改善纵向调制光学电压互感器内电场分布的新方法

基于纵向调制Pockels效应的光学电压互感器(OVT),其电光晶体内电场分布的均匀性对测量结果影响很大。通过对多片晶体叠层的纵向调制OVT结构进行电场仿真分析可知,由于晶体内电场分布不均匀,当晶体薄片或光路的角度发生微小偏移时,其通光路径上的积分电压误差一般为0.2%左右,接近或超出了0.2%的准确级要求。为改善其内电场分布,文中针对多片晶体叠层的纵向调制OVT结构,提出了石英介质分层法,通过ANSYS Maxwell有限元分析软件和实验验证了方法的有效性。在保证有效提高半波电压和测量灵敏度的前提下,可以使积分电压误差降低到0.05%以下,保证了0.2%的准确级要求。     

一种改善光学电压互感器电光晶体内电场分布的方法

基于线性电光效应的光学电压互感器(OVT)多采用横向调制方式,其晶体内电场分布的均匀性直接影响测量的准确度和稳定性。仿真结果表明,由于晶体内电场分布不均匀,当入射光的角度和位置发生微小偏移时,积分电压误差不容忽视。为了解决这一问题,提出了一种在电光晶体上附加介质的方法,采用Ansoft Maxwell有限元软件对附加介质的BGO晶体内电场进行了仿真计算,结果表明该方法可以有效地改善电场分布,且随附加介质厚度的增加,电场分布的均匀性不断提高并趋于稳定。电光晶体附加介质后,入射光束发生0.5°小角度偏移时引起的误差由0.11%下降到0.04%,位置偏移0.1mm时引起的误差由0.3%下降到0.08%。文中通过实验验证了方法的有效性,明显地改善了晶体内电场的均匀性。     

基于近端电场积分法的耦合误差分析研究

近年来,非侵入式电压测量因具备安全性高、便于安装和维护等优势而受到国内外电力工作者们的青睐,但以电场为中间量反演电压的过程中,电场存在串扰问题。为此,对一种新的电场反演方法进行电场耦合误差分析。首先,通过探究10 kV架空线路空间电场分布情况,提出近端电场积分方法;其次,利用三相电场耦合计算模型,对10 kV架空线路三相电场之间的串扰进行误差分析;最后,通过Comsol有限元软件搭建10 kV三相输电线路仿真模型,获取其电场分布并进行验证。结果表明：三相导体下方电场强度均主要来自待测相,传感器距离待测导体0.03 m、0.05 m和0.07 m时,其他相的耦合分量非常小,其占比小于1.5%,基本可忽略不计。仿真结果与理论计算结果相一致,两者之间的误差控制在0.2%以下,因此,通过调整传感器的安装部署位置,近端电场积分法对不同电压等级均有适用性。本文的研究成果可为非侵入式电压在线监测装置的研发提供理论指导。     

面向架空输电线路的防外破装置设计

针对传统防外破技术抗干扰能力弱、适配性低、报警效果差以及平板电容型传感器对称结构中存在的边缘效应问题,研制一种适用于多组态与多电压等级架空输电线路的防外破装置。首先,分析感应电压与场强关系,进行等位环结构改进并完成PCB设计制作,利用Ansys Maxwell搭建多组态与多电压等级架空输电线路仿真模型,为报警阈值设定提供理论依据;其次,完成防外破装置的硬件与软件设计,实现不同线路情况下的电压档位选择、电场信号采集处理以及声光报警等功能;最后,搭建10 kV模拟架空输电线路高压实验环境并进行现场验证,测试分析装置的工作性能。结果表明,所设计的防外破装置感应电压测量平均相对误差在3%以内,与测试电压线性相关系数R=0.999 7,其变化规律符合电场分布规律;现场报警成功率为100%,装置稳定可靠、兼顾精准性与线性度要求。     

不同电压等级同塔四回架设线下工频电场分布研究

为研究不同电压等级线路同塔多回架设时线下工频电场分布,对运行的330 kV、110 kV同塔四回线路及分开架设时线下工频电场进行了实测,利用ANSYS有限元分析软件计算了同塔四回不同排列方式的线下工频电场。结果表明:330 kV、110 kV同塔四回架设较分开架设时线下工频电场分布得到明显改善;330kV、110 kV线路分别采用逆相序排列,且同侧上层330 kV与下层110 kV线路也为逆相序时,线下工频电场分布改善效果最佳。     

光学电压互感器偏光干涉测量模式:(一)常见偏光干涉测量模式局限性分析

现有的光学电压互感器(OVT)大多基于电光晶体的Pockels效应,即电光晶体在外加电场的作用下其折射率发生变化,使得沿某一方向射入晶体的线偏振光产生电光相位延迟,延迟量与外加电场成正比。由于无法实现对晶体电光相位延迟的直接测量,通常采用偏光干涉测量模式,将相位延迟转变为光强调制,通过对光强的检测实现电压测量。这种测量模式反映了光功率的大小,但仅能近似线性地测量有限的电光相位延迟,其稳定性与可靠性受到温漂、晶体附加相位延迟、半波电压等问题的限制,无法满足电力系统的实用要求。文中分析了偏光干涉测量模式的局限性,并对双光路补偿法进行了讨论。     

数值积分法在电压互感器中的应用及误差分析

光学电压互感器是新一代电子式电压互感器的研究方向之一,它相比传统互感器具有体积小,价格低廉,绝缘易实现等优点。利用分布式电场传感头和数值积分方法测量高电压切实可行并有着光明的发展前景。为此,采用电磁场仿真软件对电极三维模型电场分布进行了仿真,分别使用高斯算法、高斯—勒让德(Gauss—Legrendre)积分公式及辛普森(Simpson)积分公式这3种数值积分方法计算得到了两极间电压;分析比较了3种算法在电压计算中的算法误差以及不同距离下干扰物带来的误差,同时计算出了在要求电压测量误差控制在0.2%以内时电场传感头安放位置的偏移范围;还针对高斯算法提出了通过改变传感头结构提高计算准确度的方法。综合仿真计算结果表明,3点高斯算法在无干扰情况下的测量误差<0.2%,准确度明显高于3点辛普森积分公式,也好于高斯—勒让德积分公式;随着干扰物距离的增加,干扰物对轴向电场的影响减小;高斯算法要优于其他数值积分方法,用较少的传感头就可以达到较高的计算准确度,高斯算法应用在电压测量上是可行的。     

基于全节点模型的三华电网地磁感应电流计算

相同感应地电场作用下,不同电压等级输电线路的地磁感应电流(geomagnetically induced currents,GIC)大小不同,以往的GIC计算集中在电网最高电压等级线路,通常忽略其他电压等级线路的GIC。交流特高压电网建设使我国电网增加了1 000 kV电压等级,综合考虑线路长度、单位阻值等GIC影响因素,准确计算包括500 kV超高压及1 000 kV特高压的多电压等级电网的GIC是重要研究课题。以我国多电压等级电网(三华电网)为例,分别考虑1 000 kV单电压等级网络(称电网1)和500、1 000 kV双电压等级网络(称电网2),建立了电网1及电网2的全节点GIC模型并提出了多电压等级电网的GIC算法,计算了两种感应地电场情况下电网1及电网2的GIC,比较了两种情况下电网1及电网2的GIC计算结果。计算结果表明,500 kV超高压电网的GIC对1 000 kV特高压变电站的GIC水平有较大的影响,在多电压等级电网的GIC计算中,不能只计算最高电压等级电网的GIC,而忽略次级高压电网GIC的影响。     

750kV线路绝缘子串电压分布的有限元计算

特高压架空输电线路绝缘子串的电压分布对于绝缘子的相关设计和运行维护非常重要。运用静态电场的三维有限元法分析计算了750kV输电线绝缘子串的电压分布，考虑了绝缘子电介质、屏蔽环、输电线路及铁塔对绝缘子电压分布的影响：比较了计算结果与实测值，并分析了误差产生的原因。根据计算结果建议对于玻璃绝缘子串加屏蔽环以减少第l片绝缘子承受的电压百分比。运用三维有限元法计算高压绝缘子串中的电压分布是可行且有效的，可应用于更为复杂条件下的绝缘子串电场分布的计算分析。     

252kV分支母线结构的改进设计

对252 kV分支母线结构提出了改进设计,并通过ANSYS商用电场计算软件对更改后的结构进行了电场计算分析。改进后的252 kV母线结构在充气压力为0.3 MPa(表计)下,成功耐受住工频电压460 kV/1 min和雷电冲击电压1 050 kV,正负极性各15次的试验。通过该次改进,提高了252 kV母线的绝缘裕度,并可降低企业的生产成本。     

光电集成强电场测量系统及其应用研究

为研发高性能强电场测量系统,在分析高压电场测量的特殊要求后,介绍了光电电场测量系统的基本原理、最新进展及其在高压测量领域的优势。通过对光电集成电场测量系统及传感器体系结构、关键参数的分析,研制了一种光电集成强电场传感器并测量它的输入输出特性。用研制的测量系统测量棒板间隙击穿过程冲击电场与复合绝缘子工频场,证明光电集成电场测量系统在高压测量研究领域的广阔应用前景。     

光学电压互感器的电场分布对测量的影响

基于Pockels效应的光学电压互感器(OTV)中电极间的电场分布对电压的测量结果影响很大。用有限元法计算了纵向和横向调制情况下用BGO晶体作为传感介质的OTV的电场分布,讨论了电场的不均匀性对测量结果的影响。计算表明:在不均匀电场中,OTV的标度因数与均匀电场条件下的估算值有出入;OTV的标度因数将随入射光线的位置和角度变化而变化,会影响测量的稳定性;纵向调制比横向调制优越,因为纵向调制利用的是对称中轴附近的电场,均匀性较好,而横向调制利用的电场将受到边缘效应的干扰。     

1100kV直流电阻标准分压器电场仿真分析和方案设计

目前,我国直流电压比例标准的最高电压等级为800 kV,若直接套用该标准进行1100 kV直流电压互感器现场校准实验,其周围电场的分布仍不均匀,将导致准确度降低,故文中针对这些问题研究设计了1100 kV直流电阻标准分压器。本文基于Ansys仿真软件搭建了1100 kV直流电阻标准分压器的有限元模型,计算并分析了分压器周围和沿测量电阻层方向上的电场分布,得出了均压环的尺寸和位置对分压器周围最大场强的影响特性,通过合理设置均压环的圆心到地面的距离、内环半径、圆心到对称轴的距离,可大幅改善分压器周围最大场强。本算例中,分压器周围最大场强的大小从6869.37 V/mm降低到1566 V/mm,提高了绝缘水平;施加屏蔽电阻层后,沿测量电阻层上的电场强度减小到142.17 V/mm,且分布均匀,提高了测量准确度。本设计对分压器设计、制造、运行等部门有较好的借鉴作用。     

实现线性测量的光学电压传感器设计

设计了一种采用径向偏振光栅实现线性测量的光学电压传感器。将光学晶体的电光相位延迟角转化成环形光斑的同步旋转,由图像转换器将环形光斑转换为条形光斑,通过图像采集系统定位条形光斑暗纹的中心位置来获得被测电压值。应用琼斯矩阵证明了光斑暗纹中心位置与晶体电光相位延迟角之间的线性关系,给出了计算方法,并给出了锗酸铋(BGO)晶体和铌酸锂(LN)晶体的实验验证。结果表明该光学电压传感器的测量模式与光强无关,可直接测量172°的电光相位延迟角,测量误差小于0.5%,实现了对电压的线性测量。     

特高压冲击电压测量系统线性度试验方法研究

随着特高压输电技术不断发展,为满足设备冲击耐受试验的要求,冲击电压测量系统的额定电压已升至7 000 kV左右,而目前冲击电压测量系统的校准电压在1 000 kV以内,其校准结果不能很好地满足实际试验需要,所以测量冲击电压测量系统在1 000 kV以上的线性度,是目前亟待解决的问题。笔者分析了现有的主要校准方法——直接比对校准、测量电容量,提出在1 000 kV内进行比对校准,1 000～5 000 kV采用增大电压等级逐级比对的实验方案,并以测量发生器效率变化的方法作为佐证,理论上该方案可基本满足7 500 kV冲击电压测量系统在1 000～5 000 kV范围内的工程试验需求。如果试验结果理想,可使用该方法建立一套传递标准,将全国所有特高压冲击测量系统进行比对。文章同时介绍了球隙、标准电容器、利用空间电荷、电场传感器等其他测量线性度的方法,讨论其各自的优缺点,如果投入实际应用,需要进一步的试验验证。     

电阻式电压传感器结构设计及误差特性研究

从路的角度分析了电阻式电压传感器的误差特性 ,从场的角度比较了几种结构方案的幅值误差、相角误差及最大场强 ,优化出最佳方案 ,并分析了该方案幅值误差的频率特性     

光学电压传感器探头的电场计算与分析

概述了光学电压传感器的原理与结构类型,并着重计算分析了传感器探头的方形、八边形和圆形晶体分别在平板电极和圆弧电极中的电场分布。模拟计算结果得出,采用不同形状的电光晶体和电极组合,可以改善晶体内外电场分布的均匀性,减弱电场的集聚效应,从而有效地提高耐压和测量的稳定性及准确度。     

光学电压互感器中采用高斯算法的误差分析

光学电压互感器具有动态范围大、带宽宽、体积小、重量轻、成本低等优点,是传统互感器的最佳替代产品。针对应用于分布式光学电压互感器的高斯算法相对误差进行研究。虽然权函数的引入使得高斯积分算法具有较高的计算精度,但是权函数并不能完全反映干扰电场的作用,当存在外界干扰时,应用高斯算法计算电压存在一定的相对误差。为此,通过ANSOFT电磁场仿真软件对互感器干扰电场进行相应的仿真,分析了干扰接地平板和相间2种干扰所带来的相对误差,结果表明:对于接地平板干扰模型,干扰电场引起的高斯算法相对误差随平板距离的增大而减小;对于相间干扰模型,AC两相同时接电时对B相电压计算相对误差最大;具有较大相对介电常数的屏蔽材料可以极大改善轴向电场分布,屏蔽管相对介电常数为100时,在1 000mm距离的接地平板干扰以及相间干扰作用下,2点高斯积分方法的相对误差<1.5%。最后分析了屏蔽管尺寸对轴向电场的作用,发现屏蔽管环径较大可以改善电场分布,而屏蔽管内径则对轴向电场分布没有太大影响。