暂态电压行波传感器的研制与应用

基于Rogowski线圈的工作原理,研制了一种由Rogowski线圈、暂态电压抑制电路、分压电路、保护避雷器及行波波头信号综合处理构成的电压行波波头准确测量传感器模块。测试结果表明该模块能快速、有效捕捉故障行波波头的暂态突变信号,提高行波暂态检测精度的一致性及暂态信号测量的可靠性。     

拆装式PCB型Rogowski线圈的研究

提出一种可现场组装结构的基于PCB平面型Rogowski线圈的电流传感器。在简单介绍Rogowski线圈基本工作原理的基础上,详细介绍了线圈的组成、结构和工作原理,并对线圈的主要部件进行详细阐述。给出线圈与被测导体之间的互感系数、自感和电阻计算公式。工频测试结果表明:线圈不仅理论计算结果与实际制造出的线圈的测试结果的一致性非常好,而且具有良好的线性输入输出关系和较高的灵敏度。频率特性测试结果表明:线圈可以真实反应被测电流的波形,并且没有明显衰减。拆装式PCB型Rogowski线圈电流传感器的最大特点是可以在不停电的情况下进行现场安装,并且不会影响被测设备的原来运行状态,为PCB型Rogowski线圈在电力系统的推广应用奠定了技术基础。     

电压行波传感器的高频传变特性分析

为了研究电压行波传感器的传变特性和各项性能指标,对电压行波传感器的工作原理和理论模型进行分析,并搭建仿真模型进行验证。仿真验证表明,提出的电压行波传感器集中式模型能有效传变和提取高频行波信号,为进一步进行行波故障定位与保护奠定了理论基础。     

印制板式Rogowski线圈研究

为了增强印制板式Rogowski线圈拾取感应信号的能力,有效提高其信噪比,将具有相同结构的Rogowski线圈顺次串联并分别获得顺串单、双面板Rogowski线圈后,分析了由单面板构造的顺串单面板传感器的计算模型和等效模型,对比研究了顺串单、双面板Rogowski线圈的阻抗、相频、自感系数和内阻等重要电气参数随着被测电流频率的变化特性,推导了顺串单、双面板Rogowski线圈的最佳阻尼电阻的计算模型,提出了用于判断顺串单、双面板Rogowski线圈测量脉冲大电流的结果有效性的方法及其判据。研究表明,取印制板线圈的顺次串联方式有利于提高传感器的信噪比。     

PCB型Rogowski线圈的可靠性研究

PCB型Rogowski线圈克服了传统手工绕制空心线圈重复性差、准确性低的缺点,便于大规模的自动化生产。可是PCB型Rogowski线圈依靠镀通孔和焊接点实现线圈的绕制和串联连接,这种特殊的结构使得线圈的可靠性取决于镀通孔和焊接点的可靠性。为了设计高可靠性的PCB型Rogowski线圈,介绍了镀通孔的失效模式和失效机理,给出了PCB型Rogowski线圈的失效判据,建立了PCB型Rogowski线圈的可靠性框图和数学模型,基于GJB/Z 299B-98定量地推导出PCB型Rogowski线圈的失效率与线圈镀通孔数目及镜像印制板对数间的关系。最后,预计出测量300 A电流的PCB型Rogowski线圈的平均寿命约为27年。     

新型传统Rogowski线圈的设计与研究

针对传统Rogowski线圈测量小电流存在的一些精度及灵敏度低等性能问题,提出一种具有高精度、高灵敏度结构的新型传统Rogowski线圈电流互感器。该互感器由一块印制电路板(PCB)和4个迷你版的传统Rogowski线圈组成。简单阐述了Rogowski线圈的基本工作原理,并对新线圈的结构与部件进行详细讲解。给出了新结构Rogowski线圈的互感系数、自感和电阻计算方法。通过Matlab软件分析线圈的幅频、相频特性,工频实验测试结果表明线圈具有良好的线性度,对小电流(100 A以下)测量的精度和灵敏度有较大提高,对进一步推广Rogowski线圈在电力系统中的应用具有重要意义。     

基于Rogowski线圈的电流传感器性能研究

介绍了基于Rogowski线圈电流传感器的基本原理和结构,详细的分析了Rogowski线圈的稳态特性以及暂态特性,并且对阶跃信号,直流衰减分量,交流衰减分量以及一般情况下的信号进行了仿真分析,得出Rogowski线圈电流传感器具有良好的稳态测量精度和暂态响应能力,可以满足超高压输电线路的要求。     

双面对称布线印制电路板型Rogowski线圈

印制电路板(PCB)型Rogowski线圈广泛用作复杂电磁环境下的电流测量传感头,其性能决定着电流测量的灵敏性和精确度。针对传统直连结构PCB型Rogowski线圈的不足,设计了一种双面对称布线PCB型Ro-gowski线圈,在PCB板双面均匀密布沿半径方向且两端带导孔的直连铜箔,通过外径导孔处小段圆弧连接布线铜箔呈对称结构,使得线圈结构对称且单匝线圈垂直于PCB板面并指向轴心;在输出端设置与绕线方向相反的回线以抵消垂直PCB平面的杂散磁场干扰。计算了线圈的电磁参数,研究了被测载流导线偏离线圈轴线及线圈外存在干扰电流时线圈与被测载流导体间的互感特性并测试了其互感值。实验测试结果与理论计算值相符,表明该PCB型Rogowski线圈一致性好,抗干扰性能强,适合于用作外界杂散磁场复杂情况下的电流测量传感头。     

输电线行波故障录波装置减噪技术的应用研究

提取高信噪比的行波信号是提高行波故障测距准确度及故障原因辨识可靠性的关键。基于Rogowski线圈行波测量原理,提出一种行波故障录波减噪方法,首先,采用多级采样及工频滤波用于提高Rogowski线圈信噪比;然后,利用无源射频变压器单端转差分电路滤除共模干扰和辐射干扰噪声;最后,采用中值滤波算法滤除波形中的个别奇异点。现场运行结果表明:该方法能够实现幅值为12 A的弱故障行波电流的测量,且波形平滑度较好。     

方形截面Rogowski线圈的一致性分析

为分析Rogowski线圈大批量制造时的一致性特性,推导了方形截面Rogowski线圈的电气参数与结构参数的关系,并分析了主要电气参数对线圈输出特性的影响,基于成品线圈的端口参数测量,提出了一种基于端口参数的校正系数来提高大批量线圈一致性的方法。试验结果表明,采用该方法校正的Rogowski线圈具有较好的一致性,可与积分器随机匹配使用。此方法能有效提高大批量制造Rogowski线圈的一致性,降低了线圈加工过程中的精度要求,具有一定的应用价值。     

基于VMD-Hilbert变换的故障行波定位研究

针对现有行波检测方法中小波变换和希尔伯特黄变换的不足,提出一种基于VMD-Hilbert变换的故障行波检测方法。通过对行波传感器采集到的故障行波信号进行VMD分解,利用Hilbert变换提取模态分量的特征量来标定初始波头的到达时间。针对行波定位精度受波速不确定性影响的问题,基于故障初始行波零模分量和线模分量波头的到达时刻,提出一种与波速无关的双端定位算法。ATP/EMTP仿真结果表明,VMD-Hilbert行波检测方法能有效标定行波波头时间,定位算法无需知道故障发生时刻和故障反射行波波头的到达时刻,进一步提高了故障定位的精度。     

基于自适应卡尔曼滤波残差分析的雷击故障定位

雷击是引起电力传输和配电系统中瞬态、故障和停电的重要原因。为提高在含噪环境下雷击故障点检测的准确性与可靠性,提出了一种基于最大似然(KF-ML)卡尔曼滤波残差分析的雷击故障定位方法。首先通过比较短路故障电流与雷击故障电流之间的瞬态特性差异来区分出短路故障和雷击故障。当行波波头到达时,估计的滤波残差呈现出尖锐的奇异性。通过比较初始行波到达两端的时间,确定雷击侧和故障侧,进一步根据双端测距法可以计算出雷击点距离。同时通过初始雷击行波到达故障侧的时间和来自故障点的反射波时间来获得故障点距离。通过模拟雷电流的仿真分析表明了该方法能有效检测到行波波头,并将其应用在不同条件下的雷击定位和故障定位测试中,且灵敏度高。     

基于波速补偿故障距离逐步逼真的直流线路行波测距方法

为解决小波变换奇异点检测技术应用于直流线路行波测距时对行波波头标定存在的适应性问题以及行波波头到达时刻与行波波速难以有机统一的问题,提出改进方案。对于行波波头的标定,采用对不同故障信号具有完全自适应分解能力的改进的希尔伯特-黄变换,利用高频突变的峰值频点标定行波波头。对于行波波头到达时刻与行波波速难以有机统一的问题,提出利用牛顿插值算法对波速逐次进行补偿。将每次补偿后的波速代入考虑波速变化的测距公式,当测距结果的收敛精度满足设定收敛条件后算法循环终止,得到逐步逼近真实故障距离的测距结果。在PSCAD中进行故障仿真,在Matlab中进行数据计算。结果表明,该测距方法精度高,鲁棒性强,具有一定的抗过渡电阻能力,适用于各类常见故障类型。     

考虑强非线性和波速变化特性的特高压直流输电线路故障测距方法

特高压直流输电系统具有强非线性。采用小波变换方法的传统直流输电线路行波测距原理在实际工程中存在适应性问题。现阶段行波测距技术存在行波到达时刻与行波波速难以有机统一的问题。针对此问题,提出一种考虑强非线性系统和波速变化特性的特高压直流输电直流线路故障测距方法。从测距方法的适应性角度出发,提出非常适合暂态信息处理的改进的希尔伯特-黄算法,利用该算法可准确标定故障初始行波波头。从测距精度角度出发,分析故障行波波速变化特性,发现线路参数的频变特性和行波波头的衰减造成行波波速与故障距离呈非线性关系。据此提出神经网络算法,利用该算法将不必计算行波波速便能实现故障测距。大量仿真结果表明,该测距方法在不同故障距离和不同过渡电阻下的测距精度较高,鲁棒性较好。     

考虑频变特性的直流线路故障行波精确计算方法及应用

输电线路参数存在频变特性,若在直流输电线路故障行波暂态计算中将其等效为固定不变的常数,则必然会导致计算误差增大。为此,文中基于叠加原理提出了适用于任意波形的时序波阻抗矩阵,以描述行波电压和电流间时域的频变关系;此外,利用双指数波对行波波形进行拟合,以获取更高的计算精度。在此基础上,将所提出的方法应用于直流线路故障测距,提出了一种考虑直流线路频变特性的故障定位新方法。基于PSCAD/EMTDC的实际直流工程算例的大量仿真测试表明,所提行波暂态计算方法能有效计及直流线路参数频变特性,对暂态行波的计算更精确,进一步提高了故障测距精度。     

基于有源电子互感器的输电线路等传变差动保护

罗氏线圈电子式电流互感器的积分环节会放大传变误差,可能造成电流传变严重失真,导致保护误动。针对此问题,提出了线路保护直接采用罗氏线圈微分电流信号输出的改进思路。并以差动保护为例,提出了一种基于有源电子互感器的输电线路等传变差动保护方法。该方法直接采用罗氏线圈输出的电流微分信号进行计算,将用于电容电流补偿计算的电压信号经虚拟罗氏线圈数字传变处理,保证电压电流信号经过相同的传变环节。仿真和试验结果表明,新方法在区内故障时可快速动作,且消除了积分环节引入的传变误差对差动保护的影响,降低了电压电流传变差异对保护精度的影响,性能优于现有差动保护方法。     

行波反射法在变压器绕组匝间短路故障定位中的应用

针对变压器绕组轻微匝间短路难以检测的问题,提出利用行波反射波的电压幅值进行匝间短路故障定位的方法。通过在变压器绕组线端输入单个低压脉冲以获取行波反射信号,从采集到的行波反射信号中提取相应的波峰电压幅值,以此作为故障诊断的电气量。根据匝间短路后对应匝波阻抗改变引起的反射电压突变,来实现匝间短路故障定位。仿真结果表明所提方法简单可行。     

基于反行波差值的特高压直流线路纵联保护方案

纵差保护作为高压直流线路后备保护,需设置较长延时躲过区外故障时分布电容电流的影响。为提高纵联保护性能,提出一种基于反行波差值的纵联保护原理。区内故障时,远离故障侧的反行波与近故障侧的前行波不满足线路的传输函数;区外故障时,远离故障侧的反行波与近故障侧的前行波满足线路的传输函数。因此根据传输函数与近故障侧前行波计算远故障侧反行波,并将计算所得的反行波与实际反行波比较,识别区内、外故障。在PSCAD/EMTDC中对所提方案进行了验证,仿真结果表明,不同故障情况下保护方案均能快速、可靠地识别故障,并具有良好的耐受高阻能力。     

基于同步挤压小波变换的故障行波测距方法

针对输电线路故障行波波头识别困难、易产生频谱混叠的问题,提出一种基于同步挤压小波变换(SWT)的故障测距方法。利用SWT提取故障行波小波脊线,生成一组内蕴模态类函数分量(IMTs)。然后对IMTs进行Hilbert变换提取故障点特征量,进而标定首波头的到达时刻。最后根据双端测距原理计算出故障距离。与传统的希尔伯特_黄变换和小波变换相比,该方法实现了故障行波波头较高精度的识别和对频谱混叠的有效抑制,具有较高的测距精度,对噪声的鲁棒性更强。PSCAD仿真验证了该方法的有效性,且测距结果受故障距离和过渡电阻的影响较小。     

单端量行波保护在中压柔性直流配电网的适应性分析

为了研究单端量行波保护原理在中压柔性直流配电网的适应性,首先通过对单端量行波保护的原理分析,得出其最佳应用条件。结合柔性直流配电线路的故障特征进行理论分析,从而得到行波保护在直流配电网中适应性的一般结论;然后搭建中压柔性直流配电网的电磁暂态模型并进行仿真,并与通过理论分析得到的结论进行了比较分析。研究结果表明,单端量行波保护能够适用于中压柔性直流配电线路的保护,且动作性能良好。仿真结果验证了理论分析的正确性。