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。     

采用内置探头结构的1000kV特快速暂态过电压测量用窗口式传感器设计

现有的特快速暂态过电压(VFTO)窗口式传感器一般用绝缘膜制作低压臂电容,传感器的制作过程对手工工艺的依赖性很大,且温湿度的变化对绝缘膜有一定的影响,容易改变传感器的低压臂电容值。为此,研制了一种低压臂电容外置的新型窗口式传感器,通过使用高性能集中参数电容器代替传统的绝缘薄膜制作的电容,解决了温湿度变化对测量系统分压比的影响,提高了传感器的制作工艺水平。通过内置探头波阻抗匹配设计,防止了高频信号在传输过程中的畸变;通过采用电容并联设计及降低引线电感的方法,提高了传感器的测量频带。试验结果表明,这种新型传感器的低频截止频率<10Hz,高频截止频率>204 MHz,满足特快速暂态过电压测量的频带要求。利用该传感器在武汉1 000kV特高压交流试验基地对隔离开关操作所引发的特快速暂态过电压进行了数百次测量,验证了系统的长期测量可靠性。     

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。     

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。     

采用套管传感器测量变压器线端快速暂态过电压的方法

全封闭气体绝缘组合开关内隔离开关操作产生的快速暂态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)给变电站内其他运行设备的安全带来严重危害,提出了一种利用变压器套管传感器测量变压器引线端电压的测量方法。将传感器低压臂部分接到变压器套管末屏上,与套管电容构成VFTO套管传感器;采用卷积模型法处理方波响应结果,获得了传感器响应特性;基于增量Wiener反卷积滤波器的波形还原方法,解决了套管引起的传感器高频响应频率失真问题。在实验室建立了一个快速暂态过程实验平台,在此平台上验证了套管传感器VFTO测量系统的有效性。在某超高压变电站用套管传感器测量了隔离开关操作时高压电抗器处的VFTO,并对测量结果进行了波形还原。测量结果表明,基于变压器套管传感器的VFTO测量系统可以满足现场测量的需要。     

特高压气体绝缘组合开关设备中特快速瞬态过电压测量系统的标定

气体绝缘组合开关设备(gas insulated switchgear,GIS)中隔离开关操作会产生特快速瞬态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)。VFTO的全波形包含数十MHz的高频成分和准直流的低频成分。因此,VF-TO测量系统要有良好的瞬态响应和稳态响应特性,这就要求对测量系统的频率响应特性和分压比进行严格的标定。为此,利用阶跃波在均匀传输线中传输的原理,自行设计了阶跃电压行波发生装置,根据电容分压式测量系统输入和输出信号的关系,推导了在输入为理想阶跃信号的情况下,输出信号上升时间和测量系统3dB高频截止频率的关系,标定了测量系统的高频特性。根据测量系统低压臂时间常数和3dB低频截止频率的关系,标定了低频特性,测量系统带宽为0.003Hz～87.5MHz。对安装于实际GIS中的测量系统,使用已知幅值的工频和雷电波标定测量系统的分压比为6.6×105。可见,该测量系统满足对VFTO全过程波形进行测量的要求。     

VFTO传感器标定用同轴传输腔体结构设计

特快速暂态过电压(Very fast transient overvoltage,VFTO)对电力设备的稳定安全运行造成了严重危害,因此对VFTO进行准确测量具有重要意义。针对目前应用较为广泛的基于耦合电容法的VFTO传感器,本文设计的2 kV方波标定平台采用同轴传输腔体结构用以模拟GIS母线筒,并通过仿真研究探索了不同腔体结构参数对方波标定平台传输特性的影响,给出了结构优化方案。仿真结果表明,同轴传输腔体主段内导体外半径为44.75 mm,外导体内半径为10 mm时,同轴传输腔体的波阻抗为50 Ω;内导体绝缘支撑采用三支柱支撑方式,并且在窗口直径设置为57.5 mm,过渡段长度400mm,末端匹配筒为指数型且长度为30 mm时,该方波发生器具有较好的传输性能。结合仿真研究结果搭建方波标定平台,输出幅值>2kV,上升沿<1ns,满足VFTO传感器标定要求。     

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。     

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。