电力系统暂态过电压测量技术综述

暂态过电压是破坏设备绝缘、造成电力系统严重故障,威胁电力系统安全运行的重要因素。因此,设法对暂态过电压进行准确测量尤为重要。文章较全面地梳理归纳了现有的各种暂态过电压测量技术,并按照相应传感器的工作原理,将其划分为接触式测量和非接触式测量技术;并具体就分压器、套管末屏、GIS传感器、电场传感器和光学传感器等方面,总结了各种暂态过电压测量技术的原理、优缺点及适用范围。     

采用避雷器动作电流实现过电压在线监测的新方法

过电压在线监测在配电网中主要采用外加分压器的方法,并已在现场得到应用,而在110 kV及以上系统中仅研究了通过变压器高压套管末屏测量电压和电流等方法实现过电压在线监测。研究了一种新的过电压监测方法,即通过对无间隙金属氧化物避雷器(metal oxide arrester,MOA)固有电流–电压关系,进行了不同雷电、操作冲击动作电流的波头、幅值下的节点电压试验和仿真,还原了MOA节点电压,进而有效地得到MOA所保护设备上承受的过电压幅值。同时通过大量试验和仿真数据得到了冲击电流与节点电压拟合的函数公式,实现了节点过电压的还原。     

电网暂态过电压传感耦合技术述评

电网暂态过电压的仿真计算和现场实测,是目前研究系统绝缘配合、设备故障诊断和事故起因分析的主要手段;而实测暂态过电压是验证过电压仿真计算结论的首要依据。暂态过电压测量涉及电气、传感器、数据采集、信号处理、计算机等多个学科及其交叉,研究工作点多面广,但过电压分压器即电压波形信号的传感耦合方式是影响测量系统安全性、可靠性、准确性的核心和基础。主要对国内电网暂态过电压传感耦合技术的研究成果进行总结,同时结合本单位在交流500 k V、直流±500 k V以及特高压直流±800 k V和交流1 000 k V的输变电新(改、扩)建设备启动调试试验中百余站·次的暂态过电压测量情况,详细介绍了外接分压器、套管末屏串接无感电容、TV或CVT二次测量与反演、GIS内部内置电极等传感耦合技术,进而分析了上述技术存在的问题,并结合电网发展对暂态过电压传感耦合技术的发展趋势进行了展望。最后指出,随着电力系统向交直流特高压、智能电网、能源互联的方向发展,迫切需要开展特高压、交直流混联工况下系统的暂态扰动特性及其过电压测量和分析等方面的研究。     

非接触式暂态电压测量的简化解耦方法

电光式电场传感器频率响应宽,利用其进行非接触式暂态电压测量,与系统没有直接的电气连接,易于安装、维护,但是存在三相电场的耦合问题。为此,提出了简化的解耦方法,该方法适用于500 kV及以上电压等级交流系统的非接触式测量:在500 kV及以上电压等级的变电站内,不同相导体的距离较大,非相邻相的耦合可以忽略不计,现场布置较为对称时,利用测到的三相稳态电场信号的相角、幅值信息即可进行简化的电场解耦。在±800kV祁连换流站交流侧用该方法测得的暂态电压波形和用耦合电容分压器测到的波形重合度高,验证了该方法的可行性。将该方法应用到藏中联网工程的调试中,测得了空载线路合闸暂态电压波形:测得首端站过电压波前时间约为1.5μs,最大过电压倍数为1.74;末端站过电压波前时间约为33μs,最大过电压倍数为1.32倍。     

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。     

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。     

基于复合积分罗氏线圈的过电压监测方法

基于套管末屏间接式过电压监测方法的思路,提出一种基于复合积分罗氏线圈的过电压监测方法。该方法通过测量电容式套管末屏抽头电流并积分以求得待测电压。在分析工频过电压、操作过电压以及雷电过电压作用下套管末屏抽头电流幅值及频率特性基础上,针对现有罗氏线圈电流传感器的不足,设计了复合积分环节。该复合积分环节由有源积分环节、无源积分环节、高通滤波环节以及罗氏线圈高频自积分环节组成,通过各环节频率特性的相互配合而达到了扩频目的。在此基础上,研制了复合积分罗氏线圈电流传感器,其测量频带范围为30 Hz到3.23 MHz,灵敏度达到100 mV/A,满足过电压下套管末屏电流测量需求。现场测试结果表明,运用该方法可对常见过电压进行准确检测,波形还原效果较好。     

110kV变电站过电压在线监测系统及其波形分析

过电压是造成电网绝缘损害的主要原因之一,也是选择电气设备绝缘强度的决定性因素,电力系统过电压在线监测对分析过电压事故原因和改善系统绝缘配合具有重要的现实意义。在研制成功110kV过电压传感器以及高速变频采集系统的基础上,重庆110kV先锋过电压在线监测系统可自动捕获10、35、110kV电网中出现的外部和内部过电压。另外还介绍了该系统的结构、用于过电压信号采集的低阻尼阻容分压器和套管式分压器、变频采集系统及系统软件等关键模块。根据现场采集到的典型过电压波形样本,结合值班室记录,分析了雷电、操作及暂时等过电压的波形特点和产生原因,监测结果可为输电线路防雷、变电站过电压防护、电力系统规划和设计提供科学依据。     

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。