电压互感器二次输出电压光纤数字化转换装置应用案例
目的
电压互感器二次输出电压光纤数字化转换装置的目的是：通过采用电压互感器（PT）二次输出模拟电压光纤数字化转换装置，降低电压互感器二次回路压降，从而降低目前电力系统日常运行中电能计量综合误差，使电能计量的误差在法定标准范围内，以便合理合法地保护电力部门与用户双方的合法权益。
项目背景
电能计量装置是否准确直接影响发电量、线损、煤耗、厂用电、供电量、用电量等各项电力技术经济指标的正确计算，计费的公证合理，影响电力部门和用户的经济效益。随着电力工业的商业化运营，网厂分离，发电厂和电网之间、联网线路之间，均要按电量计费结算，这一问题也越来越突出，因此，努力提高电能计量的综合准确水平，是一项刻不容缓的重要任务。而电压互感器二次回路压降引起的计量误差往往是影响电能计量综合误差的最大因素。
电力部电能计量装置检验规程SD109—83中规定：Ⅰ类电能计量装置，其电压互感器二次回路压降不应超过额定二次电压的0.25%；Ⅱ类和Ⅲ类电能计量装置，此电压不应超过额定二次电压的0.5%。而根据电力部门多年对实际电能计量装置计量回路电压降的定期监测情况，电压互感器二次回路压降往往超出规定的范围。
电能计量的综合误差是由电压互感器(PT)的误差、电流互感器(CT)的误差、电度表的误差、电压互感器二次导线压降所引起的计量误差所组成。根据多处电网普查测试的结果，在这四项误差中，电压互感器二次导线压
降引起的计量误差往往是最大的。
造成电压互感器二次导线压降过大的原因是：由于变电站各馈线电能表的电压输入信号一般是共用同一组母线上的PT信号，从PT到电能表之间的二次信号线较长。变电所和大中型用电户的高压电能计量装置中，PT二次接线端子与电能表之间需要数十米甚至几百米的连接电缆线。当导线的截面积较小时，长导线的电阻就比较可观。此外，中间接有快速开关、保险管，再加上二次接线端子松动以及保险管两端的金属部分氧化等原因造成二次接线阻抗较大。在这样长的具有较大电阻的连接电缆线上，如果PT二次回路所接入的表计、继电保护装置及其它负荷较大，则较大的负荷电流将引起较大的二次回路压降。
电压互感器二次导线电阻过大，二次导线压降过大，其直接后果是造成少计发电量、供电量、用电量，以致少收电费，造成发供电量不平衡、线损出现负数等。
现有解决方案及其缺陷分析
1、最为简单和常见的方法是加粗电压互器感二次连接导线的截面、减小二次连接导线的长度，以及减小各接点接触电阻在保证在容许二次导线压降的条件下，当电压互感器(每相或每根)二次导线的长度L已知，可以计算出需的导线截面积S；当电压互感器二次导线的截面积S已知，可以计算出容许长度L。根据电度表的接线方式不同，有不同的计算公式。例如在三相V接线——V负载或三相Y接线——V负载时，为保证二次导线压降小于容许值应满足下述关系：
按铜线在
例如，有一PT的二次导线的长度L 为
这种方法的缺点是：即使导线再粗，也不能解决接触电阻及导线电阻所带来的问题。
2、将电度表调快
根据一次回路消耗电能的有功分量及无功分量计算出的平均，以及测得的PT二次导线压降，可以计算得出PT二次导线压降所引起的电能计量误差值，将电度表调快，用以抵消二次导线压降所引起的负误差。应指出，当变化过大或过大时，均不宜采用此法。
3、装设电度表的专用二次回路采用专用计量回路
包括采用专用的电压互感器二次计量绕组,避免继电保护、测量回路对计量回路的影响；采用专用的计量二次电缆及专用的开关、熔断器和接线端子等。此措施可从设备配置的角度减少了电压互感器二次回路电压降，但由于还存在开关、熔断器和接线端子等设备，因它们的接触电阻较大造成的PT 二次压降较大,难于满足对Ⅰ类电能计量装置中电压互感器二次回路电压降应不大于其额定二次电压的0.25%的要求。
4、采用电压误差补偿器来补偿二次导线压降引起的比差和角差
其原理是在二次回路中加入一个补偿电压，用以补偿二次导线压降引起的比差和角差。产生这个补偿电压的装置有多种：定值补偿器、电流跟踪式补偿器、电压跟踪式补偿器。第一种利用自耦变压器和移相器来补偿比差和角差，使得PT 二次端电压和电能表计端电压幅值和相位相等, 从而达到补偿的目的。它的缺点是受负载影响大, 仅适合于负载不变或变化小的工况，它的效果较差；第二种利用电子线路通过对PT 二次回路电流的跟踪，产生一个与二次回路阻抗相等的负阻抗, 使得二次回路总阻抗等效为零, 从而压降为零。它的缺点是如果二次回路的阻抗变化了, 就不能自动跟踪了。后一种方法利用实时测量PT 二次端电压和电能表计端电压的电压, 对它们进行比较, 产生一个与二次回路压降大小相等、方向相反的电压叠加于PT 二次回路, 使压降等效为零。这种补偿器是动态补偿, 适用于较多的场合。 缺点是：需要铺设长的获取比较信号的电缆，从而引入一定的电磁干扰；此外还存在补偿电压有谐波的问题，成本较高且可靠性要求高。
光纤数字化转换方案及其优势分析
针对目前PT二次回路压降对电能计量影响较大的现状，本公司研制了一种将PT二次输出的模拟电压信号就地数字化的光纤传输设备，这种设备的框图如图1所示。其工作原理为：在PT二次输出的地方，就地将二次电压模拟量U2转换成数字量，用光发射模块将电的数字量变成光脉冲，用光缆将数字量光脉冲从PT处通过光缆传到远处的控制室，在控制室将光脉冲变为数字量，并经数模变换后，得出与PT二次输出电压相同的U2，供电能表计用。
采用这种方法的优势在于：
1、在传统的模拟信号传输装置中，模拟电压信号通过长导线后要发生较大的衰减和失真，从而引入误差。将PT二次输出的模拟电压信号就地数字化后采用数字光脉冲信号传输，包含的信息几乎没有任何衰减和失真，信号精度不会由于长距离传输而引入任何误差。
2、光信号传输不会受到周围强电磁干扰的影响，可靠性高。从而该装置可解决PT二次导线压降所引起的种种问题，提高计量的准确度。
3、采用数字光信号作为变电站二次信号传输的手段，符合数字化变电站自动化系统的发展趋势，是电子技术成果在解决变电站实际问题创造性应用的典型范例。
4.1 遵循标准
IEC60044-7电子式电压互感器
4.2 主要技术指标
准确度：
额定一次电压80％－120%范围内：优于0.2％
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