基于空间电场效应的高电压测量装置的研究

本文在对一种基于空间电场效应的电容分压器的电场进行计算分析的基础上,讨论了这种新型电容分压器的安装位置与高压探头对地分布电容间的关系,椭球形和圆球形高压探头的电场分布情况以及测量不同电压等级时高压探头球体的最小半径等问题,设计了电容分压器的结构及参数。作为该新型电容分压器的一种应用,设计了一套完整的高电压测量装置。试验表明,该装置具有较好的测量精度和响应特性,信号波形的再现能力较为理想,适用于电力系统中高压输电线路等设备的暂态高电压信号的现场试验测量。     

现场耐压试验时电压测量方法的研究

本文分析了变电站母线电场和试验变压器与电容分压器的高压联接导线电场对电容分压器分压比的影响,提出电容分压器的等效电路。根据分压器的等效电路,提出测量电压的方法。     

500kV集中式标准电容分压器的研制

研制了一种基于标准电容器的集中式电容分压器,该分压器的高低压臂电容电极采用同种金属极板材料并处于压缩SF6气体绝缘介质中,可以保证分压器高低压臂电容温度系数、电压系数等特性参数的一致性,进而保证电容分压器分压比的稳定性;采用理论计算及仿真分析相结合的方式确定了标准电容器各部分的尺寸。针对绝缘外筒表面上存在电压分布不均匀的情况,在分压器内部加设多层均压电极后改善了绝缘套管上的电场分布情况。经实际测试,标准电容分压器高压臂电容量及分压比实测值与理论计算值十分接近,其高压臂电容量电压系数为1.01×10-5。     

用于Marx发生器电压测量的水电阻分压器

为了测量PTS单路样机Marx发生器的输出电压,设计并标定了一个二级分压的水电阻分压器。水电阻分压器设计中需注意在不同介质的分界面及三相点位置产生的局部高电场,采取适当的均压设计可避免绝缘击穿。水电阻分压器用比对法标定,短路实验和100Ω水电阻负载实验的标定结果相差约15%。分析认为误差的原因是标准分压器和Marx发生器输出端的连接线与主回路之间存在互感,造成短路负载情况下标准分压器的测量值低于实际值,导致标定结果出现较大偏差。改进实验线路后标定结果偏差<3%。     

500 kV压缩气体标准电容分压器的研制

传统的电容分压器由于高低压臂的结构和材质不同,难以保证其分压比的稳定性,为此研制了一种基于平板电极结构的集中式标准电容分压器,该分压器的高低压臂电容电极采用同种金属极板材料,并处于压缩SF_6气体绝缘介质中,可以保证分压器高低压臂电容温度系数、电压系数等特性参数的一致性,进而保证电容分压器分压比的稳定性。采用理论计算及仿真分析相结合的方式确定了标准电容器各部分的尺寸,针对分压器绝缘外筒表面上电压分布不均匀的情况,在分压器内部加设多层均压电极后改善了绝缘套管上的电场分布情况。经实际测试,标准电容分压器高压臂电容量及分压比实测值与理论计算值十分接近,其高压臂电容量电压系数优于1.5×10~(-5),分压器线性度优于1.0×10~(-4),可以作为标准电压分压器使用。     

同轴电容分压器结构分析

同轴电容分压器能有效避免寄生电容的影响,抗电磁干扰,稳定性良好。在同轴电容分压器中,电场分布不均匀,绝缘强度与同轴电容的半径有关,文章给出了同轴电容的半径选择原则。同时,温度对电容分压器精度的影响与其结构有关,文章建立了数学模型,分析了内外半径、壁厚、膨胀系数、温度等因素对误差的影响。计算与仿真的结果表明:固定外径和内径的比值为e,较大半径、薄的圆筒壁厚和低膨胀系数的材料可以使温度对测量精度的影响降到最低,同时保持最好的耐压能力。     

特高压气体绝缘开关设备中特快速瞬态过电压测量用电容传感器的标定

为保证特高压气体绝缘开关设备（gas insulatedswitchgear,GIS）中特快速瞬态过电压（very fast transientovervoltage,VFTO）测量用手孔式电容传感器的准确性,必须对其进行标定。研制了用于电容传感器的标定系统,它由3种不同幅值及波形的脉冲源及相应测量系统组成。其中：低电压陡脉冲源用于校验电容传感器的高频特性;高电压陡脉冲源用于校验传感器在高压下的稳定性;低电压长波尾电源用于校验传感器的低频特性。水电阻分压器及金属膜电阻分压器用于测量3种脉冲源的输出波形,在标定电容分压器前,对电阻分压器的频率特性及线性度特性进行了试验。电容传感器的标定试验结果表明,华北电力大学和清华大学研制的电容传感器均具有良好的频率特性、线性度和稳定性,可以满足特高压GIS设备VFTO测量工作的需要。     

用于纳秒脉冲高压测量的同轴型电容分压器

阐述了电容分压器的电路原理,根据同轴型电容分压器的容值计算公式计算了电容分压器的理论分压比,研制了一种用于测量上升沿小于10 ns脉冲高压的同轴型电容分压器,并利用方波源和电阻分压器对其进行了标定。实验测试表明,该电容分压器满足测量要求,能很好地测量快前沿的陡脉冲电压信号。     

电容储能脉冲功率源中ROGOWSKI线圈标定方法

采用电荷守恒原理研究了电容器放电下的ROGOWSKI线圈标定。针对具体电路结构提出了测量电容器中电荷转移量的标定方法,分析了包括电容值测量误差、电阻分压器测量误差、ROGOWSKI线圈测量通道误差等影响标定误差的主要因素。实验比对结果表明新标定法准确度较高。     

复奉特高压直流分压器二次电压异常原因分析

根据向—上工程复、奉两站特高压直流分压器二次侧电压异常跳变多发生在阴雨、雾霾天气的特征,文中从直流分压器的工作原理、内部电阻发热、外部电场畸变等方面对故障原因进行了分析。分析结果表明由直流分压器内、外电压差过大产生的径向放电而引起的分压器高压臂阻容元件短路是导致分压器二次侧电压跳变的原因。表面上污秽和潮湿环境下,直流分压器绝缘子外表面电场强度发生了强烈的畸变是产生径向放电的直接原因;实际上现有直流分压器在结构设计上存在缺陷使得直流分压器内部发热严重,在温度场垂直方向上呈现上高下低的梯度分布才是分压器出现故障的根本原因。电场作用下,正是由于这种温度梯度的分布与绝缘子表面积污相互耦合才使得分压器在内、外电压在径向方向上电压存在极大的差异,进而引发径向放电。为避免类似故障的产生,应高度重视现有直流分压器这种结构设计上的缺陷。在今后直流分压器的设计中,需对直流分压器结构进行优化或加强散热措施,最大限度地减小直流分压器内部垂直方向上的温度梯度。     

一种电容补偿型高压电容分压器的设计

根据高压脉冲实验测量的需要,阐述了外带积分器型、电阻补偿型及电容补偿型等几种电容分压器的工作原理,分析了影响各自响应时间的主要因素即对于测量ns量级快前沿高压脉冲信号,使用外带积分器型电容分压器时不宜采用大尺寸的伞式探针结构;使用电阻补偿型电容分压器时对其高压臂大电阻要求较高。在缺少高性能大阻值电阻的情况下,利用高压电容尝试设计并制作了电容补偿型电容分压器,其分压比约为9348,它在一定范围内可通过改变补偿电容值而方便地改变。实验结果与理论计算及PSpice软件的模拟结果基本一致,方波响应时间约为4.4ns,基本达到了设计目的。定标结果表明该分压器可用于测量高功率脉冲调制系统和强流电子束加速器中的高压脉冲。     

电容分压型电子电压互感器的特性研究

分析和建立电容分压型电子电压互感器(EVT)的传递函数模型,重点分析了EVT的频率特性和滞留电荷的暂态特性,建立了滞留电荷暂态数学模型,对影响频率特性和暂态特性的参数进行了数学分析。仿真分析表明EVT的频率特性和暂态响应过程与高、低压电容和积分器参数有关。可知:减小积分电容或减小积分反馈电阻时可减小频带宽度;减小采样电阻或高压臂电容可增加频带宽度;减小低压电容或采样电阻可缩短滞留电荷造成的暂态过程,减小暂态误差。     

由暂态操作引起的电子式互感器采集单元信号线骚扰电流分析及测量

电子式互感器采集单元受隔离开关分合空载母线过程中产生的特快速瞬态过电压VFTO（very fast transient overvoltage）影响较为严重。为提升电子式互感器的抗电磁干扰能力,基于110 kV AIS隔离开关分合容性小电流试验平台,对电子式电压互感器采集单元信号线骚扰电流进行分析,并通过实测验证了分析的正确性。采集单元信号线L线骚扰电流主要由电容分压器低压臂电容输出瞬态过电压引起,采集单元信号线N线骚扰电流主要由电容分压器接地点瞬态地电位升引起,二者频率及幅值具有较大差异。为了研究共模骚扰电流的主要影响因素,基于分析、实测建立仿真模型,并通过不同工况下仿真及实测结果对比,验证仿真模型的正确性,仿真结果表明共模骚扰电流和地线电感、对地分布电容呈正相关。     

Improvement of resistance protection of high-voltage capacitors of powerful capacitive energy storage systems from emergency overcurrent

A resistive protection circuit of high-voltage pulse capacitors with powerful capacitive energy storage (CES) in multimodule implementation from the emergency overcurrents arising in the individual modules of CES when internal or external electric breakdown of isolation of capacitors was proposed. The main distinctive feature of this circuit is separate operation of CES modules at the stage of charging of parallel-connected capacitors and their operation together at the stage of discharge of the capacitor of modules at the total electrical load. This mode prevents the explosion-like destruction of their protective graphite–ceramic fixed resistors of TVO-60 type in an emergency arising upon breakdown of a CES capacitor at the charge stage. The calculation results of the main electrotechnical parameters of the proposed resistive protection circuit are presented. The quantitative determination of such parameters of the protective circuit of CES indicates its practical feasibility in the area of high-voltage pulse technology.     

新型脉冲分压器的分析与误差补偿

运用传输线原理,设计制作了一种新型两级高压脉冲电阻分压器。该分压器使用CuSO4溶液作为第1级的高压臂,外屏蔽罩采用指数曲线结构,高频时CuSO4溶液对集肤效应不敏感,传输性能好,分压比稳定,通过改变CuSO4溶液的浓度可以方便地调节分压比。结果表明,在第1级和第2级低压臂可以用引线电感或串接电感线圈同时进行误差补偿,可以满足高压快脉冲的测量需要。     

纳秒级不同脉宽的信号对电容分压器的影响

为选择和设计适用的电容分压器以完善测量系统 ,先简析了电容分压器测量不同脉宽信号的不同结果 ,再研制了自积分模式电容分压器 (分压比为 1370 ,方波脉冲响应时间 0 .6 5ns)来测量脉宽分别为 10 0和 10ns的信号 ,实验结果与理论分析一致。     

An Optoelectronic High-voltage Probe for Measuring Impulse Voltage Distribution of HVDC Converter Valve

A high-voltage optoelectronic probe is developed for measuring impulse voltage distribution along thyristor units in the HVDC converter valve. The dimension of the resistive voltage divider is optimized by means of numerical computation of electric field. A pulse frequency modulation （PFM） mode is adopted for the data transmission link because of its immunity to high-intensity electromagnetic interference. Experimental results indicate that the linearity deviation for the whole measuring system is within ± 0.15 %, and therefore it can meet requirements specified by IEC60700-1.