电容式电压互感器测试装置专利成果转化

  完成单位：国网新疆电力有限公司

  主要完成人：顾红波、刘文忠、童光华、杨金成

一、研发背景

本专利设备主要应用于35kV-765kV各电压等级电容式电压互感器现场误差测试试验。随着国家特高压变电站加速建设，电容式电压互感器因体积小、重量轻、经济性显著而被大批投入运行，电容式电压互感器需要在投运前进行基本误差检测，传统的检测设备与检测方法因安全风险高、成本高、效率低、人员需求大不能满足电网建设进度需要，因此迫切需要技术革新。在本专利未发明前，对电容式电压互感器检测有三种方式，一是采用传统单独的调压器+升压器+电抗器+标准+负荷箱+测试仪等设备现场组装接线（下图），测试设备重达几百公斤甚至十几吨，测试完一组进行下一组测量需要还拆解并再次组装。因此存在劳动强度大、安全风险高、作业效率低，与电网发展速度明显不对称的问题。二是采用专用计量车现场校验互感器误差存在作业位置受限的问题。计量车购置成本高同时维护成本高，在未铺装路面的变电站以及水电厂升压站（一般在楼顶）和柜式互感器的实验环境下无法到达测试位置开展检测。三是采用低检高的方式校验互感器，计量标准不能实现量值溯源传递，存在合规性不符的问题。

 采用的测量技术最为接近的国内某公司生产的电容式电压互感器测试仪，因未采用戴维南测试原理（详见本发明的等值电路测量法），未采用感应分压器作为测量技术的标准，因此无法解决溯源问题和现场误差漂移的问题，无法对本专利的新颖性和创造性构成实质性影响，本专利正是为了解决上述问题开展的研究。

二、发明团队介绍

发明团队成员均有着丰富的计量测试现场工作经验，拥有电能计量检测方面的多项国内领先的计量技术科技成果，具备较强的技术研究能力。主要由国网新疆电力有限公司营销服务中心（资金集约中心、计量中心）及南京丹迪克电力仪表有限公司的人员组成，共四人，如表1。

表1  项目组成员表

第一发明人顾红波，主要负责专利项目总体方案的制定，提出采用等值电路的负荷外推法、电工式标准感分及高压继电器的技术将传统设备变为便携式设备，完成本发明实物的制造。第二发明人发明人刘文忠，主要负责协助制定专利总体方案，实施现场对比及验证，提出采用感应分压器来测量的技术和高压接线自动切换技术，提高了测量精度，使本设备可达到765kV电压等级的电容式电压互感器的变比测试，扩大了本发明的测量范围。第三发明人童光华，提出了按照本发明的检测方法下的保证检测结果准确可靠的一次线接线的方法；第四发明人发明人杨金成，国家电网公司青年岗位能手，主要负责专利成果后续现场验证实施，提出对测试人员的接线工作进行了简化，提出了轮压式接线插座的发明思路，提高了安全性。

三、成果(专利)简介

本专利研究自2013年开始，是按照JJG1021-2007《电力互感器》规程规定的电压互感器负荷误差外推法的计算公式计算被试电容式电压互感器在额定负荷以及下限负荷下的误差变化值，采用了等值电路的负荷外推法、电工式标准感分及高压继电器的技术将传统设备变为便携式设备，颠覆性的改变了电容式电压互感器现场误差检测的作业形式，并且测试仪器、标准感分均能够量传溯源，将中大型作业规模变成了小型作业，完全解决了测试成本高、劳动强度大、安全风险高、检测周期长且效率低的问题。本专利第一专利权人是国网新疆电力有限公司营销服务中心（资金集约中心、计量中心），第二专利权人是南京丹迪克电力仪表有限公司。

（一）技术原创性及重要性：在本装置之前没有能够实现500-750kV电容式电压互感器误差检测的便携式设备，本专利项目从根本上改变了电容式电压互感器的误差试验形式，仅需一台便携式检测装置（750kV需要外置10kV标准互感器）即可实现35kV~750kV各电压等级电容式电压互感器的现场误差测试，与传统设备的谐振升压比较法相比，具有不可替代的技术水平与非常高的技术与经济价值。

（1）本发明采用电容式电压互感器等值电路的负荷外推测试方法，测试方法符合规程要求并且与传统测量方法完全不同，因此颠覆性的改变了作业形式。使用测量电路测量感应分压器与被试电容式电压互感器中间变压器的在阻性负载下的变比误差以及角度误差，采用电容式电压互感器负荷误差外推法的计算公式计算出被试互感器在额定负荷以及下限负荷下的误差变化值。

（2）本发明中的感应分压器的准确度等级可以达到0.02级，而采用电子元件做成的测量电路很难达到0.05级，且温度特性不如采用感应分压器，因此本发明提高了测量精度，同时采用感应分压器可以覆盖35kV至765kV的电容式电压互感器的变比，扩大了本发明的测量范围。

（3）本发明将高压继电器组中所有高压继电器常开触点的开闭状态进行不同组合，使切换被测电容式电压互感器一次侧接线端子以不同的状态接入升压器和感应分压器，由此则无需人为参与被测电容式电压互感器一次侧接线端子的拆接，避免了人为操作错误，并且高压继电器组只需约100mS的时间即可完成切换动作，减少了测试时间，提高了工作效率。

（4）本发明采用了功率放大器，提高了装置升压的稳定性，降低了故障率。

（5）本发明简化了测试人员的接线工作，最大程度地避免了人为导致接线错误的问题，降低了对测试人员经验和能力的依赖，提高了安全性。

（6）本发明试验电压不超过10000V，能耗不超过100VA，测试仪主机重量不超过15公斤；测试一台220kV以下电容式电压互感器的时间少于3.5分钟。解决了使用传统校验装置校验电容式电压互感器所带来的设备体积重量大，试验电压不高，容量不大的问题。

（二）本专利创造性技术优势：

本专利采用测量电容式电压互感器在不超过2000V（765kV需要升压至10000V）电压状态下的误差，测量其等值电路的误差、非线性误差以及负载误差，在测量互感器的中间变压器的低频励磁特性，结合研究提出的电容式电压互感器的数学模型，采用软件计算出互感器在额定电压以及额定负荷下的误差，其测量准确度可以达到0.05级，且在运行变电站受带电线路的电磁干扰情况下仍能够达到其准确度。由于所需试验电压等级低，其操作安全性得以大幅度的提高，同时对试验场地安全管控要求更低，仅需携带本发明设备两人协同工作即可快速完成检测工作，完全改变了现场检测的作业规模和作业形式，全面解决了传统测试方法测试成本高、劳动强度大、安全风险高、检测周期长且效率低的问题。

参评专利的成果克服了变电站的空间强烈电磁与静电干扰，无需携带高压标准，谐振升压装置，仅需少数工作人员就可以快速对变电站的电容式电压互感器进行误差校验，判断互感器误差是否合格，可以有效降低由于互感器误差造成的计量偏差和经济损失，拥有了完全自主的知识产权。

表2是采用专利技术和传统测试技术的对比分析。

表2  采用本专利技术和传统测试技术的对比

（三）技术通用性：

本发明完全可以批量化生产，经实际运行多年的结果与传统互感器检定方法比较，其技术方案和应用结果已经得到了公认，并已广泛应用与国内各种互感器检验的场合

1.参评专利目前已广泛应用与电网建设的各种高压、特高压电磁式、GIS电压、电流互感器以及电容式电压互感器的误差检验；

2.由于电力测量有非常广泛的测试场景，其中微弱信号的测量及其困难，可以将本发明中小信号测量电路以及软件处理应用的该测试领域。

（四）政策适应性：本专利项目属于国家政策鼓励、支持的项目，符合互感器测试规程的规定，检定证书见附件。

本专利获得2020年国网新疆电力有限公司专利成果二等奖。

四、成果（专利）转化情况介绍

成果于2017年完成开始制造并投入全国电网的生产使用，在国网新疆特高压电网建设及国网江苏电力有限公司、国网甘肃电力有限公司、国网冀北电力有限公司、国网湖南电力有限公司、国网河北电力有限公司、国网天津电力有限公司、国网安徽电力有限公司、国网蒙东电力有限公司、国网上海电力有限公司、南网广州电网、国网浙江电力有限公司、国网湖北电力有限公 司、国网四川电力有限公司、南网广州电网、南网云南电网等国内16家电力公司投入生产使用。

在国家电网公司2017年至今累计招标数量约252台套，累计金额逾4534.46万元，其中在江苏省电力公司2018年度采购700余万元；新疆电力公司累计采购约600万元。

在电容式电压互感器现场测试作业过程中，有效保障了现场作业人员的人身安全以及测试精度并降低了能耗排放及浪费。由于完全颠覆了传统的作业形式，安全风险小作业效率高，深得技术人员的喜爱，220千伏及以下电压等级互感器现场测试已完全替代传统设备，在各种技术支撑机构及各地市级检测单位均有配备，在全国电网建设中发挥着巨大的作用。

五、经济效益与社会效益介绍

（一）经济效益状况：

本发明的超高检测效率和小规模作业大大缩短了检测时间，在电容式电压互感器现场测试作业过程中，降低了劳动强度，降低了制造成本、运输成本等，有效保障了现场作业人员的人身安全以及测试精度，大大降低了能耗排放。

1、直接经济效益

（1）直接销售效益

自实施日至2021年12月，南京丹迪克电力仪表有限公司生产销售的电容式电压互感器测试仪共计 346 台套，新增销售额为 6189.94 万元，新增利润1018.54 万元，新增税收 113.93 万元。

（2）节约经济效益

以新疆电力有限公司自行实施计算，平均每组特高压设备检测单次节约共计约1.35万元，在国网新疆特高压电网建设过程中参加 超过355 座次变电站/线路的检测工作。考虑到多数场站两天内无法完成测试，因此节约资金将大大超过基础计算，合计2019-2021年经济效益为587.52万元。

2、增供经济效益：采用本发明大大缩短测试时间带来的经济效益，本发明的超高检测效率和小规模作业大大缩短了检测时间，对于供电抢修和新建变电站提前投运以及周期检定停电三个方面，都能够带来因停电时间缩短和建设周期缩短带来的巨大效益，电压等级越高，经济效益越大。以新疆750kV变电站为例，每提前一小时多供电量百万千瓦时。

低碳节能经济效益：采用本发明可大大降低制造检测设备的原材料消耗及制造过程中的碳排放。本发明工作时的能耗为传统设备的 1/10、总重量为传统检测设备的1/1000，由于本发明是电子设备，总重量15公斤，而220千伏传统设备重达三四百公斤，500千伏及以上的传统检测设备更是重达十几吨，因此无论制造成本还是制造过程中的能耗都大大降低上百倍。本发明工作时的能耗为100VA，而传统设备能耗为5000VA，测试过程时间为传统设备的1/10，因此测试用能耗也降低几百倍。

（二）社会效益状况：

本专利设备属于国际首创，是目前可以完成10-750kV电压等级电容式电压互感器现场误差准确测试的便携式设备，具有不可替代的技术水平，有力支撑着“中国制造”的战略，全面解决了传统校验方式工作量大安全风险高效率低的缺点。本发明以全球领先的超高压的互感器测试技术立足于生产一线，对节能减排、降耗增效、保障安全以及加快电网建设进度，保障社会供电安全和经济发展都具有重要的实际意义。

项目大大提升了权益单位的知名度，以改变作业方式来缩小作业规模，从而落实本质安全的创新工作思路值得行业内其他专业类似工作借鉴，该发明的技术已在电流互感器、GIS互感器现场检测设备中应用，取得了巨大的社会效益，具有极高的推广应用价值。

随着该发明的持续推广，还将创造巨大的社会价值。