基于电容式电压互感器的暂态过电压光学监测方法研究

电网暂态过电压威胁着电力设备的安全运行,监测暂态过电压对保证电网安全、可靠运行具有重要意义。提出一种基于电容式电压互感器(Capacitor Voltage Transformer,CVT)的暂态过电压光学监测方法,通过在常规CVT的电容分压器低压端串入暂态监测电容,利用光学电压传感器(Optical Voltage Sensor,OVS)实现暂态过电压的监测。建立具备暂态电压监测功能的CVT的高频暂态电路模型,分析论证了利用电容C₃监测暂态电压的可行性。研制OVS样机,设计基于CVT的暂态过电压光学监测系统,并进行了暂态过电压试验,试验结果表明监测系统能满足对暂态过电压监测的需求,进一步论证了所提方案的有效性。     

宽频暂态电场测量装置的研究

暂态过电压是影响电网安稳运行的重要因素之一,对暂态过电压的准确测量具有十分重要意义。为此,基于空间电场效应的测量方式设计了一种宽频暂态电场测量装置。首先,介绍了基于非接触式电容互感器测量电场的原理;其次,完成了外部传感器结构及内部电路设计;最后,在实验室条件下对研制的测量装置进行了工频和冲击电压试验。结果显示,该测量装置的测量误差在5%以内,同时测量装置频率响应在5 Hz～5 MHz间较为平坦,对于工频电压及1. 2μs/50μs的标准雷电全波可有效捕捉。     

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。     

基于M-Z干涉结构的集成光学电场传感器设计

针对亚纳秒脉冲高电压信号的测量需求,研究了基于Mach-Zenhder干涉结构的集成光学电场传感器。分析了晶体电光效应与M-Z干涉结构的基本原理,设计了传感器的铌酸锂电光晶体衬底与镀金电极结构。计算了传感器的灵敏度、频率响应、量程等输入输出性能,并设计了用于标定传感器特性的测试系统。     

用于宽频带时域电场测量的光电集成电场传感器

电场测量是电气工程领域的基础研究手段。光电集成电场传感器具有无源、小尺寸、宽频带、动态范围大等优点,能够满足电力工程领域不同场合的电场测量需求。首先介绍了光电集成电场传感器的半波电场、静态偏置点可控性、温度稳定性和湿度稳定性四方面的关键技术问题以及相关解决措施,并提出了未来相关方向的具体研究工作思路及其改进方案。另外就所研制的光电集成电场传感器的线性测量范围、时域响应、频率响应等关键电气特性进行了比较分析。最后,结合近年的工作,介绍了利用所研制光电集成电场传感器在直流、工频、μs级暂态、ns级暂态等典型时域电场中的测量应用。     

无电极型工频电场传感器的设计

分析了电力系统中工频电场测量的技术手段和应用现状,指出现有手段的存在的问题;利用集成光学技术研制了一种基于铌酸锂晶片铁电畴反转的无电极电场传感器,该传感器内部没有金属部分,具有集成度高、对被测电场影响较小等优点;分析了传感器的设计要点,针对电力设备工频电场测试的实际需求完成传感器的参数设计,并研究相关的工艺流程;针对传感器半波电场太大的特点设计了合适的方案测试传感器的特性;根据国标GB/T12720-1991建立工频电场测试系统,并利用该系统完成传感器的工频电场标定测量实验。实验结果表明,该传感器在较大测量范围内具有较好的线性度,适合于电力系统工频电场的测量。     

110kV及以上变电站暂态过电压在线监测方法的研究

研究了110 kV及以上变电站采用变压器套管末屏安装低压臂分压器、GIS(断路器)装设手孔分压器的暂态过电压直接监测方法;采用电流传感器测量套管及避雷器等设备的接地回路暂态电流,采用光电集成电场传感器测量设备周围的电场,进而还原过电压幅值及波形的间接监测方法。重点开展了测量装置设计与研制、测量系统准确度校准、实验室与现场测量等工作,论证了各种监测方法的有效性和可行性,为今后变电站过电压监测的工程实践提供理论依据及指导。     

±1100kV特高压直流换流站避雷器在内过电压下的保护特性

直流输电系统的内过电压主要通过金属氧化物避雷器(metal oxide arrester,MOA)加以限制,避雷器在内过电压下的保护特性对确定设备的操作冲击绝缘水平具有重要意义。根据±1 100 k V主回路接线、避雷器配置、交直流系统参数等,建立了±1 100 k V系统内过电压计算模型。对避雷器电压和电流波形进行仿真,对避雷器电流的波头时间进行统计。统计结果为:内过电压下通过避雷器电流的波头时间均不小于100μs,大于标准操作冲击电流的波头时间30μs,需要对较缓电流波头下避雷器的保护特性进行研究。为加以对比,对波形为316/814μs、30/60μs、8/20μs和1/4μs电流下的避雷器伏秒特性和伏安特性进行了试验研究。结果表明,同样电流下,1/4μs的伏安特性曲线高于8/20μs、30/60μs和316/814μs的曲线,而后三者的伏安特性曲线则区别不大;8/20μs、30/60μs和316/814μs的伏安特性相比,在0.1~1 k A电流范围内,30/60μs的伏安特性曲线比8/20μs和316/814μs的伏安特性曲线稍高。由于避雷器操作冲击电流的波头时间均不小于100μs,内过电压下避雷器取30/60μs电流波形下的伏安曲线是合适的,且是稍微偏严的。最后试验测试了避雷器电阻片在30/60μs操作冲击电流下的伏安特性。     

基于CVT的特高压换流站复杂电磁环境下操作过电压测量

特高压换流站内设备开关操作时很容易产生操作过电压,但由于电压等级高、换流站内存在强电磁干扰等因素目前仍缺少对这些过电压进行测量的有效手段。为此对电容式电压互感器（CVT）改装,进行操作过电压测量研究,通过建立CVT串联分压模型以及仿真电磁单元对过电压测量的影响,论证改装测量过电压的可行性。通过优化传感器内部结构,降低杂散参数,以提高传感器抗干扰能力。通过对测量系统外屏蔽、信号电缆匹配、屏蔽和接地等措施的优化,实现换流站强电磁干扰下过电压信号的有效采集。在±800 kV陕北换流站进行现场测试,有效采集了投切空载线路和低压电抗器时的操作过电压。搭建了一种特高压换流站操作过电压测量系统并通过现场测试验证了设计方案的有效性和安全性。     

基于CVT的特高压换流站复杂电磁环境下操作过电压测量

特高压换流站内设备开关操作时很容易产生操作过电压,但由于电压等级高、换流站内存在强电磁干扰等因素目前仍缺少对这些过电压进行测量的有效手段。为此对电容式电压互感器（CVT）改装,进行操作过电压测量研究,通过建立CVT串联分压模型以及仿真电磁单元对过电压测量的影响,论证改装测量过电压的可行性。通过优化传感器内部结构,降低杂散参数,以提高传感器抗干扰能力。通过对测量系统外屏蔽、信号电缆匹配、屏蔽和接地等措施的优化,实现换流站强电磁干扰下过电压信号的有效采集。在±800 kV陕北换流站进行现场测试,有效采集了投切空载线路和低压电抗器时的操作过电压。搭建了一种特高压换流站操作过电压测量系统并通过现场测试验证了设计方案的有效性和安全性。     

具有温度自补偿功能的宽频带光纤电场传感器

光纤电场传感器抗电磁干扰能力强、响应速度快，在电力设备运行状态和绝缘状况的监测领域有着广阔的应用前景。现有的光纤电场传感器由多个不同功能的分立光学器件组合而成，光路耦合对准困难、光功率损耗大、灵敏度低。此外，温度交叉敏感问题进一步限制了传感器的实际工程应用。为克服现有技术难题，提出一种以特种功能光纤取代分立光学器件，进而形成全光纤电场传感器的技术思路。传感器中的起偏器、检偏器、波片等功能器件均在光纤上实现，避免了分立元件之间对准、耦合等带来的传感器结构不稳定、性能低等问题。此外，通过双晶体正交级联光路结构的设计，赋予传感器温度自补偿功能，实现对温度交叉敏感的有效抑制。实验结果表明，传感器可同时对50 Hz低频电场和纳秒级脉冲电场进行有效捕获，环境温度变化给测量结果带来的误差仅为0.1%/℃。全光纤电场传感器结构简单、稳定性好、测量频带宽，在电力设备快速暂态过电压的测量方面有着重要的潜在应用价值。     

雷电压及雷电流组合测量技术研究

在国内外．雷击事故严重威胁到电网的安全。对输电线路上雷电流和雷电压波形的测量系统进行研究,对电网防雷具有重要意义。研究了直接测量高压输电线路上雷电流和雷电压波形的组合测量传感器。其电流传感器采用自积分Rogowski圈;电压传感器采用自积分式电容分压器的原理,使用Rogowski圈的铝屏蔽壳作为高压臂电容的极板。8／20μs的标准雷电流和上升时间250rls的冲击电流试验表明,本文研制Rogowski线圈具有较好的频率响应特性和稳定的较小的灵敏度。冲击电压试验表明,所研制的电压传感器可较为准确地测量0．5／49μs和1．2／66μs冲击电压波形。该组合测量技术符合雷电测量要求。     

高抗对500kV HGIS变电站防雷配置的影响分析

在500kV HGIS变电站防雷分析中,线路高抗会对线路侧电压互感器(CVT)和GIS套管的雷电过电压产生重大影响,以至于影响变电站的防雷保护配置,因此有必要对进线端设备的雷电过电压进行仿真分析,以及优化进线端设备的防雷保护配置。以某500kV HGIS变电站为例,采用国际通用的电磁暂态仿真计算程序EMTP,分析了高抗对变电站防雷配置的影响;研究了线路侧避雷器的安装位置对高抗以及线路侧CVT的雷电过电压水平的影响,结果表明避雷器安装在高抗和CVT中间位置附近时,避雷器能同时保护高抗和CVT,并能提高进线端设备防雷的整体水平。根据仿真结果,提出了该变电站母线和高抗回路的防雷保护优化配置方案。     

基于光纤消逝场的电场测量技术研究综述

电场测量对于电力设备绝缘设计优化、高压系统电磁环境分析、屏蔽装置防护效果评估等领域具有重要意义。消逝场式电场传感器是近年来新兴的一类光纤电场传感器,测量上限高达24 MV/m、封装尺寸低至1.2mm×0.2mm×0.2mm,可同步测量多场点、多方向电场,在电缆故障诊断、特快速暂态过电压监测、电磁武器改良等方面具有广阔应用前景。目前,关于光学电场传感器原理和结构方面的研究综述较多,但缺乏对新型消逝场式电场传感器的相关总结,以及对各类光纤电场传感器技术参数的分析比较。为此,首先总结了消逝场式电场传感器的测量机理、典型结构、研究进展、应用场景、温度补偿方法和关键技术问题。在此基础上,重点分析、比较了各类光纤电场传感器的测量指标、封装尺寸和性能特点,并结合相关标准对其实用化过程中存在的问题进行了讨论。最后,指出消逝场式电场传感器在材料改性、加工工艺优化、微观尺度电场仿真和耦合影响因素分析等方面值得做进一步深入研究。对于消逝场式电场传感器的设计、研制与性能改进具有一定意义。     

特高压输电线路单相自动重合闸过电压的仿真研究

单相自动重合闸与系统过电压之间有着密切的关系。本文首先从理论上推导了在不投入并联电抗器的情况下,特高压线路的工频电压升高;随后用PSCAD仿真软件对单相自动重合闸过电压进行仿真,在双端电源与长线相连情况下,分析并联电抗器运行方式和安装避雷器对工频电压升高的抑制作用。从推导分析中得到了特高压线路的工频过电压特性,提出了避雷器的最佳安装位置及对过电压的影响。     

基于GPRS的氧化锌避雷器状态监测系统

避雷器作为电力设备的过电压保护装置,其性能的优劣对电力设备安全运行起着很大作用。针对避雷器传统在线监测时现场数据不能及时传输,导致故障不能及时的预测、报警和处理等问题,提出了一种基于GPRS的氧化锌避雷器远程在线监测系统,并利用谐波分析法来诊断MOA运行状态。实际测量表明本文所设计的监测系统具有较高的测量精度,可以实现对MOA状态的远程监测。     

电场对电容式电压互感器误差影响机理分析及验证研究

敞开式的结构设计导致电容式电压互感器(capacitor voltage transformer,CVT)运行时受周围设备产生的电场影响,以及外界产生的杂散电容参与电容单元分压比计算,导致中间电压值与设计值产生偏差,离线误差校准数据不能直接反映实际工作误差情况。为定量分析周围电场对CVT误差产生影响程度,以500 kV电压等级CVT实际参数建立有限元电场分析平台,开展金属支架、避雷器、高压引线产生的电场对CVT误差影响程度仿真分析计算,结合仿真试验对仿真结果进行验证分析。通过分析比较仿真数据与实测数据可知,外电场仅对CVT的比值差产生影响,周围设备导致的电场增加时会导致CVT比值差增加,高压引线夹角、长度、直径改变后对CVT比值差的影响在0.05%以内。该结论对开展CVT离线误差试验数据分析提供技术支撑。     

特高压输电线路单相自动重合闸过电压的仿真研究

单相自动重合闸与系统过电压之间有着密切的关系.本文首先从理论上推导了在不投入并联电抗器的情况下,特高压线路的工频电压升高;随后用PSCAD仿真软件对单相自动重合闸过电压进行仿真,在双端电源与长线相连情况下,分析并联电抗器运行方式和安装避雷器对工频电压升高的抑制作用.从推导分析中得到了特高压线路的工频过电压特性,提出了避雷器的最佳安装位置及对过电压的影响.     

一起10kV氧化锌避雷器爆炸事故分析及防治

氧化物避雷器作为电力设备过电压保护的重要设备,往正常运行电雎下流过的电流很小,当系统中产生过电压时,其阻值将急剧下降,泄掉过电压,起列保护电力设备不被破坏的作用,     

不同负载条件下 CVT过电压监测装置频率响应特性分析

过电压的准确测量对保证电网的安全稳定运行具有重要意义。为此,对不同负载条件下基于电容式电压互感器(CVT)的过电压监测装置的频率响应特性进行了实际测试分析,研究了不含内置低压电容和含有内置低压电容情况下负载变化对频率响应特性的影响。研究结果表明:对于不含内置低压电容的情况,当CVT二次侧空载或额定负载时,得到的频率特性大致相同,但当负载较重时,频率特性与额定负载情况下差异较大;当含有内置低压电容时,内置低压电容的存在几乎不对CVT不同负载情况下的频率特性产生影响,且额定负载和空载情况也对内置低压电容高压侧频率特性影响较小。