专利名称：电压互感器二次回路压降的补偿方法及补偿装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可补偿电压互感器二次回路电压降的方法和补偿装置。
背景技术：
迄今为止，高精度电压互感器与二次回路电压降补偿装置是两个完全不同的产品。由于空载电流压降及负载电流压降的存在，使得未加补偿的电压互感器的电压误差通常为负值，且误差较大，为了提高电压互感器的精度，通常采用误差补偿的方法(匝数补偿或串联绕组补偿)实现，但负载的不确定性造成采用误差补偿后的电压互感器的精度也不可能达到很高的值，通常二次负荷在0.25～1.0额定值范围内的电压误差大于0.1％，相位差大于5’，负荷偏离该范围会出现较大误差，采用更高性能的导磁材料可使误差进一步减小，但设备成本增加。现有的用于校检的电压互感器虽然精度较高，但具有体积大、重量重、价格高的不利于现场推广使用的缺点，而通过采用附加励磁绕组励磁的零激磁电流电压互感器、采用升压器与校检用的低压高精度电压互感器相结合的方式提高测量精度的电压互感器都不适合现场使用。
在变电所、发电厂及变压计量的大用户，其电压互感器二次电压经出口端子、开关、熔丝、电缆等组成的二次回路送入电能表，负载电流会在这些二次回路中产生二次压降而带来计量误差。为了减小二次回路的计量误差，目前出现了很多二次回路压降补偿装置，这些装置大都是通过在电压互感器(PT)二次及电能表之间串入串联变压器来提升电压而进行压降补偿，该压降补偿方式容易引起用户与电力部门的计量争议而很难推广；也有人提出了通过切换负载的方式来进行压降补偿，但这种补偿方式虽能转移负载，但并不能切断二次(因必须为低压电压互感器提供励磁)回路，其低压检测单元的测量误差会对补偿结果产生影响，同时电压互感器(PT)二次负载电流的大量减小会造成电压互感器测量误差的进一步增加。

发明内容
本发明的目的是提供一种可以对电压互感器二次回路压降进行补偿的方法，同时提供一种补偿二次回路压降的补偿装置。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种电压互感器二次回路压降的补偿方法，是在电压互感器的二次回路中串联接入电阻，通过控制该电阻上的压降使其接近于零，从而使二次回路接近于开路，由电阻两端取出采样电压进行电压隔离放大和功率放大并经输出变压器输出，输出变压器的输出与负载并联。
在二次回路中串联的电阻采用分级投切的方法接入。
对二次回路压降补偿的同时对电压互感器原边误差进行补偿，补偿方法是减小未补偿的互感器一次绕组匝数，使一次绕组的空载电流在电阻上的压降等于减小的补偿绕组产生的空载压降。
本发明实现上述补偿方法的补偿装置由分级电阻及其投切电路、电压隔离放大电路、功率放大电路、输出变压器及用于将交流220V电源转换为直流电源供电阻投切电路、电压隔离放大电路和功率放大电路工作的电源电路组成，电阻的两端作为电压取样端与电压隔离放大电路的输入端连接，电压隔离放大电路的输出端接功率放大电路的输入端，功率放大电路的输出端与输出变压器连接。
电阻投切电路采用继电器，其常闭触点与电阻并联。
电压隔离放大电路由隔离运算放大器与级联的运算放大器连接组成。
功率放大电路采用集成功率放大电路，R与C串联接于功率放大电路的输出端与输出变压器之间用于相位补偿。
与现有技术相比，本发明具有以下优点1、本发明不采用电压、电流互感器等检测装置，而是通过在二次回路中串入电阻来进行电压取样，可以减少现有测量用小型电压、电流互感器本身的测量误差对二次压降补偿装置精度的影响。
2、与在二次回路中串入串联变压器的电压补偿方式容易在用户与电力供应部门之间引起争议相比，本发明由于采用电流补偿方式，不会引起用户与电力供应部门之间的争议。
3、传统的二次压降补偿方法及装置通常不考虑对电压互感器测量误差的影响，并且不能提高电压互感器的测量精度，而本发明由于对电压互感器的原边绕组进行了开路补偿，因此在补偿了二次压降的同时，也提高了电压互感器本身的测量精度，可将补偿后的普通电压互感器作为高精度电压互感器使用。
4、本发明的补偿方法及补偿装置在变电站供电电源故障停电时由于分级电阻自动切除，不会影响电能表的正常计量。
5、本发明的检测电阻采用分级电阻投切方式，在投入装置与切除过程中不会影响到电能表的正常计量，而采用串联变压器的电压补偿方式，在装置投入时及切除后，串联变压器本身的压降会影响电能表计量。
6、本发明由于采用使电压互感器与电能表之间二次回路中电流近似为零的方式进行工作，由于电压隔离放大电路采用多级电压放大，放大倍数很高，因此使得电能表的电压线圈中与电压互感器二次侧电压接近完全相等，从而使二次回路压降为零。


图1为本发明的电子补偿装置电路原理框图；图2为本发明的单相电子补偿装置中分级电阻及其投切电路2、电压隔离放大电路3、功率放大电路4及输出变压器5的连接关系示意图；图3为本发明的电子补偿装置中供电电源的电路示意图；图4为本发明的一种三相电能计量系统具体实施例；图5为本发明的一种单相电能计量系统具体实施例。
具体实施例方式
本发明对电压互感器二次回路压降进行补偿的方法是通过在电压互感器的二次回路中串联接入电阻，通过控制该电阻上的压降使其接近于零，从而使二次回路中的电流接近于零即接近于开路，由电阻两端取出采样电压进行电压隔离放大和功率放大并经输出变压器输出，输出变压器的输出与负载并联，以此实现对电压互感器二次回路压降的补偿。在二次回路中串联的电阻采用分级投切的方法接入。在对二次回路压降补偿的同时，为提高整个测量系统的精度，同时应对电压互感器的原边进行补偿。对电压互感器原边误差的补偿方法是减小未补偿的互感器一次绕组匝数，使一次绕组的空载电流在电阻上的压降等于减小的补偿绕组产生的空载压降。
该发明不采用电流、电压互感器等检测电路，通过检测分级投切电阻上的电压是否为零来判断二次回路电流是否切断。
本发明的补偿装置原理框图如图1所示，电子补偿装置主要由用于将交流220V电源转换为直流电源供芯片、功放及继电器工作的电源电路1、分级电阻及其投切电路2、电压隔离放大电路3、功率放大电路4、输出变压器5五部分组成，分级电阻的两端作为电压取样端与电压隔离放大电路的输入端连接，电压隔离放大电路的输出端接功率放大电路的输入端，功率放大电路的输出端与输出变压器连接。
如图2所示，补偿装置中的分级电阻及其投切电路2中的分级投切电阻R1、R2、R3彼此串联，设备不通电时串联连接的电阻所对应的继电器的常闭触点闭合，使电压互感器的二次侧与电能表直接相接，虽然连线有二次压降，但不影响电能表的计费。设备通电时所对应的继电器的常闭触点根据控制需要依次断开，逐级增加串联电阻。投切电路也可采用干簧管等其他投切装置。串联电阻分级投切的原则为先投入第一级小电阻值电阻(如R1)，检测电路根据检测的电阻上的电压来进行电压隔离放大、功率放大，经变压器向负载(电表)输出电流，由于装置控制的目的是使电阻上的压降接近于零，从而使电压互感器到电能表之间流过的电流逐渐减少，直到接近于零，当检测到的第一级分级投切电阻上的电压降很小，达到设定的投切下一级电阻的压降值时，分级投切装置通过闭合第二级投切继电器的常开触点再投切第二级电阻(如R2)，当检测到第一、第二级电阻上总压降很小，达到设定的投切下一级电阻的电压降时，再投切第三级电阻，以此类推。这样在装置投入过程中，不会造成电能表上电压接近于零造成的计费损失及防止电能表电压线圈因电流变化速度过快而产生的瞬时过压造成的电能表损坏。
电压隔离放大电路3是由通用运算放大器IC2、IC3(如LM324、TL084)和隔离运算放大器IC1(如AD202、AD204)组成，采样电阻两端的电压信号ΔU经过隔离运算放大器隔离后，再经两级电压放大后送入功率放大电路4。功率放大电路4采用由IC4(如LM386、LM2877、TDA1556)为核心构成的集成功率放大电路(或分立元件构成的放大电路)，其中R与C串联用于相位补偿，C41与C42为电源滤波电容，功率放大电路4的输入来自电压隔离放大电路3的输出，功率放大电路的输出驱动与负载并联的输出变压器5，由输出变压器5提供负载所需电流。对于三相系统，其电子补偿装置可由三个单相电子补偿装置组合而成。
如图3所示，供电电源电路1取自单相220V交流电源，经具有两个次级线圈的输出变压器后分两路输出，每路输出再经过全波整流、电容滤波后连接型号为78XX如7805、7815、7824(IC5、IC7)与79XX如7905、7915、7924(IC6、IC8)的集成稳压电路，由集成稳压电路输出用于供给电压隔离放大电路3、功率放大电路4及继电器工作的正、负直流电源。
图4为本发明的一种三相电能计量系统具体实施例，该实施例使用在变电站的电能计量中，采用该装置可以将电压互感器I的测量误差及二次回路中的出口端子、开关、熔丝、电缆等产生的二次压降减小到近似为零。图中电压互感器I是原边经过负载开路误差补偿的普通电压互感器，该三相电压互感器的二次侧与电子补偿装置中的分级电阻及其投切电路2串联后再与三相电能表II相连，电压隔离放大电路3检测分级电阻上的电压并进行电压隔离放大，然后送入功率放大电路4进行功率放大后驱动输出变压器5，该输出变压器5与电能表负载II相并联。由于分级投切电阻较大，极小的电流就可以在其两端产生很大的电压降，将该电压与零电压之差作为控制输入信号，送入电压隔离放大电路，电压隔离放大电路的放大倍数很大，闭环控制的结果使得二次回路中的电流接近于零。电能表II的工作电流由本发明补偿装置的输出变压器提供。分级电阻及其投切电路2、电压隔离放大电路3、功率放大电路4由将交流220V电源转换为直流电源的电源电路1提供工作电源。
图5所示为本发明的一种单相电能计量系统具体实施例。与三相系统的实施例一样，采用该装置可以将单相电压互感器I的测量误差及其二次回路中的电压降减小到近似为零。图中电压互感器I是原边经过负载开路误差补偿的普通单相电压互感器，该单相电压互感器的二次侧与电子补偿装置中的分级电阻及其投切电路2串联后再与单相电能表II相连，分级电阻上的电压经电压隔离放大电路3进行电压隔离放大，然后送入功率放大电路4进行功率放大后驱动输出变压器5，该输出变压器5与单相电能表负载II相并联。由于分级投切电阻较大，极小的电流就可以在其两端产生很大的电压降，将该电压与零电压之差作为控制输入信号，送入电压隔离放大电路，电压隔离放大电路的放大倍数很大，闭环控制的结果使得二次回路中的电流接近于零。电能表II的工作电流由本发明补偿装置的输出变压器提供。分级电阻及其投切电路2、电压隔离放大电路3、功率放大电路4由将交流220V电源转换为直流电源的电源电路1提供工作电源。
权利要求
1.一种电压互感器二次回路压降的补偿方法，其特征在于，是在电压互感器的二次回路中串联接入电阻，通过控制该电阻上的压降使其接近于零，从而使二次回路接近于开路，由电阻两端取出采样电压进行电压隔离放大和功率放大并经输出变压器输出，输出变压器的输出与负载并联。
2.如权利要求1所述的补偿方法，其特征在于，在二次回路中串联的电阻采用分级投切的方法接入。
3.如权利要求1或2所述的补偿方法，其特征在于，对二次回路压降补偿的同时对电压互感器原边误差进行补偿，补偿方法是减小未补偿的互感器一次绕组匝数，使一次绕组的空载电流在电阻上的压降等于减小的补偿绕组产生的空载压降。
4.一种实现权利要求1所述补偿方法的补偿装置，其特征在于，该装置由分级电阻及其投切电路、电压隔离放大电路、功率放大电路、输出变压器及用于将交流220V电源转换为直流电源供电阻投切电路、电压隔离放大电路和功率放大电路工作的电源电路组成，电阻的两端作为电压取样端与电压隔离放大电路的输入端连接，电压隔离放大电路的输出端接功率放大电路的输入端，功率放大电路的输出端与输出变压器连接。
5.如权利要求4所述的补偿装置，其特征在于，电阻投切电路采用继电器，其常闭触点与电阻并联。
6.如权利要求4所述的补偿装置，其特征在于，电压隔离放大电路由隔离运算放大器与级联的运算放大器连接组成。
7.如权利要求4所述的补偿装置，其特征在于，功率放大电路采用集成功率放大电路，R与C串联接于功率放大电路的输出端与输出变压器之间用于相位补偿。
全文摘要
本发明涉及一种电压互感器二次回路压降的补偿方法，是在电压互感器的二次回路中串联接入电阻，通过控制该电阻上的压降使其接近于零，从而使二次回路接近于开路，由电阻两端取出采样电压进行电压隔离放大和功率放大并经输出变压器输出，输出变压器的输出与负载并联。本发明还涉及一种补偿装置，该装置由分级电阻及其投切电路、电压隔离放大电路、功率放大电路、输出变压器及电源电路组成，电阻的两端作为电压取样端与电压隔离放大电路的输入端连接，电压隔离放大电路的输出端接功率放大电路的输入端，功率放大电路的输出端与输出变压器连接。本发明通过切断二次回路通过的电流转移二次负载的方式进行二次压降补偿，同时提高了电压互感器的测量精度。本发明可广泛地应用于电能测量、仪器校验领域。
文档编号G01R15/14GK1700023SQ20041001028
公开日2005年11月23日 申请日期2004年5月21日 优先权日2004年5月21日
发明者赵国生, 焦留成 申请人:赵国生