典型运行场景下电压暂降对互感器测量误差的系统性影响 分析

一、引言

当分布式电源接入，负载波动频繁且故障形态呈现多样化时，典型的电能质量扰动——电压暂降，在电网运行中愈发多见，尽管针对其对终端设备的影响已做大量研究，但围绕关键测量环节——互感器的暂态响应问题，关注存在不足，电压暂降时互感器在幅值与相位方面出现的非线性失真现象，很容易引发计量误差以及保护系统的错误判断，埋下系统安全的潜在隐患，本文依托典型运行场景展开，针对扰动特征、响应机制、误差演变及应对策略四个方面开展系统研究，意在为互感器的选型、保护的整定以及电能质量的控制提供理论支撑与实践参照。

二、电压暂降典型场景及其对测量系统的挑战

电压暂降通常源于短路故障、大型设备启动或切负载操作，表现为电压有效值在短时间内跌至额定值的 10%～90% ，从系统运行角度看，其造成的不仅是电压跌落，更是短时频率波动、电流冲击与非线性磁化现象的叠加[1]。

互感器作为一次系统与二次测量/保护系统之间的接口，原本在额定工况下运行良好，但在暂降触发瞬间，其工作条件偏离设计参数，铁芯非线性响应加剧，绕组电压/电流突变，将直接导致互感器输出信号失真，在典型110kV 系统中，暂降深度超过 50% 、持续时间超过 200ms 的场景并不罕见，互感器测量系统在此类扰动中常表现出明显畸变，测量误差大幅增大。

三、电流互感器（CT）在暂降条件下的响应机制分析

电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的仪器。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。

1.磁通饱和与零序偏移

当暂降触发一次侧短时过电流时，CT 磁芯进入饱和区，磁通波形不再对称，造成输出电流畸变与偏移，此现象在保护 CT 中尤为明显，特别是在发生相间短路时，CT 二次输出将出现削顶现象，误差可达额定输出的10% 以上。

2.响应延迟与相位滞后

鉴于互感器存在一定的磁惯性，当一次电流急剧突变之际，二次输出一般会出现几毫秒至十几毫秒的延迟现象，此时间延迟导致继电保护系统无法准确识别故障发生的先后时序，易导致动作误差。

3.实际数据观测

某变电站在实际短路暂降事件中测得，保护用 CT 输出波形在故障前后存在明显的失真与位移，其最大瞬态误差达 14.3% ，此类失真虽在数百毫秒内逐步恢复，但足以影响快速型保护动作的判断[2]。

四、电压互感器（PT）暂态特性分析及问题呈现

电压互感器变换电压的目的，主要是用来给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能，或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器。

1. 电磁式PT 的频率响应问题

在电压暂降瞬间，由于一次侧激磁电压骤降，电磁式PT 内部激磁电流迅速突增，铁磁材料非线性磁导特性随即显现，使铁芯进入饱和区，此时二次绕组输出信号不再稳定，常伴随输出波形震荡、幅值超调或欠调等现象，形成暂态信号异常。

鉴于电磁式PT 自身固有频率响应范围不宽，若频率产生突变或者注入了谐波，其输出极易出现幅频方面的失配，造成测量信号的失真程度急剧增加，对同期判断及瞬时电压控制的精度造成影响。

2. CVT 系统的谐振与高频扰动

电容式电压互感器（CVT）虽然在远距离输电系统中广泛应用，但其结构中电容分压、电抗补偿与电磁耦合的组合，使其在暂态工况下更易触发 LC 振荡，特别是在电压骤降持续时间超过半个周期以上时，内部补偿电抗器与负载侧电感、电容之间形成振荡条件，激发高频共振。

在电压由 1.0pu 突降至 0.4pu 并维持约 300ms 的过程中，CVT 二次输出持续出现近 400ms 的高频震荡，频率集中于 250～500Hz 区间，最大波峰偏移高达 12% ，该类震荡不仅削弱输出波形稳定性，还可能导致保护误动作或频率判据失效，危及电网调度精度[3]。

3. 对同期与计量系统的连锁影响

PT 输出暂态误差绝非仅为“ 测量偏差” 的状况，更有大概率引发“ 决策偏差” ，在电网同期合闸、远方电压识别、有功无功功率测量这类关键环节里，倘若PT 输出信号在暂态过程中出现明显误差，直接让控制系统的判断精度大打折扣，就像在自动同期装置里，并网判断的主要参考值会采用PT 输出的相位与幅值信息，一旦出现判断差错，或许会引发合闸失败的结果，说不定会引发振荡或系统冲击，电能计量时表现为计量周期内功率波动偏差过大，引发结算差错与用户纠纷。

五、误差评估与系统性应对策略建议

1. 构建动态误差建模机制

以“ 暂降场景—物理扰动—响应偏差” 链条为分析主线，建立以磁通饱和、频率漂移、电磁耦合为变量的误差响应模型，模型需引入暂降深度、持续时间、电网拓扑特征及负荷类型等多因子参数，并以非线性函数回归方式建立“ 场景—误差” 映射函数，该模型不仅可用于静态误差评估，也能为保护整定计算提供动态调参依据。

2. 提升互感器本体适应性

在故障频繁发生或控制精度要求极高的变电站、母线、分布式接入点上，优先选用具备宽频响应及抗饱和能力的互感器设备，比如采用带气隙控制结构的 CT，对磁通突变响应起到减缓作用，可另行选用数字式电子PT（如光纤电压互感器）以增进对非线性扰动的响应线性水平，面对短时的扰动，这些新型设备表现出更高的数据一致性与抗干扰实力。

3. 优化保护策略容错逻辑

对保护系统而言，建议设定暂降触发条件下的“ 延迟判断窗口” ，以滤除短时误差引起的误动作风险，可通过多周期滑动平均、差分滤波等技术实现对暂态数据的抑制，同时引入电压—电流逻辑交叉验证机制，在关键断点处采用双参照冗余判断逻辑，增强鲁棒性。

4. 强化仿真与实测结合的验证机制

建议以 EMT-type 软件平台（如 PSCAD/EMTDC）为基础，构建典型暂降情景库，对不同互感器型号与配置组合开展误差响应对比仿真，同时应配套现场数据采集系统，在真实故障事件中积累误差样本，实现“ 虚拟—现实” 数据闭环验证，从而不断优化误差模型与设备选型。

六、结语

互感器是计量与控制体系的核心枢纽点，本文系统地揭开了误差成因的面纱，还给出了应对办法，未来需提升对互感器暂态性能的评估与适配能力，保障其在复杂电网工况下仍有稳定、可靠的测量能力，为系统安全运行提供技术后盾。

参考文献：

[1]张逸,张妍,张嫣,等.缓减电压暂降影响的电-气综合能源系统储气装置选址定容方法[J].电力自动化设备,2022,42(06):37-44.

[2]胡珈恺,林大森,吴兆波,等.电力系统故障对暂态稳定的影响分析[J].中国新技术新产品,2025,(08):64-66.

[3]周文,梁纪峰,焦亚东,等.电容式电压互感器电压暂降测量误差分析及校正[J].中国电力,2022,55(07):49-58.