电容式工频高压标准的研究与应用

摘 要：电容式工频高压标准关系由精确的高压电容器和低压电容器以及二次测量系统组成，在发达国家已经使用了70多年。现在，它已广泛用作100kV及更高电压频率报告的标准，以评估变压器故障。

关键词：电容;工频高压;标准器

国家的高压计量站第一部分保护着中国的高压计量，在1960年代开发的精度为300，000的18kV电阻分压器。然后，在1980年，在标准建设工作中完成了110kV标准的比率，并且以110kV频率相对于35kV标准电压对110kV电压校准标准单元的完成。2006年，国家高压计量站完成了建设500kV电容性频率电源的标准，测量不确定度优于5×10-5。在我国，已安装了一种将电子测量和电容测量结合起来以进行高压测量系统监视和传输的工作保护系统。

1 电容式工频高压标准器线路的研究

1.1 电位差电桥型

该测量电路的特殊功能是通过电容分压器提供标准的二次电压测量器。被测变压器的第二电压与电容器的分压器相同的分压比被转换成通过断路器电路测得的电压。正常电压提供两个极限电压平衡。因此，电容器的分压器负载电流为0，因此不会发生其他误差。这种测量器是可以直接读取故障，但是将低压电极的容量保持在标准电压的电容器低压电极中的接地电位的装置与流通电路的装置相同。现有的测量设备配置手册等进行环路测量时，每个数据功能都会读取两次。由于我们现在使用的是当前最好的电子跟踪器，因此该电路对于实施非常有用。

1.2 等功率电桥型

两个电桥均具有电流比率转换的功能，因此，流经高压电容器和低压电容器的电流可以不同。以此方式，可以使用具有大约100nF的电容值的气体电容器（诸如3320型电容器），并且tanδ<1×10-5。高压冷凝器和单凝气体的稳定性也可以使用。高电压容量与低电压容量之比与测得的VT电压之比不是恒定的，因为安装了正确且合适的气体冷凝器，并且支路的数量无法直接读取不完整数误差。由于可以与固定电容器并联的调节单个1kV100pF电容器的变化，因此在校准阶段将桥电容对比度设置为磁盘1，将紫外线磁盘设置为0。电桥性能相对于测量的变化和对应于变压器与反正相的弧度值之比的差异，从而可以直接读取误差。在转换初始值后，可以将对其进行手动操作。

当前用于测量两线VT干扰的高压电容器是所有电流类型的比较，可以将其分为有源和无源两种。有源类型使用电子电路来产生的方电位并调节相位平衡和微磁电位。使用这种类型的无源RC网络无需电子放大器即可移动。由于其高精度的缘故，在调节和使其平衡的过程中，会聚角始终可以保持在90°。同时，它具有适合于VT测量的正负询问测量功能，因此，由于相差可能为正或负，也因此它是同一功率测量的首选。但是，由于使用了电子放大器，因此电流系数比手册中的要大，因此请务必在使用时纠正误差。

下图显示了两个电源桥的典型VT故障电路。当前的C1回路电流>C2回路电流，比较器电桥电流适合于电流连接>1的测量，因此需要将C1连接到电桥CX端子，将C2连接到CN端子。

2 电容式工频电压比例标准器的误差与校准

使用电容性电压时，比例的标准单位（此处称为标准单位）为组合标准单位。其准确性与标准设备各个单元的准确性有关。误差为其各自的误差以及组合后产生的附加误差的综合。因此，可以获得根据构图控制方法的构图控制方法。但是，由于工作量大，精度低，难以实现。实际的标准误差在很大程度上取决于整个校准过程。

典型的标准校准通常仅在特定的电压比下执行。JJG314-94仅需要一个校准点（标称电压的20%），但是有必要在操作过程中将电压尽可能提高以提高校准精度。由于这是校准点，因此，如果存在与测试标准相匹配的电压，则在较高电压的测量中可能会出现错误。需要对其进行测量和评估。

如《国家计量验证声明》JJG314-94中所述，《全面替代校准标准》是一种用于实验室测量和国际比较的实用，准确，可靠且经过验证的方法。替代方法需要具有较高分辨率的稳定测量系统。标准尺寸和样品尺寸必须是同一类型的单位，并且其标称值必须相同。另一种方法是间接比较方法，通常需要切换测量系统并进行差分测量。

测量步骤与四种常用的标准器测量线路的替代方法相同。首先把标准的电压互感器当作饰品接入测试线路，配置为调整连接到仪表线的仪表的电压分布，故障计数器会显示标准电压互感器的校准值。准确性与标准实验室的理论相同。对于仅具有测量功能的设备，例如电压桥，输入和标准电压互感器也可能以错误的单位用于信号值。主要是在出现电压错误的情况下不会失败。完成上述校准后，可以用被测产品替换标准电压互感器并进行正式测量。

除校准点外，测量点误差还叠加在其他标准和系统测量误差上。干扰旨在评估高低压电容器和标准电压电容器的影响的测量系统，该系统用于测量恒定标准时间，大气中电磁干扰的幅度，并会随机变化。我们需要根据标准的具体结构进行管理。他的高压标准电容器的电压系数Th已如前述，进口商品的技术条件规定Tst3×10-5，tanW≯1×10-5，国产设备T≯3×10-5，tanW≯2×10-5，均以满足实验室测量的标准要求，Th可不作考虑。

3 电容式工频电压标准的应用

电容器与标准电压（以下简称为标准电压）之比为复合标准电度表。标准电压与各种标准度量单位的精度有关。因此，可以根据控制方法获得标准误差。但是，由于工作量大，精度低，因此难以实施这一种方法。当前的标准误差在很大程度上取决于整个校准过程。

标准液的正常校准通常仅在一定百分比的电压下执行。JJG314-94仅需要记录电压的20%校正点，但是为了提高校准的准确性，有必要在操作過程中使电压尽可能的提高。由于这是一个校准点，所以如果它与被测试的标准电压有关，则在测量较高电压的结果中可能会有一些误差，并需要对其进行深度测量和评估。

使用别的方法来测试标准品是一种很高效的方法，适用于实验室和国际比较中的测量，并且在国家法规JJG314-94中对准确可靠的称量验证进行了描述。标准量和样本量都必须属于同一个仪器的测量，因此标称值是相同。换句话说，另一种方法是比较间接的方法，该方法应用于转换整个测量系统，从而以获得方差测量。

常用的四個标准测量电路具有相同的测量方法。首先，使用标准的电压互感器作为测试产品以达到测量范围，测量故障的设备需要使用标准验证值来调整测量单元的分压。该理论类似于标准的实验设置，对于仅具有测量功能的设备（例如高压电容器），故障测量设备可以检测到信号，并且可以将标准电压转换作默认电压，而不会受到任何干扰。完成上述校准工作后，可以用测试产品替换标准电压互感器以进行正式测量。

测量点超出校准点的误差解释会导致更多误差，从而超出测量系统的标准。误差包括高压电容器和低压电容器测量系统的T电压系数，恒定的标准时间测量系数，电磁干扰的大小和方向的随机变化等，以及对标准中特定结构的影响和评估。其中，高标准电压的系数是Th进口商品的技术状态Tst3×10-5，tanW≯1×10-5，家用电器T≯3×10-5，tanW≯2×10-5是的不足以满足所有常见实验室测量要求，因此不考虑Th。

可以使用电容器比较器直接测量低电压标准电压系数T1。使用的工具是有源比例分支桥。它的使用称为参考标准的电压T因子和标准电容器。可以在其他电容器上测量的标准电容器通常是气体绝缘电容器，并且通常是多层板结构。如果对电容器的要求很高，则可以通过根据标准规范添加测量规范K来纠正规范引入的测量误差。

4 结语

本文首先从电极系统的热膨胀以及压力容器效应等方面对影响高压标准电容器电容量稳定性的因素进行了分析，然后从电位差电桥型、有源阻抗电桥型以及等功率电桥型等方面对电容式工频高压标准器线路进行了研究，接着对电容式工频电压比例标准器的误差与校准进行了研究，再接着对电容式工频电压标准的应用进行了分析，最后希望通过本篇文章的研究对今后的专家学者研究与电容式工频高压标准与应用相关的课题有一定的借鉴与启发作用。

参考文献：

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[2]云明轩.750kV电压互感器准确度现场校验方法[J].宁夏电力，2011（01）：8-11+52.

[3]王乐仁.电容式工频高压比例标准器的原理与应用（续一）[J].高电压技术，2002（01）：23-25.

作者简介：刘旗峰（1963—），男，汉族，福建福州人，本科，高级工程师，研究方向：从事电学计量。