电能质量测试仪不直接碰高压。10kV 母线上的电压同几百安的电流,都要先经互感器变换一次,仪器接在二次侧。这一条决定了后面全部接线动作。
GB/T 20840.103-2020《互感器 互感器在电能质量测量中的应用》管的正是这条路径。这份标准 2020-03-31 发布、2020-10-01 实施,现行,78 页,归口全国互感器标准化技术委员会。标准号里的后缀 103 是它在互感器标准族内的编号。适用范围写明,给出电能质量参数的定义同说明,互感器对电能质量测量的影响同电能质量测试指导,适用于工作在工频交流电力系统中的电磁式同电子式互感器,具模拟量或数字量输出,供电气测量仪表使用,用于电能质量参数的测量及其结果评定。
标准里有一句定位的话,本部分为使用高压互感器测量电能质量参数提供指导。这句话是全篇的落点。借互感器测电能质量,同借互感器测电量不是一回事。后者只关心基波这一条线,前者要把谐波、间谐波、暂降、闪变这些量一并传过来。
GB/T 20840.103-2020 列出的电能质量参数共十类。电网频率、供电电压电流幅值、闪变、供电电压暂降同暂升、电压中断、瞬态电压、供电电压不平衡、电压电流谐波同间谐波、叠加在供电电压上的信号电压、快速电压变化。接线之前先看任务落在哪一类上,因为不同参数对互感器的要求不同。
这份标准还把电压范围切成了三档。低压是 1kV 以下,中压是 1kV 及以上、52kV 及以下,高压是 52kV 以上。仪器接在哪一档,接线的复杂程度差得很远。
量先降下来,再说怎么接。
电压通道的输入阻抗做得很大,通常在几十千欧量级。这样的通道只能并联在被测两点之间,不能串进回路里。
现场的取点是电压互感器二次端子。多数柜型把二次引到端子排或试验接线盒上,仪器从那里并接。并接之后,原有回路不受影响,仪表同仪器各取一份电压。
输入阻抗大带来两个后果。好处是并联后几乎不分流。限制是它对导线压降不敏感,互感器二次侧到仪器之间的导线电阻引起的压降会原样进入读数。导线长、截面小、端子氧化,压降随之变大,电压读数偏低。要求高的场合,二次压降要单独测。
GB/T 20840.3-2013《互感器 第3部分:电磁式电压互感器的补充技术要求》在 5.301.2 条给出标准值。接到单相系统或接到三相系统线间的单相电压互感器同三相电压互感器,额定二次电压为 100V。用于三相系统相与地之间的单相电压互感器,当额定一次电压为某一数值除以根号 3 时,额定二次电压应是 100 除以根号 3 伏,以保持额定电压比不变。
两档要分清。接成线电压取 100V,接成相电压取 57.7V 上下。仪器里若把接线方式设成三相四线,却按线电压的量程去核对读数,读数会整体偏低。
电压互感器二次侧短路,会在二次绕组里产生大电流,绕组同导线承受不住。现场操作里,电压回路要经熔断器或小型断路器后再引到端子排,导线截面按回路电流选。拆线前先断开,接完再合上。
电流通道的输入阻抗做得很小。这样的通道要串进电流互感器二次回路,让二次电流从仪器里穿过去。
电压通道并上去即可,电流通道必须把二次回路打开一个口子,把仪器串进去。这一步要短接片配合。先把电流互感器二次短接,再拆开原回路接仪器,接好后拆除短接。顺序颠倒,二次回路出现开路。
GB/T 20840.2-2014《互感器 第2部分:电流互感器的补充技术要求》在 5.202 条写明,额定二次电流标准值为 1A 同 5A。对暂态特性保护用电流互感器,额定二次电流标准值为 1A。同一条的 5.201 给出额定一次电流标准值为 10A、12.5A、15A、20A、25A、30A、40A、50A、60A、75A 及其十进制倍数或小数。
选 5A 还是 1A,看现场。1A 的二次电流在长距离传输里压降小,适合互感器同仪表相距较远的场合。5A 是国内存量柜里的常见配置。
电流互感器二次侧开路,一次电流全部用来励磁,铁芯深度饱和,二次侧感应出高压,危及人身同设备。这一条是电流回路操作的底线。
电流通道串进回路,多出一份阻抗。电流互感器的二次负荷包含仪器电流通道的阻抗、导线电阻同接触电阻。负荷增大,互感器误差跟着增大,超出额定输出范围时误差超出准确度等级对应的限值。DL/T 448-2016 对二次回路的管理要求覆盖这一层,二次负荷测试同二次压降测试是现场的两项常规检查。
顺序不能倒。先短接,再拆线。
仪器里通常有两档接线方式可选,选错一个,功率同不平衡度的算法跟着错。
三相四线制下,电压取三相对中性点,电流取三相,共三个电压通道同三个电流通道,另接中性线。低压配电系统多为这种形式。
三相三线制下,没有中性线可引。电压取三个线电压,电流只需两相。国内 10kV 配电系统多是不接地或经消弧线圈接地,属三相三线的典型场合。
把三相三线当成三相四线去接,中性线通道悬空,仪器取不到相电压,只能反推。反推出的相电压在三相不平衡时失真,不平衡度同零序分量算不准。反过来把三相四线设成三线,已有的中性线信号被丢掉,同样算不对。
先数现场有几根线,再去设仪器的接线方式。
三相三线只用两个电流通道,依据是基尔霍夫电流定律。
三相三线制下三根相线的电流之和恒为零。测出 A 相同 C 相的电流,B 相电流由两者之和取反得到。这一算法建立在三相电流瞬时值之和为零的前提上。
若电缆的屏蔽层接地线、电缆护层、或旁路支路分走了一部分电流,三相之和不再为零。此时两表法算出的 B 相电流带偏差。现场若发现三相电流不平衡度异常偏大,先查有没有分流路径,再怀疑仪器。
同一测点用三表法同两表法各测一次,若两者差别明显,说明前提被破坏。这一对比是现场核对接线方式的有效手段。
仪器里要输入电压互感器变比同电流互感器变比。两者相乘得到综合倍率,一次侧的量值由二次侧读数乘这个倍率得出。
举个算例。10kV 侧配 10000 比 100 的电压互感器,变比是 100。配 100 比 5 的电流互感器,变比是 20。综合倍率是 100 乘 20,得 2000。二次侧线电压 100V、二次电流 5A 时,二次侧三相视在功率是根号 3 乘 100 乘 5,约 866 伏安。乘上倍率 2000,一次侧约 1732 千伏安。
若现场取的是相电压接法,二次相电压是 100 除以根号 3,约 57.7V,二次侧三相视在功率约 500 伏安,乘同一个倍率得 1000 千伏安。同一个测点,两种接法算出的量值不同,差别来自取的是线电压还是相电压。
GB/T 20840.2-2014 在 6.13.201 条给出端子标志规则,一次侧标 P1、P2,二次侧标 S1、S2,S1 同 P1 为同名端。电流互感器接反,该相功率反向,功率因数同有功方向都反。三相功率相加时,这一相变成减项,总有功显著偏小。
极性检查在现场可用直流法。一次侧加一节干电池,二次侧接指针表,合闸瞬间看表针偏转方向。也可用仪器自带的相量图功能,直接看各相电流相对电压的相位。
电压同电流若接在不同相上,比如 A 相电压配 B 相电流,功率读数会按错误的相位差计算。核相序这一步不能省。
100V 同 100 除以根号 3 伏两档,适用哪一档取决于互感器一次绕组怎么接。接在相间取 100V,接在相与地之间且一次电压是某值除以根号 3 时,取 100 除以根号 3 伏,这样额定电压比保持不变。
GB/T 20840.3-2013 在 5.301.3 条另给一档。拟联结成开口三角形产生剩余电压的绕组,其额定二次电压为 100 除以 3 伏或 100V。100 除以 3 伏只适用于额定电压因数 1.9 的电压互感器,100V 只适用于 1.5 的。
同一标准的 5.302 条同表 303 给出电压因数标准值。1.2 连续适用于任一电网中的相间,同中性点有效接地系统中的相与地之间。1.5 持续 30 秒适用于带自动切除对地故障的中性点非有效接地系统中的相与地之间。1.9 持续 30 秒,另有 1.9 持续 8 小时一档,适用于无自动切除对地故障的中性点绝缘系统或谐振接地系统中的相与地之间。
电压因数决定互感器在过电压下的工作边界,也决定测暂升时能测到多高而不失真。
GB/T 20840.103-2020 的题目里写着「互感器在电能质量测量中的应用」,正文给的不是接线图,而是影响量。
电磁式互感器在工频附近传变准确,频率一高,铁芯的损耗同绕组的分布参数起作用,幅值同相位都跟着变。仪器测到的是互感器二次侧的量,不是一次侧的真实量。
电流互感器同电压互感器都有相位差。基波下的相位差在准确度等级里已限定,谐波下的相位差随频率放大。测谐波功率方向时,这一项直接决定方向判得对不对。
电流互感器在一次电流过大或含直流分量时饱和,二次电流的波形被削顶。仪器把削顶的波形当成真实波形去算,谐波含量会凭空多出一批。判谐波是否超标之前,先看电流波形有没有削顶。
电流互感器同电压互感器的准确度等级,是在规定的负荷范围同频率条件下给出的。GB/T 20840.2-2014 给电流互感器规定的准确级,其误差限值对应的是工频条件。谐波频段不在限值覆盖范围内。仪器读到二次侧的量之后乘变比还原到一次侧,这一步默认互感器在工频下准确,不默认它在谐波下准确。
二次回路上挂的仪表越多,电流互感器的实际负荷越大。负荷超出额定输出,误差超出限值。加装仪器之前先算一遍二次负荷,再决定是否要单独取一组互感器绕组。
50Hz 系统里,2 次谐波是 100Hz,25 次是 1250Hz,50 次是 2500Hz。仪器本身能测到 50 次,不代表整条链路能传到 50 次。
电磁式电压互感器在数百赫以上出现谐振点,幅值响应起伏。测 25 次及以上的谐波电压时,读数可能明显偏离一次侧真值。GB/T 20840.103-2020 把互感器的频率响应列为影响量,正是这个原因。
电容式电压互感器由电容分压同电磁单元组成,频率特性比电磁式更差,高频段衰减更大。在需要测高次谐波的场合,电容式电压互感器不宜作为取压点。
电子式互感器用罗氏线圈或光学原理,频带比电磁式宽。GB/T 20840.103-2020 的适用范围写明同时覆盖电磁式同电子式互感器。新建站里若谐波测量是重点,取压同取流的方式要在设计阶段定。
谐波测试报告里应写明取压用的是电磁式还是电容式电压互感器,同互感器的准确级。同一测点换一种取压方式,高次谐波的读数可能差出一截。取压点要写明。不写清楚,报告事后无法复核。
钳形互感器直接卡在电缆上,不需要断开二次回路。它的二次输出同样是电流信号,多做成小电压信号或毫安级。用于不便停电的场合。
卡的位置要选对。多根电缆并联时,只卡一根读到的是这一根的电流,不是总电流。卡在电缆屏蔽层的接地线上,读到的是护层环流,不是负荷电流。
罗氏线圈输出的是与电流变化率成正比的电压信号,需经积分器还原。它对直流不响应,低频响应也弱。测工频电流可以,测含直流分量的场合不适用。
开口式互感器的铁芯分成两半,接合面若留有气隙或夹入杂物,误差显著增大。安装时接合面要清洁同压紧。
电压互感器的剩余电压绕组联结成开口三角形,输出的是三相电压的零序分量。系统正常运行时开口处电压接近零,单相接地时抬升。
测不平衡度同零序电压时,这一路是有用信号。测谐波同闪变时,多数仪器从三相相电压里算,不依赖开口三角。接不接取决于要测的量。
剩余电压绕组的额定二次电压是 100 除以 3 伏或 100V,两档对应不同的额定电压因数。接错档位,接地时的读数会超量程。
接完先看二次侧电压读数同电流读数。10kV 侧电压互感器二次额定 100V,实测在 100V 附近。电流读数乘变比后应与一次侧实际负荷电流可比。数值差一个倍数,先查变比设置。
用仪器的相量图功能看三相电压的相对位置。ABC 应为正相序,间隔约 120 度。相序反了,功率算法跟着反。
有功功率应为正值,方向指向负荷侧。读数为负,先查电流极性,再查电流通道接的是不是同一相。
三相电压不平衡度在正常运行下是百分数里的小量。读数偏大,先核对三相电压通道有没有接在不同相上,再核对中性线接没接好。
接线方式、变比、极性检查结果、取压取流方式,四栏写进记录表。下次复测照表核对,能省掉一半排查时间。
互感器二次回路要接地,且只在一处接地。多点接地会形成环流,叠加在测量信号上。接地点选在端子排或保护屏的接地母线上。接地只做一处。
GB/T 20840.2-2014 在 6.5 条写明,电流互感器的接地连接处应有直径不小于 8 毫米的接地螺栓,或有其他供接地线连接用的零件,接地连接处应有平整的金属表面。同一条的注里写明,对标称电压不大于 0.66kV 的电流互感器,可采用直径为 6 毫米的接地螺栓。
DL/T 448-2016《电能计量装置技术管理规程》2016-12-05 发布、2017-05-01 实施,全部代替 DL/T 448-2000,归口中国电力企业联合会。规程覆盖电能计量装置的技术管理,二次回路的接线同接地要求落在这一层。
电流回路操作前先短接,拆线后保持短接直到接回。电压回路操作前先断开电源侧,接线后核对无短路再送电。两条规矩都不复杂,出事故的多是没有照做。
A 相电压配 B 相电流,功率因数同有功都错。用相量图一眼能看出。
拆线时未先短接,或接完忘了拆短接片。前者产生高压,后者把仪器旁路掉,读数恒为零。开路要防。
接线时导线碰在一起,或误把电压通道串进回路。电压读数直接归零,熔断器动作。
把电流互感器变比输成电压互感器变比,或漏输一位。读数差一个数量级,用幅值核对能立刻发现。
三相三线设成三相四线,或反过来。不平衡度同零序分量失真。
卡在屏蔽层接地线上,或只卡了并联电缆中的一根。读数偏小甚至接近零。
谐波读数异常时,先怀疑取压取流环节,不急着判电网有问题。
一台电流互感器二次侧同时挂了仪表、保护装置同测试仪器,负荷叠加。超了额定输出,误差超限值。先算负荷再接。
互感器到仪器之间的导线电阻计入二次负荷。距离长、截面小,压降大,电压读数偏低。长距离场合优先选二次额定 1A 的电流互感器,压降小。
现场有几根相线、有没有中性线,数清楚再定三相三线还是四线。
电压互感器二次是 100V 还是 100 除以根号 3 伏,电流互感器二次是 5A 还是 1A,这两项决定仪器的量程配置同接线方式。
变比数值同极性检查结果要写进记录表。换人复核时,这两项是常常对不上的。
若任务是谐波,先问清楚取压点是电磁式还是电容式电压互感器。电容式在高次谐波上失真大,必要时改用其他取压方式或换测点。
钳口尺寸要能卡住电缆外径,卡不上或卡不严,误差增大。
设备本身的通用要求看 GB/T 19862-2025《电能质量监测设备通用要求》,2025-10-05 发布、2026-02-01 实施,全部代替 GB/T 19862-2016,归口全国电压电流等级和频率标准化技术委员会,适用于交流电力系统用固定式同便携式监测设备。测量方法的现行依据是 GB/T 17626.30-2023《电磁兼容 试验和测量技术 第30部分:电能质量测量方法》,2023-12-28 发布、2024-07-01 实施,全部代替 GB/T 17626.30-2012,修改采用 IEC 61000-4-30:2021。
可以。两表法的依据即三相电流之和为零,两个电流通道足够。前提是现场没有分流路径。
看传输距离同存量配置。1A 在长距离传输里压降小,5A 在国内存量柜里常见。仪器量程要同现场一致。
二次绕组过流,熔断器动作或绕组受损。接线前先断电,接完核对无短路再送电。
不一定。取压取流环节的频率特性往往是主因。先核对互感器的类型同接法,再评价仪器。
看测什么。测零序电压同接地故障要接,测谐波同闪变多数不依赖这一路。
在不便断开回路的场合可以。读数精度受钳口闭合状态同卡位影响,用作长期监测时不如接入式稳定。
多数仪器有相量图功能,能看出电流相位反了 180 度。没有相量图时,用直流法或功率方向判断。
电压互感器变比乘电流互感器变比。一次侧量值由二次侧读数乘倍率得出,算完用一次侧实际负荷核对一遍。
电能质量测试仪的接线,先分清接在哪一侧。电压回路并联,电流回路串联,这一条是全部动作的起点。
三相三线同三相四线的选择决定通道数,变比同极性决定读数对不对,互感器的频率特性决定谐波测得准不准。四项都要在接线时一次做对。
仪器侧的要求由 GB/T 19862-2025 同 GB/T 17626.30-2023 给出,互感器接入电能质量测量的路径由 GB/T 20840.103-2020 给出,二次侧的额定值由 GB/T 20840.2-2014 同 GB/T 20840.3-2013 给出。几份标准各管一段,接线的每一步都能落到条文上。
接线这件事,出错的地方常常不在仪器上。多数偏差来自变比输错、相序接错、取压点选错这三处。三处都在互感器二次侧,同仪器本身的性能无关。错多在二次侧。
接完先核幅值,再核相序,后核功率方向。三步走完,读数才敢拿去判合格。