500 kV智慧变电站过电压监测设计及应用

基于500 kV智慧变电站改造实际需求,设计基于串接分压电容的母线过电压监测装置与基于宽带脉冲电流互感器的避雷器放电电流监测装置;对串接分压电容后电压互感器测量精度、信号传输电缆电感对测量信号影响等关键因素进行分析,基于500 kV变电站现场实际选取合适参数,并开展监测装置测量准确性现场验证工作.该监测装置功能完备,能够实现高幅值、高频率的过电压、过电流监测,在500 kV智慧变电站改造项目中已现场应用,能够为故障分析与绝缘设计改进工作提供支撑,对保障电网安全稳定运行具有重要意义.     

基于电场逆问题的D-dot电压传感器的设计与仿真

传感器的小型化和非接触式测量是目前智能电网发展的主流。对采用电场耦合原理和电场逆问题计算的D-dot电压传感器测量进行了分析和研究,提出了改进办法。该方法应用差分式结构,使得传感器能工作在自积分模式下,并具有良好的相频特性和绝缘特性。在传感器特性、自身结构的设计和优化上采用Ansoft Maxwell软件进行仿真论证,制作结构更简单、体积更小、测量带宽更大同时能够抑制非线性负载的感应电压过冲的非接触式电压传感器,最后将改进后的传感器模型在高压试验平台上进行稳态误差和暂态响应试验。试验结果表明,新传感器不仅具有良好的暂态性能,其测得的电压有效值具有较高准确度,较小的相位和幅值误差。     

一种非接触式架空输电线路过电压传感器

提出了一种用于高压架空输电线路过电压在线监测的非接触式传感器,通过架空输电线路与传感器之间的杂散电容和传感器分压电容形成电容分压器,获取架空输电线路的电压波形.采用串并联法对输电线路与传感器之间的杂散电容进行计算,得出了可用于指导工程设计的计算公式.分析了影响传感器精度的因素,并进行了传感器结构及抗干扰设计.工频和雷电冲击电压实验结果表明,该传感器具有很好的精度和线性度,满足过电压波形监测的精度要求.     

配电网过电压在线监测的阻容分压器研制

10kV配电网过电压事故时有发生,但引起的原因难以查明.通常的故障录波器和监测装置大都从电压互感器取样,但由于电压互感器频率响应不够,难以满足捕获大气过电压需要.针对上述问题,设计了用于过电压在线监测用的低阻尼电容分压器.该分压器采用同轴并联结构,通过选取合适的阻尼电阻和电容等参数,获得了良好的冲击响应并有效抑制了波头振荡;采用了有限单元法计算其分布电容参数,并对其误差进行了分析.经实验表明,该分压器具有良好的高低频响应特性和精度,能满足内外过电压监测需要.     

500kV CVT内置低压电容C3测量过电压波形的试验研究

为验证基于内置低压电容C3电容式试验互感器(Capacitor Voltage Transformer,CVT)测量电力系统过电压波形的分压方式,即低压电容C3与高压电容C1和中压电容C2进行串联分压作为低压臂输出,基于无锡日新厂500kV CVT进行设备改造,串入了自制大容量无感电容单元(54μF)C3,分别进行了模拟工频过电压试验、操作冲击试验和雷电冲击试验.对采集获取的C3两端输出的数字电压波形信号进行了时、频域分析,以及分压比稳定性验证.试验和数据分析结果表明,串接自制大容量无感电容C3两端输出的电压波形光滑平稳,基本无过冲和振荡,分压比与设计值的相对偏差小于1％,即该分压方式适合用于超高压电网系统单次过电压波形的测量.     

基于两级分压器的6～35kV系统过电压在线监测装置

为了获取6~35 kV中压电网暂态过电压的实际波形数据,设计了基于2级分压的过电压在线监测装置。该装置采用2级分压器作为电压传感器,其中第1级分压器采用分压比为1 000:1的低阻尼阻容串联分压,第2级分压器采用分压比为15:1的阻容串联分压,2者通过同轴电缆构成首末端匹配。通过在2级分压器的入口和出口分别加装瞬态电压抑制器可提高装置的安全性。通过电路理论和方波响应试验分析了分压器的设计原理和响应特性,通过增加接地线的表面积解决了在冲击高压下出现的波形振荡问题。通过硬件电路产生下降沿触发信号,利用软件判断下降沿达到触发水平时触发数据采集卡,极大地提高了触发可靠性。工频试验和标准雷电冲击试验表明,三相分压器的工频分压比和冲击分压比的最大误差小于6%;触发电压设置为54 kV,当过电压幅值超过触发阈值时,能够准确记录过电压波形,并且触发可靠。通过有无避雷器并联时的冲击电压试验表明,该装置能承受幅值为127.5 kV的负极性冲击过电压,无电磁兼容问题,并能够采集避雷器动作后的暂态过电压。     

基于非接触感应技术的电网过电压在线监测方法

提出了一种新型的非接触式电网过电压在线监测技术,其主要方法是利用非接触式电压传感器取代传统的电容分压器,在电力传输线下方设置导线感应出电压信号,再通过电压转换矩阵推算出系统电压值后,利用电磁暂态计算软件（alternative transients program,ATP）分别建立单相与三相模型进行仿真计算,每种模型又进行稳态与暂态两个过程。仿真结果表明,非接触式电压传感器可对系统电压实现精确测量,可以捕捉高频信号,测量精度较高,工作状态稳定,能满足线路内过电压的监测要求。     

基于LC谐振取电及零序电压测量系统的设计

为解决智能一体化高压开关取电问题,文中提出了基于电容分压原理的LC谐振取电电源系统:一次侧采用高压电容和变压器一次绕组串联,二次侧采用变压器二次绕组并联分压电容,降低了低压电容的电压设计等级,同时基于该电源系统中性点通过构建零序电流回路实现了零序电压测量,无需安装三相五柱式PT或植入零序电压传感器,降低了工程造价.最后针对线路故障过电压及雷电冲击,设计了基于能量池电压监测和电力电子开关控制的防护电路.实验数据表明该系统的取电能力可达到1W,零序电压测量精度为5％,具有较大的工程应用价值.     

双晶体温度补偿型非接触式光学过电压传感器

现今电网电压监测和过电压监测大多采用传统的接触式分压系统,该方式的运行可靠性较高,但具有测量频带窄、抗电磁干扰能力弱、安装和维护不方便等不足之处。因而基于一次电光效应和空气耦合杂散电容原理,设计了双铌酸锂晶体结构的光学电压传感器,响应频带可覆盖10Hz～5MHz,电压比例系数波动小于2%。在实验室搭建试验平台测量了传感器的输入输出特性与温度稳定性,试验结果表明:传感器在[–10?C, 60?C]范围内的输出电压相对误差小于±5%。同时,设计三相解耦算法,实现了传感器在500 kV线路的人工接地短路过电压测量中的应用。     

宽频电压感知方法及其数据应用

宽频电压的传感与量测能够为电力系统电能计量、智能控制以及继电保护提供重要信息,在电网过电压在线监测、故障预警、故障定位与防护以及设备智能化等领域具有重要地位。面向未来规模不断扩大的智能电网,电压测量从传统的电磁式电压互感器向电子式电压互感器和光学电压传感器转型,测量装置不断向低成本、低功耗、小型化及易安装的方向发展。为此基于目前对宽频电压感知方法的研究现状,首先从电压感知耦合机制方面,分别介绍了基于分压器和光学电压传感器的接触式测量方法,以及基于杂散电容分压原理、GIS内置电极和电容设备泄漏电流测量的非接触测量方法。其次,重点阐述了宽频电压感知数据在电磁暂态防护中的应用,包括典型故障波形的统计与研究、电力设备暂态故障分析以及暂态故障防护;同时,总结了宽频电压感知数据在设备智能化中的应用,主要包括其在线路故障定位和设备绝缘诊断的应用。在此基础上,指出宽频电压传感在传感方式、频率和幅值特性、温湿度补偿、装置小型化以及与设备共形融合等方面面临的挑战。最后,针对在电磁暂态防护和设备智能化中的应用情况,对宽频电压感知技术发展前景做出进一步的展望。     

通过750 KV变压器套管末屏进行过电压监测的方法研究

针对西北750kV超高压电网所处特殊自然环境下易遭受过电压危害的特点,研究探索750kV电网过电压监测方法。根据变压器电容式套管结构原理,研制出系列750kV变压器套管末屏连接专用精密低压臂分压器,与套管电容组成测量过电压信号的冲击电压分压系统。分析研究了750kV变压器套管末屏频率响应特性,该系统可满足电网雷电冲击、操作冲击过电压现场测量的要求。论证了750kV电网采用变压器电容式套管末屏连接低压臂分压器进行过电压监测的可行性。     

通过750kV变压器套管末屏进行过电压监测的方法研究

针对西北750kV超高压电网所处特殊自然环境下易遭受过电压危害的特点,研究探索750kV电网过电压监测方法。根据变压器电容式套管结构原理,研制出系列750kV变压器套管末屏连接专用精密低压臂分压器,与套管电容组成测量过电压信号的冲击电压分压系统。分析研究了750kV变压器套管末屏频率响应特性,该系统可满足电网雷电冲击、操作冲击过电压现场测量的要求。论证了750kV电网采用变压器电容式套管末屏连接低压臂分压器进行过电压监测的可行性。     

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。     

通过变压器电容式套管末屏获取过电压信号的方法

电网过电压是影响电网安全的重要因素。对电网过电压进行在线监测,实时获取电网过电压波形及其特征参数,对分析电网事故原因、改进电网绝缘配舍等方面具有十分重要的指导作用。现有的过电压在线监测系统多采用高压分压器来获取电压信号,但是,由于高压分压器自身特性,限制了其在更高电压等级电网下的应用。针对这一问题,提出了一种利用安装在变压器电容式套管末屏的特制电压传感器组成套管分压系统,从电容式套管的末屏抽头处获取电压信号的过电压在线监测实现方案。     

新型组合式验电器的设计与实现

为设计一款具有接触式与非接触式验电功能的10 kV高精确度验电器,提出一种新型高压验电方法。利用空间杂散电容分压原理和平板电容型电场传感器的电荷感应原理研制出一种10 kV新型组合式验电器。分析了工频电场分布,研究了空间杂散电容的分压原理并推导电场传感器的感应电压计算公式。利用Ansoft Maxwell对多种验电环境下的电磁场进行仿真并进行抗干扰能力分析,同时设计硬件电路和软件程序。在搭建的高压试验平台下进行接触式验电试验和非接触式验电试验。试验结果表明,在高电压输电环境下,非接触式验电的感应电压变化符合电场强度的变化规律,接触式验电和非接触式验电具有较高的验电准确度。     

基于容性设备泄漏电流的电网电压分频测量方法分析

为优化电网过电压在线监测的测量技术,提出了一种基于测量容性设备泄漏电流的电网过电压的测量方法。该方法是使用2个不同磁导率的线圈分别获取容性设备泄漏电流中频率为30～3 000 Hz以及3kHz～1MHz的电流成分,经过积分滤波处理后将2路信号求和还原为线路电压。分析了泄漏电流与电压的传递函数,研究了电压传感器的工作原理及其影响因素。最终采用分频的方式实现了工频、操作冲击和雷电冲击过电压的测量。采用的电压传感器结构简单,与高压系统没有电气连接,具有很好的安全特性。工频、操作冲击和雷电冲击过电压试验结果表明设计的传感器具有很好的准确度和线性度,可以用于高压电网的电压测量。     

基于同轴电容的过电压传感器研究

针对过电压在线监测系统中准确实时获取内外过电压信号困难的问题,提出了一种基于同轴电容的过电压传感器设计方案,通过ANSYS仿真证明了同轴电容器的具体结构和参数的可行性.本文涉及分压器的内外绝缘问题,其中内绝缘采用了复合绝缘技术,保证了同轴电容具有良好的温度特性与频率特性.该分压器低压壁分压单元采用云母电容同轴排列并串联一阻尼电阻,确保了分压单元采集信号的稳定性.     

高压电网过电压的在线监测

高压电网过电压的在线监测是集现代电子数字测量、计算机和光电技术为一体的最新测量方法，其目的是监测电网中随机发生的过电压的波形和幅值，了解主要电气设备的运行状况，分析绝缘事故的原因。介绍了GDY-1型过电压在线监测装置的设计和主要技术性能指标，分析比较了在线监测方法比常规测试方法的优点，给出了在35KV电网中进行实时在线监测的结果。     

高压电网过电压在线监测数据采集方法研究

为了保证电网的安全运行,介绍了一种利用变压器电容式套管,安装特制的电压传感器组成套管分压系统,从电容式套管的末屏抽头处实时采集电网过电压信号的方法后,分析了过电压在线监测数据采集系统各组成部分的基本原理和具体实现方法,并提出了在线监测软件的设计思想和软件运行流程图,最后在实验室利用电容式套管对该装置的性能进行实测。结果表明该系统的响应特性良好,测量精度高,工作情况稳定可靠,满足电网过电压监测的要求,达到了预期设计目标。     

基于容性设备泄漏电流的电网电压测量方法

基于电容型设备泄漏电流,研究了电网工频电压和内部过电压的测量方法。采用高精度宽频带电流传感器检测容性设备的泄漏电流,通过有源积分电路将电流信号重构成电压信号。分析了容性设备等值电路及泄漏电流与电压的传递函数,研究了电流传感器的工作原理及其影响因素。通过采用有源积分器,提高了输出电压响应的幅频特性。采用的电压传感器结构简单,与高压系统无电气连接,具有很好的安全特性。工频和操作过电压实验结果表明,所设计的电压传感器具有很好的精度和线性度,可以用于高压电网的电压测量。