關鍵詞：電壓互感器；二次回路壓降；光纖傳輸
實際運行中的電壓互感器距離控制室的計量裝置一般都有較遠的距離，所以二次連接導線較長(對于一些500kV變電站，可達800m)，再加上回路中接有阻值較大的快速開關接點及保險管等，如果負荷電流較大，則由此引起的二次回路壓降將比較大。而由于電壓互感器二次導線壓降引起的計量誤差在電能計量綜合誤差中往往占的份額。
在DL／T448-2000《電能計量裝置技術管理規定》中，對電壓互感器二次回路電壓降的數值作了嚴格的規定，并且還規定運行中的電壓互感器二次回路電壓降應定期進行檢驗。針對電壓互感器二次回路壓降問題，提出了多種解決方法，如對重要的電能表裝設專用的電壓互感器二次回路；加粗電壓互感器二次導線截面；采用電壓誤差補償器來補償二次導線壓降引起的比差和角差，等等。這些方法在一定程度上可以緩解電壓互感器二次壓降所帶來的計量誤差問題，但這些方法均是一種在現有基礎上的修正方法，不能從根本上解決問題。
隨著電力系統數字化的發展和對電子式互感器研究的深入，電子式計量設備被廣泛采用的發展趨勢已經不可避免。此外，隨著光纖技術以及光通訊技術的發展，光纖通信具有優良的抗電磁干擾能力，可以采用光纖組成電壓互感器計量繞組的二次回路。在此基礎上，本文提出一種基于電壓互感器二次輸出電壓就地數字化，并采用光纖傳輸信號的方法，該方法不但從原理上能夠消除電壓互感器二次回路壓降，而且還符合電力系統數字化發展的潮流。
1 就地數字化方法的實現原理
電壓互感器二次回路電壓降以其二次繞組端子與電能表端子的同相別線電壓(三相四線電路取相電壓)之間的幅值差和相位差的合成值來考核。
就地數字化方法的實現原理如下：從電壓互感器二次繞組端子側，將電壓互感器二次輸出電壓信號100V(線電壓)轉換成數字化的光脈沖信號，通過光纖傳至控制室，然后傳給位于控制室的輸出接口單元，該單元可以直接輸出包含電壓互感器二次輸出電壓信息的低電壓模擬量(如0～5V)和數字量，供二次設備(如電能表等)使用。
下面以三相三線，二次負荷V形接線來說明電壓互感器二次回路壓降問題以及就地數字化解決方法。接線圖見圖1。
圖1中：Uab、Ucb分別為電壓互感器二次端電壓；
為二次負荷(如電能表等)端電壓；Z1、Z2、Z3分別為各相二次回路阻抗，主要由二次導線、刀閘、接線盒和電壓插件等器件的自身阻抗以及接觸阻抗組成；I1、I2,I3分別為三相二次回路電流。從圖1可得出ab相和cb相二次回路壓降分別為： 
其中Eab、Ecb分別為外磁場在ab和cb回路中感生的電動勢。從式(1)和式(2)可以得出，電壓互感器的二次回路壓降△Uab、△Ucb主要由Z1、Z2、Z3和二次回路中的電流組成；另外，外界電磁干擾的存在也是二次回路壓降的一個組成部分。
如果使電壓互感器的二次端電壓Uab、Ucb直接進入就地數字化裝置，并經由光纖將信息傳至控制室，利用光纖優良的抗干擾性能，則整個信號傳輸過程可以做到很小的信號衰減，也就從根本上消除了因回路阻抗、電流以及外界電磁干擾而引起的二次回路壓降問題。
2 就地數字化裝置組成
裝置的示意圖見圖2。
圖2中的電壓變換器采用的是準確級為0．05級的電壓輸出型變換器，其變比為100V／3．5V；信號調理單元包括一個儀用放大器和一個4階Bessel抗混疊濾波器；模／數轉換單元采用的芯片為AnalogDevice公司的14 b數／模轉換芯片AD7894；信號編碼采用一片CPLD(complexprogrammable logic device);電光轉換單元采用Agilent公司的HFBR-1414。
位于控制室的輸出接口單元主要包括光電轉換單元、數字信號解碼模塊、數／模轉換模塊和電信號輸出接口單元。光電轉換單元采用Agilent公司的HFBR-2412，數字信號解碼模塊采用Altera公司的FLEXlOK30A系列FPGA(field programmablearray)，數模轉換模塊采用的芯片為Analog Device公司的14b模／數轉換芯片AD7841。
由于就地數字化裝置中采用了有源電子線路，所以需要從外部給其提供能量。供能方法主要有兩種：其一，采用電壓互感器本體附近的動力電，經過整流、濾波和DC／DC變換后，提供給電子線路用；其二，采用激光供能的方式，由放置在控制室中的激光器將光功率通過光纖傳輸至就地數字化裝置的電子線路中，經由光電池轉換成電能后供電子線路采用。
3 試驗結果
1)試驗方案
由于就地數字化裝置的輸出為0～5V的模擬信號，而電壓互感器的二次輸出電壓為100 V(線電壓)，所以常規的電壓互感器校驗儀器是無法對其做準確度校驗的。本文采用一種基于虛擬儀器技術的互感器校驗儀，它可以直接對電壓互感器的二次輸出信號和0～5V的模擬信號進行校驗，得出它們之間的比差和角差。
2)就地數字化裝置準確度試驗
將一標準電壓源(0～120V)作為就地數字化裝置的輸入信號，并將其輸出信號和標準電壓源電壓信號送至虛擬儀器校驗儀，可得出就地數字化裝置的測量準確度。試驗接線圖見圖3。通過虛擬儀器校驗儀，可得出該就地數字化裝置的誤差曲線，見圖4。
從圖4可知，在80％～120％額定電壓下，比差小于0．01％，角差小于士2′。就地數字化裝置具有很高的測量準確度。
3)與標準電壓互感器的對比試驗
將圖3中的標準電壓源換成標準電壓互感器，并將就地數字化裝置接于電壓互感器的二次輸出端子側，可以作與標準電壓互感器的對比試驗。接線圖見圖5。圖中R1為實際接線中的導線電阻，RL為負載電阻。
通過改變圖5中的R1、RL數值，可得出因二次回路壓降所引起的負載端電壓與電壓互感器二次端子輸出電壓之間的比差、角差變化的情況。電壓互感器一次側電壓為額定電壓時，U1=l00V；二次負荷為純阻性，當其分別為1．78kΩ和296Ω時，電壓互感器的負荷約為1．9VA和11VA(標準電壓互感器在0～15VA內準確度為0．2級)。假設二次導線長300m，電阻率p=2×10-8Ω·m，當導線的截面為6mm2時，導線電阻值為1Ω。分別用1Ω電阻和4Ω電阻來模擬二次導線，測量結果見表1。
從表1可以得出，隨著電壓互感器二次回路負載和二次導線電阻的加大，因二次回路壓降而引起的互感器比差增大，角差變化不大(因為試驗中采用的是阻性負載)。如果采用就地數字化方法，由于光纖作為二次回路信號傳輸通道，所以不存在回路壓降問題，也就從根本上消除了這些誤差。
4 結 論
本文介紹了一種采用就地數字化方法用于消除電壓互感器二次回路壓降問題，并給出了其具體實現過程。從對就地數字化裝置的準確度試驗以及同標準電壓互感器的對比試驗可以得出，因電壓互感器二次回路壓降而引起的負荷端電壓誤差的增大是非常明顯的，采用就地數字化的方法可以解決二次回路壓降問題。