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。     

周边电场对电容分压型EVT精度的影响研究

电子式互感器在智能变电站应用中出现了不少问题,其中由周边电场所引起的杂散电容与邻近效应是影响电容分压型电子式电压互感器准确度的主要因素之一。首先分析了周边电场对电容分压型EVT准确度的干扰机理与数学模型,其次建立了典型在运电容分压型EVT的有限元计算模型,以此为基础仿真研究了杂散电容与邻近效应对其准确度的影响,并对高压端屏蔽罩的屏蔽效能进行了评估。仿真结果表明:地端杂散电容大于高压端杂散电容,杂散电容对EVT分压比的影响随着EVT与接地体之间的距离增大或三相EVT之间的距离增大而减小,EVT分压器的分压比和比值误差随着邻近相电压的增大而增大,高压屏蔽罩通过改善电位分布减小水平电场分量从而降低邻近效应的影响。所得结论对于EVT的优化设计具有参考价值。     

10 kV电子式电阻型电压互感器屏蔽罩的设计

电子式电阻型电压互感器的电场分布受大地及周围带电体或接地物体的影响较大,电阻分压器的高压引线及高压端对地存在分布电容,这些因素均会影响分压器的技术性能。因此,电阻型电压互感器的电场屏蔽显得非常重要。文中从等效电路的角度分析了电阻特性和分布电容对互感器性能的影响,并利用Ansys软件从场的角度分析了电阻分压器的电场分布。最终设计的10 kV电压互感器屏蔽罩和分压器产品通过了相关测试并满足相关标准的要求。文中对电子式互感器设计人员有指导和参考作用,具有一定的实际应用价值。     

基于有限元仿真的EVT电场影响误差分析

相较于传统互感器,电子式互感器具有抗铁磁谐振与磁饱和,并能够将互感器二次信号直接数字化的优点,随着智能变电站建设力度的加大,电子式互感器将会得到越来越多的应用.同时,目前在运行中的电子式互感器依然暴露出了诸多问题,其中杂散电容与邻近效应等因素造成的电场干扰问题,将影响电子式互感器的计量精度,影响其进一步应用.基于互感器分压原理,分析了杂散电容与邻近效应的干扰机理与数学模型,建立了有限元计算模型,在此基础上仿真计算得到了接地体、相对位置以及运行电压等因素对EVT误差的影响情况,并对高压端屏蔽罩屏蔽效能进行了评估.     

屏蔽极板对劣化复合绝缘子电场检测的影响

绝缘子劣化前后,其周围轴向电场分布的变化比其合成电场更明显,通过检测电场分布可以实现绝缘子劣化识别。针对该特点,提出利用电磁屏蔽的方法来检测复合绝缘子的电场垂直分量,从而提高其劣化检测效果。首先仿真研究劣化复合绝缘子周围的电场分布特征,继而通过COMSOL与MATLAB联合动态仿真,提出最优电场屏蔽极板型式结构,并对比屏蔽板对劣化检测距离和劣化特征参量即电场变化率的改进效果。仿真结果表明：采用电场屏蔽极板后,板间沿串电场分布与绝缘子轴向电场分布趋势基本相同;相较于屏蔽极板的尺寸,屏蔽极板厚度和板间间距对劣化绝缘子电场检测效果影响更明显;相比无屏蔽板时劣化部位10%左右的电场变化率,采用电场屏蔽极板时该处的电场变化率下降至5%左右,电场变化明显变缓,且劣化部位的有效检测距离可以从70 mm提高到140 mm。     

倒立式SF6同轴电容高压电子式电压互感器

针对目前类似多级电容串联分压结构的电子式电压互感器的不足之处,设计了一种新型的电子式电压互感器。该互感器采用传统倒立式SF6互感器的绝缘结构,通过在高压电极和地电极之间构造中间同轴电极形成SF6同轴分压电容,检测SF6同轴电容的电容电流iC即可获得高压侧被测电压大小。该互感器的主要特点是利用高压壳体与接地金属屏蔽罩的双重屏蔽作用,有效地提高分压电容的抗外界杂散电场干扰能力和稳定性。该文对位置、温度、压力等影响同轴电容大小的因素进行了仿真计算。在国网电力科学研究院对研制的高压电子式电压互感器进行了型式试验。仿真和试验结果表明,该电子式电压互感器准确度达到了IEC 60044-7规定的0.2级精度要求。     

基于逆压电效应和模间干涉的电压互感器设计

随着现代高压电力输送系统的发展,传统的电磁式和电容分压式互感器已暴露出越来越多的缺点。光学电压互感器具有体积小、重量轻、频带宽、动态范围大、抗电磁干扰以及良好的绝缘性等优点,已经得到人们的广泛重视。通过数值仿真,对椭圆芯保偏光纤模间干涉强度分布与模间相位差之间的关系进行计算分析并给出三维图,在此基础上设计了一种基于石英晶体逆压电效应和椭圆芯保偏光纤模间干涉原理实现的电压互感器。用有限元法对互感器传感头中的电场分布进行仿真计算,分析了金属电极的形状、尺寸等参数对传感头内电场分布的影响,对传感头进行了优化设计。通过试验对设计的电压互感器进行了可行性研究,表明基于该原理的电压互感器具有较好的精度和线性度。     

光学电流互感器的抗干扰分析

采用光学玻璃的光学电流互感器主要有两种结构：闭合光路结构和直通光路结构。直通光路结构的光学电流互感器在加工难度和稳定性方面具有明显的优势,但存在对测量位置敏感和抗外磁场干扰能力差的缺点。提出了一种差分式结构的光学电流互感器,分析了导体位置变化和相间磁干扰对其测量精度的影响,并设计了相间磁干扰和返回导体对测量精度影响的实验。分析和实验结果表明：采用差分式结构的光学电流互感器应用在相间距离大于0.8 m的智能变电站中,不需特别设计屏蔽措施,完全可以满足0.2级的测量准确度要求。     

基于ANSYS分析的典型500kV电流互感器电场分布计算

叙述了如何通过ANSYS分析计算典型500 kV电流互感器电场分布的方法,并得出典型500 kV电流互感器的电场分布。计算结果表明,接地屏蔽管与SF6气体间隙分界面、一次绕组与SF6气体间隙分界面、悬浮电位和高压电位屏蔽罩表面与SF6气体间隙分界面均是最大电场强度较大的区域,最大电场强度分别达到7.85kV/mm、6.57 kV/mm和5.81 kV/mm,相对来说更容易称为气体绝缘的薄弱部位。在这些区域如果出现金属突出物、金属碎屑等物质时容易导致严重的电场畸变,从而造成严重的安全隐患。在涉及500 kV典型电流互感器的故障模拟试验中,可以针对这些薄弱环节进行故障模拟试验。     

罗氏线圈电流互感器电屏蔽结构缺陷误差机理研究

文中针对牡丹江110 kV桦林变10 kV数字化计量试点中发现的电子式电流互感器运行状态下误差异常故障,开展罗氏线圈原理电子式电流互感器电屏蔽结构缺陷产生的误差机理研究;通过理论分析建立电子式互感器的屏蔽结构在电场中所形成的耦合电容网络,提出附加误差电压计算公式,并利用有限元仿真软件计算无屏蔽、屏蔽破损、屏蔽接地失效等状态下外部电磁场对电子式电流互感器比值误差的影响量;通过实验室搭建测试平台复现并消除现场故障。相关研究工作对完善电子式电流互感器现场检测方法、及时发现故障隐患和故障原因提供实践依据。     

特高压工频无局放试验变压器外电场模拟计算分析及试验布置优化

多级串级式无局放工频试验变压器是特高压设备研制和试验必不可少的试验设备。为此,对典型的串级工频无局放试验变压器成套设备的外电场分布开展了研究,进行了有限元法数值计算。分别讨论了变压器布置于理想户外、室内距墙10m和距墙7m这3种工况下场强分布特点以及最大场强随净距增加的变化规律,分析了工频无局放成套设备自身结构对最大场强的影响。在特有的计算条件下,比较分析3种不同分压器屏蔽顶罩型式下的场强分布。在顶罩圆环半径和球半径相近时,双环屏蔽优于孤立球屏蔽,且屏蔽圆环截面半径越大,最大电场强度越小。通过分析空间电场分布的特点,得出其它试验辅助设备和空间杂散物项发生悬浮放电的规律。当接地杆与该变压器相对距离>10m时,一般不会发生空间悬浮电位放电;在计算模型中,灯具尺寸越小,对空间电场的影响越小,当灯罩半径>10cm时会发生局部起晕。最后对试验空间的优化布置给出合理化建议,其可作为试验大厅设计和试验设备布置的参考依据。     

±400 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计

±400 kV换流变压器阀侧套管的设计裕度均低于特高压等级换流变压器套管,且±400 kV换流变压器阀侧套管在换流阀厅用量较大,因此有必要针对±400 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计进行具体分析讨论.分析了±400 kV换流变压器阀侧套管双导电管结构的发热机理,从理论解析角度给出了双导电管结构的设计尺寸,进一步优化设计了套管的芯体绝缘结构,从内、外绝缘配合的角度给出了套管的外绝缘设计方案,并对其整体电场分布情况进行了校核计算:工作电压下其径向电场强度控制在3.11 kV/mm,工频耐压下其轴向电场强度控制在0.51 kV/mm,均满足±400 kV换流变压器阀侧套管设计电场强度控制要求.对研制完成的±400 kV换流变压器阀侧套管进行型式实验,结果表明所研制的套管通过了工频干耐受电压试验并局部放电测量、雷电冲击干耐受电压试验和温升试验等典型型式试验.     

1000 kV SF_6标准电压互感器的绝缘设计和电场计算分析

特高压电器设计的核心问题之一便是绝缘结构设计。绝缘结构设计能否满足要求,对产品的安全运行至关重要。为此,笔者对1 000 kV SF6气体绝缘标准电压互感器进行了电场有限元分析,通过对多组结果的比较,提出1 000 kV SF6高压电器绝缘设计的要点,并对其他类似结构的特高压电器设计提出了一些浅见。研究发现:对于SF6高压电器产品,改善套管电位分布、降低电场强度的有效方法是设置分压屏蔽,通过合理选择分压比K、加大曲率半径或采用多曲率弧线等方法降低最大电场强度;对类似结构的1 000 kV SF6气体绝缘特高压电器,可利用电容分压原理进行绝缘设计,必要时可设置两个或两个以上分压屏蔽,但分压屏蔽数量的增加会给加工、装配等带来很大难度,需要合理取舍。     

一种变频测量电流互感器介损的方法

针对电流互感器现场介损测试易受电磁干扰的特点,在常规试验基础上,分别进行了高压试验和变频试验。适当提高试验电压和改变试验电压频率的试验方法,均可比较有效排除电磁场的干扰,从而获得可信的介损值。通过对比两组试验数据发现,高压法测试电压较高且不易操作,而变频法却可在较低的试验电压下就获得更加稳定可靠的介损值,且易于操作,因而可以在现场介损测试中广泛推广。     

时变激励下接地网模拟计算

接地网模拟计算对工程接地网设计有着重要的指导作用。接地阻抗、接触电压、跨步电压是接地网设计的重要指标, 根据这些接地网参数来判断接地网设计的合理性。时变激励下的接地网模拟计算能够较为准确地求得接地网上的电压分布, 从而进行变电站内电子设备之间的电磁干扰分析。基于时变场中电流元在分层媒质中产生的电磁场问题的研究, 利用接地网导体棒表面沿轴向电场强度分量连续的边界条件, 列写了以各段导体棒电流为未知量的方程组, 从而求得各段导体电流, 进而得到各接地网参量以及接地网电压分布。采用该方法编制的一套软件可以得到接地网的接触电压、跨步电压、接地阻抗及其频率特性、接地网各点和接地网周围各点电压, 在计算效率和计算精度上能够满足实际工程设计的需要。     

高压电流互感器泄漏电流测量及消除方法研究

针对高压状态下泄漏电流影响标准电流互感器、无法准确地检测高压计量设备的问题,研制了一套零泄漏电流高压电能标准装置。解决了泄漏电流影响标准电流互感器准确测量问题,填补了电能标准装置泄漏电流消除领域技术空白。阐述了泄漏电流产生的原理并分析了其对电流互感器的误差影响,提出了基于互感器校验仪的泄漏电流测量方法,可实现电流互感器屏蔽和绝缘水平精准评估。实验证明所研制的零泄漏电流高压电能标准装置能消除泄漏电流,实现在模拟运行工况下对高压电能计量设备的误差检测。     

谐振接地配电网对地绝缘参数双端谐振测量新方法

为解决谐振接地配电网对地绝缘参数测量过程中电压互感器漏阻抗和中性点对地支路阻尼电阻导致的测量误差问题,提出了谐振接地配电网对地绝缘参数双端谐振测量新方法。采用双电压互感器,通过消弧线圈内部电压互感器或零序电压互感器向配电网注入变频恒流特征信号,并从另一电压互感器测量返回的特征频率电压信号,对含阻尼电阻的零序谐振回路进行等效变换,搜索准确的系统谐振频率,实现了系统对地电容和对地泄漏电导的精确测算。该测量方法的电流注入与电压测量单元共同直接作用于对地绝缘参数支路,从原理上消除了电压互感器漏阻抗和系统阻尼电阻的影响,大幅提升了对地绝缘参数测量精度。在PSCAD/EMTDC仿真环境及某变电站10 kV侧对提出的对地绝缘参数实时测量技术进行了仿真分析与现场实验验证。分析结果表明,该方法测量精度高,不影响配电网正常供电且参数测量过程安全快捷、操作简便。     

建筑物低压配电系统防雷设计中应注意的问题

针对建筑物低压配电系统在防雷过程中存在的问题,阐述了建筑物低压配电系统防雷设计时安装电源SPD的接地问题及SPD的能量配合问题。对设有独立变压器的建筑物如何进行变压器低压侧雷电防护设计作了探讨,可为电气设计人员提供参考。     

均压电容器介损现场试验的改进措施

均压电容器电容及介损测量是保证断路器安全稳定运行的一项重要工作.现场测量存在感应电严重干扰的问题,而且目前出现越来越多均压电容器按照预试规程1O kV测试电压下介损值超标,而返厂测试又合格的情况.对现场测量方法进行了研究,提出采用改变试验电源频率和提高试验电源电压的方法来进行均压电容器电容及介损测量.首先对改变试验电源...     

Influence of ground and corona currents on dielectric behavior of small air gaps

This paper investigates the influence of grounding on the field distribution and on the dielectric behavior of small rod-plate and rod-rod air gaps. This effect can be attributed to the grounding of one electrode. In the different arrangements with one electrode grounded or with the electrodes symmetrically charged the experimental results of the corona and breakdown are recorded and compared to the simulation results of the field distribution. It is resulted that the grounding influences significantly the electric field distribution, the dc corona and the dc breakdown. The field is less inhomogeneous in grounded rod - plate air gaps and in rod-rod air gaps with symmetrically charged electrodes, and consequently the values of the corona onset and the breakdown voltage are higher. In longer air gaps the corona current influences the field distribution and consequently the dc breakdown. The effect of grounding on the breakdown is weakened when the dc polarity of the voltage is negative, otherwise it is enhanced. In air gaps with lengths > 3 cm (negative dc polarity) or >8 cm (positive dc polarity) it is overlapped by the effect of the corona current. Relations between the field strength, the corona current, the corona onset and the breakdown voltage arise. The principle of action-reaction is valid.