关键词：电压互感器；二次回路压降；光纤传输
实际运行中的电压互感器距离控制室的计量装置一般都有较远的距离，所以二次连接导线较长(对于一些500kV变电站，可达800m)，再加上回路中接有阻值较大的快速开关接点及保险管等，如果负荷电流较大，则由此引起的二次回路压降将比较大。而由于电压互感器二次导线压降引起的计量误差在电能计量综合误差中往往占的份额。
在DL／T448-2000《电能计量装置技术管理规定》中，对电压互感器二次回路电压降的数值作了严格的规定，并且还规定运行中的电压互感器二次回路电压降应定期进行检验。针对电压互感器二次回路压降问题，提出了多种解决方法，如对重要的电能表装设专用的电压互感器二次回路；加粗电压互感器二次导线截面；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，等等。这些方法在一定程度上可以缓解电压互感器二次压降所带来的计量误差问题，但这些方法均是一种在现有基础上的修正方法，不能从根本上解决问题。
随着电力系统数字化的发展和对电子式互感器研究的深入，电子式计量设备被广泛采用的发展趋势已经不可避免。此外，随着光纤技术以及光通讯技术的发展，光纤通信具有优良的抗电磁干扰能力，可以采用光纤组成电压互感器计量绕组的二次回路。在此基础上，本文提出一种基于电压互感器二次输出电压就地数字化，并采用光纤传输信号的方法，该方法不但从原理上能够消除电压互感器二次回路压降，而且还符合电力系统数字化发展的潮流。
1 就地数字化方法的实现原理
电压互感器二次回路电压降以其二次绕组端子与电能表端子的同相别线电压(三相四线电路取相电压)之间的幅值差和相位差的合成值来考核。
就地数字化方法的实现原理如下：从电压互感器二次绕组端子侧，将电压互感器二次输出电压信号100V(线电压)转换成数字化的光脉冲信号，通过光纤传至控制室，然后传给位于控制室的输出接口单元，该单元可以直接输出包含电压互感器二次输出电压信息的低电压模拟量(如0～5V)和数字量，供二次设备(如电能表等)使用。
下面以三相三线，二次负荷V形接线来说明电压互感器二次回路压降问题以及就地数字化解决方法。接线图见图1。
图1中：Uab、Ucb分别为电压互感器二次端电压；
为二次负荷(如电能表等)端电压；Z1、Z2、Z3分别为各相二次回路阻抗，主要由二次导线、刀闸、接线盒和电压插件等器件的自身阻抗以及接触阻抗组成；I1、I2,I3分别为三相二次回路电流。从图1可得出ab相和cb相二次回路压降分别为： 
其中Eab、Ecb分别为外磁场在ab和cb回路中感生的电动势。从式(1)和式(2)可以得出，电压互感器的二次回路压降△Uab、△Ucb主要由Z1、Z2、Z3和二次回路中的电流组成；另外，外界电磁干扰的存在也是二次回路压降的一个组成部分。
如果使电压互感器的二次端电压Uab、Ucb直接进入就地数字化装置，并经由光纤将信息传至控制室，利用光纤优良的抗干扰性能，则整个信号传输过程可以做到很小的信号衰减，也就从根本上消除了因回路阻抗、电流以及外界电磁干扰而引起的二次回路压降问题。
2 就地数字化装置组成
装置的示意图见图2。
图2中的电压变换器采用的是准确级为0．05级的电压输出型变换器，其变比为100V／3．5V；信号调理单元包括一个仪用放大器和一个4阶Bessel抗混叠滤波器；模／数转换单元采用的芯片为AnalogDevice公司的14 b数／模转换芯片AD7894；信号编码采用一片CPLD(complexprogrammable logic device);电光转换单元采用Agilent公司的HFBR-1414。
位于控制室的输出接口单元主要包括光电转换单元、数字信号解码模块、数／模转换模块和电信号输出接口单元。光电转换单元采用Agilent公司的HFBR-2412，数字信号解码模块采用Altera公司的FLEXlOK30A系列FPGA(field programmablearray)，数模转换模块采用的芯片为Analog Device公司的14b模／数转换芯片AD7841。
由于就地数字化装置中采用了有源电子线路，所以需要从外部给其提供能量。供能方法主要有两种：其一，采用电压互感器本体附近的动力电，经过整流、滤波和DC／DC变换后，提供给电子线路用；其二，采用激光供能的方式，由放置在控制室中的激光器将光功率通过光纤传输至就地数字化装置的电子线路中，经由光电池转换成电能后供电子线路采用。
3 试验结果
1)试验方案
由于就地数字化装置的输出为0～5V的模拟信号，而电压互感器的二次输出电压为100 V(线电压)，所以常规的电压互感器校验仪器是无法对其做准确度校验的。本文采用一种基于虚拟仪器技术的互感器校验仪，它可以直接对电压互感器的二次输出信号和0～5V的模拟信号进行校验，得出它们之间的比差和角差。
2)就地数字化装置准确度试验
将一标准电压源(0～120V)作为就地数字化装置的输入信号，并将其输出信号和标准电压源电压信号送至虚拟仪器校验仪，可得出就地数字化装置的测量准确度。试验接线图见图3。通过虚拟仪器校验仪，可得出该就地数字化装置的误差曲线，见图4。
从图4可知，在80％～120％额定电压下，比差小于0．01％，角差小于士2′。就地数字化装置具有很高的测量准确度。
3)与标准电压互感器的对比试验
将图3中的标准电压源换成标准电压互感器，并将就地数字化装置接于电压互感器的二次输出端子侧，可以作与标准电压互感器的对比试验。接线图见图5。图中R1为实际接线中的导线电阻，RL为负载电阻。
通过改变图5中的R1、RL数值，可得出因二次回路压降所引起的负载端电压与电压互感器二次端子输出电压之间的比差、角差变化的情况。电压互感器一次侧电压为额定电压时，U1=l00V；二次负荷为纯阻性，当其分别为1．78kΩ和296Ω时，电压互感器的负荷约为1．9VA和11VA(标准电压互感器在0～15VA内准确度为0．2级)。假设二次导线长300m，电阻率p=2×10-8Ω·m，当导线的截面为6mm2时，导线电阻值为1Ω。分别用1Ω电阻和4Ω电阻来模拟二次导线，测量结果见表1。
从表1可以得出，随着电压互感器二次回路负载和二次导线电阻的加大，因二次回路压降而引起的互感器比差增大，角差变化不大(因为试验中采用的是阻性负载)。如果采用就地数字化方法，由于光纤作为二次回路信号传输通道，所以不存在回路压降问题，也就从根本上消除了这些误差。
4 结 论
本文介绍了一种采用就地数字化方法用于消除电压互感器二次回路压降问题，并给出了其具体实现过程。从对就地数字化装置的准确度试验以及同标准电压互感器的对比试验可以得出，因电压互感器二次回路压降而引起的负荷端电压误差的增大是非常明显的，采用就地数字化的方法可以解决二次回路压降问题。