互感器对电能质量参数： 表7电压范围在1kV（含）~52kV（含）之间的电磁式电流互感器对电能质量参数测量

表7给出了电压范围在1kV（含） 磁式电互感器对电能质量参数测量的 表7电压范围在1kV（含）～52kV(含）之间的电磁式电流互感器对电能质量参数测量的影叫

6.2.3.3电压范围在52kV不含）~1100kV（含）之间的电磁式电流互感器

6.2.3.3.1概述

电压范围在52kV不含）～1100kV(含）之间的电磁式电流互感器，不同生产厂家的同一种互感 器甚至同一种互感器不同样品之间都具有不同特性6：这可能是由于谐振频率的微小差异会引起较大 的频率响应误差。无论如何，电流互感器准确度在前25次谐波测量时较好，因为幅频响应几乎恒定不 变，输人与输出之间的相位差在至少2500Hz以内可忽略不计。根据参考文献[6]，使用传递函数描述 典型互感器特性，不能反映谐振引起的急剧变化，此时，需要对每个互感器样品分别进行描述。 目前，有的互感器5kHz以内的测量精度非常高，甚至到20kHz也未明显观察到一次电流与二次 电流之间的相位移

6.2.3.3.2总体结构

6.2.3.3.3频率响应特性

图20和图21给出了245kV、2400/1A、30VA、准确级为0.5级的电流互感器的测量结果，测量 在45Hz～20kHz频率之间进行。图中显示的结果是通过向电流互感器提供叠加的400Hz、107A信 号和50次谐波分量（13A、20kHz)而得到的。可以看出，一次电流以及折算到一次侧的二次电流几乎 完全重叠，电磁式电流互感器在谐波下准确度较好。图22给出了110kV坡莫合金铁芯电流互感器频 率响应示例。

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注：瑞士Trench公司供图。

图20由245kV电流互感器所获得的结果示例

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6.2.3.3.4对电能质量参数测量的影响

110kV坡莫合金铁芯电流互感器频率响应示例

表9所示为电压范围在52kV(不含）～1100kV(含）之间的电磁式电流互感器对电能质量参数测 量的影响。

表9电压范围在52kV(不含）～ 间的电磁式电流互感器对电能 质量参数测量的影响

电容式电压互感器（CVI

[6.3.1.1 结构

图23电容式电压互感器部面图

电容式电压互感器（CVT）由电容分压器（CVD）和电磁单元（EMU）构成。 电容分压器的主体部分由多只电容器串联叠装组成。电容器的介质材料可以是纸、膜，或者膜纸复 合。电容分压器周围充满矿物油、合成油或SF。气体。每个电容分压器单元都安装在一个密闭的绝缘 外套（陶瓷或复合材料）中。温度变化所引起的绝缘液体的体积变化可由不锈钢膨胀器来补偿。气体绝 缘装置应有气体监测系统。电容分压器置于电磁单元油箱上部，通过中压套管与电磁单元相连。电磁 单元油箱通常从外部密封，从而提供一个空气缓冲区。 电磁单元包括：补偿电抗器、中间变压器以及抑制铁磁谐振和过电压的阻尼器。 中间变压器有一个或多个二次绕组用于测量和保护。 图24是一个工作在工频且带有负荷Z的典型电容式电压互感器的电路图

图24电容式电压互感器工作在工频下的等效电路图

电容式电压互感器主要由以下部分组成： 电容分压器（C1和C2）； 一个中间变压器； 一个补偿电抗器L。 如果只考虑电容分压器，则总电压U和C，上的压降之比为：

UC+C2 I. Ci

............ +.......

假设没有电流从C2流出，则这一比值恒定。 如果忽略补偿电抗器，则可得到电容式电压互感器的简化戴维南等效电路，如图25所示。 由于等效电容C,+C，会引起压降，此时U和U，并不相等。

图25无补偿电抗器的电容式电压互感器工作在工频下的简化戴维南等效电路

为了得到适当的电压U和一个恒定的U与U²比值（考虑负荷），需加人一个补偿电抗器L 所示。

通过增加一个阻抗使得误差在工频下得到补偿

此时，可以给出一个完整的电容式电压互感器的等效电路图，如图27所示。

电容式电压互感器工作在工频下的简化戴维南等

........................

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通过调整电抗大小可以得到工频下的谐振电路：

对于给定负荷，误差是仅与总电阻相关的函数。 非工频下，感抗不能完全补偿容抗，导致误差增大。 因此，上述等效电路仅适用于工频，参考文献[37]给出了一个非工频下可适用的等效电路示例，

6.3.1.2频率响应特性

6.3.1.3对电能质量参数测量的影响

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电容式电压互感器对电能质量参数测量的影响

6.3.2特殊测量技术

6.3.2.2有谐波测量端的电容式电压互感器

6.3.2.2.1原理

为了测量低压电容的电压，同时达 本目的，可按照图28 所尔原理技 供合适的端子，其中谐波测量可在电容C3上进行16， 这种结构可精确测量2000Hz及以下的输出电 压幅值。但任何情况下，这种测量系统对整个频率范围内的相角测量都有很大影响

6.3.2.2.2频率响应特性

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利用具有谐波测量端的电容式电压互感器进行

注：瑞士Trench公司供图。

6.3.2.2.3对电能质量参数测量的影响

表11给出了具有谐波测量端电容式电压互感器对电能质量参数测量的影响

29具有和没有谐波测量端的不同测量示例比

具有这些要求，由谐波增加的测量误差，在最坏情况下，约为相应功率计量准确度等级理论误差的 15%（即采用0.2级电流互感器和0.2级电压互感器时，50Hz基波输送能量的相应功率计量准确度等 级为0.4级。如果谐波输送能量也测量时，则基波及其谐波输送能量的总误差为0.4%十0.15×0.4%= 0.46%），如此小的误差可以接受，

6.4.2.3电能质量测量

根据EN50160：2007和GB/T17626.7一2017，为此用途，测量的谐波高达40次（有些情况甚至达 0次）。GB/T17626.7一2017规定其相对误差（相对于被测值）应不超过5%。如果还需要测量相角， 则相应的误差应不超过5° 表13给出了电能质量测量的准确级

6.4.3电子式电压互感器

6.4.3.1光学电压互感器

6.4.3.1.1结构

6.4,3.1.1.1概速

光学电压互感器基于普克尔斯效应，互感器的输出信号为光源（例如LED或激光器）发出的、经光 学晶体调制后的调制光。光学晶体作为一个偏振调制器，其光信号输出与施加电压或电场存在一定的 数学关系。 信号传输介质是由一根或几根光纤组成，以确保与高压的物理隔离。高压一次侧不需要电子装置， 因此，所有电子装置都安装在地电位。

6.4.3.1.1.2普克尔斯效应互感器

光学电压互感器基于下列两个基本的物理原理： 普克尔斯效应（一阶电光效应），是某些晶体的固有特性； 电势差定义为施加在晶体光输人与输出晶面间的电势之差

6.4.3.1.1.3普克尔斯效应基本原理

从而引发线性双折射，改变单色光束的偏振态。 不同材质的晶体、光偏振方向与晶向的关系、外加电场方向与晶向的关系，均影响普克尔斯效应的 敏度。 例如：对于一个43m点群的立方系晶体，晶体长度为dL，纵向布局（电场E与通光方向一致）情况 下，在0光与e光之间会得到一个相位偏移量（用弧度表示）：

6.4.3.1.1.4电势差

d=××ra×(×d

图30给出了利用块状晶体产生普克尔斯效应的一种典型设计

GBT 35292-2017标准下载注：AlstomGrid公司供图

图30块状晶体产生普克尔斯效应的基本设计

晶体的长度受到成本因素的制约，因 测单更 高电压时则需要分压，为了在晶体上分得合适的电压，需要用到下列分压设备： 传统电容分压器（不用于直流测量）； 电阻分压器（通常用于直流测量）； 阻容分压器（可用于交流和直流测量）； 结合特殊的信号处理方法，不使用物理分压器而是由多个传感器直接分压。 图31和图32给出了晶体施加电压的实现方法

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图31晶体施加电压的不同方法

图32施加在晶体上电压的不同分压方法

6.4.3.1.1.5块状普克尔斯传感单元和偏振检测

过添加偏振检测系统（由两个偏振器和一个四分之一波片组 成）转化成光强度调制来实现检测、 已有文献说明DBJ50∕T-345-2020 公共建筑用能限额标准，由于外加电压的调制作用，从普克尔斯晶体中出射光的光强（人射光强为常数)遵循 以下数学规律