用于外置式暂态电压传感器标定的纳秒级上升沿阶跃波发生器研究

为掌握VFTO外部传感器高频检测性能,需要开展传感器标定研究。现有VFTO传感器高频标定源多采用气体开关或薄膜开关设计,存在体积大、消耗气体或绝缘薄膜、寿命短等问题。为解决上述问题,设计了适用于VFTO外部传感器标定的高压阶跃波发生器及回路。基于MOSFET固体开关,提出了高压阶跃波发生电路,分析了高压阶跃波模块电路板布局对输出阶跃波波形和上升时间的影响。通过波过程计算对输出电压波在标定回路上的传输进行了分析,开展了仿真模拟和实验测量研究,探究并验证了高压阶跃波发生器输出波形的影响因素,明确了阶跃波发生器的关键参数。成功研制出上升时间4.8 ns,平顶持续电压平均值最大为5 kV的高压阶跃波发生器及标定回路,满足外置式暂态电压传感器高频响应特性标定需求。     

气体绝缘开关设备的隔离开关分合空载短母线时特快速暂态过电压及特快速暂态电流测量

为深入研究气体绝缘开关设备(GIS)的隔离开关分合空载短母线产生的特快速暂态过电压(VFTO),建立了252kV GIS试验回路并研制了VFTO、特快速暂态电流(VFTC)和开距测量系统。该系统采用手孔式电容分压器测量、Rogowski线圈及光纤传输系统、位置传感器分别测量VFTO、VFTC、开关开距。对上述测量系统进行了标定:VFTO测量系统低频截止频率<20Hz,高频截止频率>80MHz;VFTC测量系统带宽达到70MHz;开距测量系统误差<1.5%。结果表明各系统满足测量要求。试验结果表明:在试验回路上实现了隔离开关分合闸时VFTO、VFTC及开距的同时测量,获得了VFTO和VFTC的典型波形、隔离开关间隙的击穿电压特性和燃弧规律。该试验回路产生的VFTO幅值最大值为447.02kV,上升时间约为13ns;VFTC的幅值最大值为2.61kA,上升时间约为7ns。VFTO和VFTC的主要频率均为4.4、23.3、44.2MHz,主要取决于回路的电感、电容及暂态行波的折反射。间隙的击穿电压没有明显的极性效应。燃弧时间<2μs。     

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。     

气体绝缘开关设备介质窗口式特快速暂态过电压测量用传感器研制

为克服现有窗口式特快速暂态过电压(VFTO)测量传感器安装时间较长、维护时需要气体绝缘开关设备(GIS)间隔停电等缺点,研制了1种介质窗口式VFTO测量系统,通过介质窗口实现了测量传感器与GIS内气体的隔离。探索了不同密封介质窗口材料对测量系统频带的影响,为了实现对VFTO工频分量的准确测量,优选聚四氟乙烯作为介质窗口绝缘介质板的材料。测量系统频率响应试验结果表明:介质窗口式VFTO测量系统高频截止频率175 MHz,低频截止频率10 Hz。此外,利用该种传感器在252 kV GIS回路对隔离开关操作产生的暂态过电压进行了数百次的分合闸测试,传感器的分压比保持恒定,验证了传感器长期测量的可靠性。     

气体绝缘开关设备中特快速瞬态过电压的全过程测量方法

特快速瞬态过电压（very fast transient overvoltages,VFTO）是超/特高压气体绝缘开关设备（gas insulatedswitchgear,GIS）设计和运行中十分关心的问题,试验研究VFTO的特性是非常必要的。VFTO包含特快速瞬态分量、工频分量和准直流分量（空载母线残余电荷电压）,其中VFTO的瞬态分量在GIS中以电压波的形式传播,致使不同位置的VFTO波形具有显著差异。因此,试验研究VFTO的关键是对VFTO时间过程和空间分布的全过程测量。研究了VFTO测量方法,采用手孔式电容传感器与阻抗变换器相结合的方法实现了全过程测量,研制出测量频带为0.003 Hz~100 MHz和波形记录时间为200 ms的测量系统;采用多个测量系统,并基于隔离开关触头间隙击穿时的电磁波辐射信号,研制出了同步触发装置,实现了对GIS上不同位置的VFTO空间分布的测量。     

用于VFTO测量的GIS窗口式传感器

为了测量气体绝缘变电站中(GIS)开关操作引起的快速暂态过电压(VFTO),本文设计了一种基于GIS手孔的窗口式电压传感器。首先分析影响传感器高频特性和低频特性的各项因素,窗口式分压器的高压臂电感、电容参数主要影响传感器的高频特性,低压臂电容和后级等效阻抗构成的时间常数决定传感器的低频特性。其次测量了该传感器的幅频响应和方波响应,所设计传感器在10kHz～80MHz频带范围内的平直度在±1dB之内,其方波响应的固有响应时间小于1.75ns。最后在实验室进行了VFTO模拟实验,测试结果表明所研制的窗口式传感器可以有效地测量GIS中击穿形成的快速暂态现象。     

面向油浸式变压器类绕组暂态电压测量的耦合电容传感器优化设计

变压器类绕组暂态电位分布研究对绕组类设备的绝缘设计具有重要意义。根据浸油状态下变压器类绕组暂态电压非接触式测量的实际工程要求,对耦合电容传感器的结构及尺寸进行了优化设计。获取了电容传感器与不同信号处理电路组合时的高、低频响应特性,验证了优化后耦合电容传感器在合理选择信号处理电路的情况下具有良好的高、低频响应特性,可用于双指数波(中低频暂态电压)及高频暂态电压(very fast transient overvoltage,VFTO)的测量。实验研究了测量电缆长度对传感器输出信号的影响。结果表明,增加测量电缆长度会在增大传感器分压比的同时降低上、下限截止频率,故在实验中应尽可能采用较短的电缆来提高测量准确性。     

官亭750kV GIS隔离开关操作时的特快速暂态过电压实测研究

论文全面介绍了3种类型(内部、外部、瞬态外壳地电位)特快速暂态过电压(以下简称VFTO)的测试系统、方法和现场测试结果。750 kV GIS内部VFTO测试的一次传感器采用设备自带的内部传感器,二次传感器采用自主研制的高频响应同轴传感器;瞬态外壳地电位测试的采集系统采用高频TEK高压探头的测试设备。这两种类型VFTO测试采集系统均配备高频响应的阻抗变换器、光纤传输系统、记录系统等远距离传输测试系统;外部VFTO采用倒置式光纤测量原理和方法,配备所研发的整套采集、传输和记录系统。所有采集、测试系统均考虑现场测试的抗干扰设计。通过所研发的测试系统实测了750 kV官亭变隔离开关带电操作时的3种类型VFTO的测量结果,并进行了波形、数据分析,对实现750 kV和1 000 kV GIS中隔离开关正常带电操作具有重要的参考价值和指导意义。     

特高压气体绝缘开关设备中特快速瞬态过电压特性的试验研究

气体绝缘开关设备（gas insulated switchgear,GIS）中隔离开关操作产生的特快速瞬态过电压（very fast transientovervoltage,VFTO）会影响电气设备的安全运行,随着系统电压等级的提高,该影响会越来越严重,在特高压系统中尤为突出。为掌握特高压GIS的VFTO特性,在特高压GIS设备的VFTO试验回路进行了大规模GIS隔离开关操作试验,并对VFTO测量结果进行了统计分析。研究得到了VFTO全过程波形的波形特征、击穿次数、频率成份和残余电压分布,单次击穿波形的波形特征和振荡系数分布,及预充/不预充直流电压下的VFTO幅值特性,揭示了隔离开关加装阻尼电阻对VFTO的抑制作用。所获得的特高压GIS中的VFTO特性为进一步研究VFTO仿真和绝缘配合等提供了依据。     

宽频带窗口式VFTO测量传感器研究

针对武汉特高压实验基地1 100kV特高压GIS实验回路,设计了一宽频带窗口式快速暂态过电压(VFTO)测量传感器,以准确测量其隔离开关操作引起的VFTO。该传感器基于电容分压器的原理,低压臂为平板式薄膜电容,高压臂为GIS导杆与低压电极的分布电容。研究表明,该传感器不仅能较好地响应50Hz工频信号,而且能够准确测量纳秒级的快速信号。实测结果表明,在该1 100kV特高压GIS实验回路下,隔离开关操作产生的VFTO上升时间约为10ns,基本振荡频率为563kHz、1.37MHz,并叠加了7.8MHz和13.2MHz的高频振荡。     

Design and Verification of VFTO Differentiating-Integrating Measurement Equivalent Circuit

Abstract

Operation of isolating switches and circuit breakers in fully enclosed gas insulated substations (GIS) produces very fast transient overvoltage (VFTO). According to IEC61321-1, VFTO contains four frequency components with frequencies ranging from 0.1?MHz to 100?MHz. Therefore, the VFTO measurement system needs to have good transient response and steady state response and puts high requirements on the measurement frequency band. As a measurement method that does not need to modified GIS, the differentiating-integrating measurement system has the characteristics of high frequency bandwidth and high voltage divider ratio. In this paper, the theoretical derivation and numerical calculation of the equivalent circuit of differentiating-integrating measurement are carried out, and the simulation of time domain, frequency domain and synthetic VFTO waveform as excitation source was constructed, and its performance is fully verified, which proves that this system can meet the needs of VFTO measurement.     

GIS用电子式电压互感器的VFTO抑制方法研究

针对GIS中隔离开关操作产生的特快速暂态过电压(VFTO)导致有源电子式互感器采集卡损坏的问题,提出了一种新的VFTO抑制措施。首先研究电子式互感器中电容分压器的幅频特性,并推导出有源电子式互感器在高频条件下的分压比,通过计算得到作用于电子式互感器二次侧采集卡上的过电压幅值。进一步提出了在电子式互感器的电容分压器上插入同轴金属圆柱筒的方法,提高了电容分压器高频分压比,降低了VFTO的二次侧输出电压值。仿真结果表明,该方法大幅降低了VFTO作用于采集卡上的过电压,从而对采集卡形成保护,提高了电子式互感器运行的稳定性。     

基于SWT的GIS电压互感器二次侧干扰分析

特快速暂态过电压（VFTO）是气体绝缘变电站（GIS）中切换隔离开关时产生的特殊电磁暂态现象。VFTO会以传导和辐射方式影响二次设备的正常运行。为探究VFTO对二次设备的干扰特性,文中采用自制的二次侧干扰测量装置对某1 000 kV GIS的电压互感器（PT）二次侧共模干扰进行现场实测。接着,对比了5种时频分析方法的性能,采用其中性能较优的同步压缩小波变换（SWT）对实测波形进行了时频分析。实测结果表明：PT二次侧的共模干扰电压峰峰值最高可达9.65 kV。微脉冲的时频分析结果表明：7.8 MHz频率分量幅值高,且贯穿波形的始终,是PT二次侧干扰的主导频率分量。该分析结果可为GIS中二次设备的电磁抗扰度测试和电磁防护设计提供参考。     

GIS very fast transients overvoltage testing using electric field measurements

ABSTRACT

The Insulated problem, which is caused by very fast transients overvoltage (VFTO) associated with the switch operation of GIS (Gas Insulated Substations), is becoming increasingly serious. According to the linear relationship between electric field intensity and the voltage of the circuit, in this paper describes a method for measurement of VFTO based on electric field measurement. To measurement of VFTO, the data, which is collected by electric field sensor on basis of the electric field change along with the voltage change in GIS switch circuits, will be used for examining the relationship between electric field intensity and the voltage of the circuit, as well as be used for seeking the experimental best-fit. Then, this paper firstly makes theoretical modeling of VFTO, make numerical simulation calculation. Meanwhile, the response characteristics and the frequency band of the electric field sensor were tested by sine sweep test and square-wave response test. Especially, the sensor has the low-frequency cut-off frequency (<20 Hz) and the high-frequency cut-off frequency (>134 MHz). After that, the paper will carry out the high voltage amplitude measurement experiment. Finally, according to the assessment by building a simulation test platform based on theoretical modeling to measure VFTO, the finding demonstrates that the sensor can measure the very fast transient overvoltage effectively.     

一种数字化冲击电压波形重构新算法

为减少数字化冲击测量系统的测量误差,分析了冲击电压经数字化冲击测量系统后被测波形产生畸变的原因;提出了一种利用离散Gabor变换展开去噪与增量维纳滤波器相结合的冲击电压波形重构算法。IEC1083-2测试数据发生器产生的波形信号的研究表明,该法可有效去除噪声,波形复原准确度和稳定性较高。     

隔离开关多次重燃的VFTO计算模型

为更准确反映隔离开关操作过程中的特快速暂态过电压（VFTO）的全波形,建立了包含击穿电压、燃弧电阻、断口电容等动态因素模块的特高压GIS隔离开关多次重燃模型,为仿真隔离开关多次重燃下的VFTO提供了研究思路。