电子式电流互感器电磁抗干扰仿真与测试

为提高电子式电流互感器电磁防护性能,对其进行等效电路建模仿真与试验测试。在隔离开关分合容性小电流试验状态下,搭建隔离开关分合模型,得出操作过电压和过电流的电流仿真波形,以此暂态电流信号为激励源,对罗氏线圈建立等效电路模型,仿真隔离开关分合操作时的罗氏线圈输出为高频信号,输出电压峰值高达680 V,导致采集单元中A/D转换器无法正常工作。最后针对罗氏线圈输出信号的特点,提出TVS管与RC低通滤波器相结合的电磁抗干扰措施,并对抗干扰措施进行建模仿真,结果表明瞬态电压峰值可降到0.6 V以下。通过对电子式电流互感器进行隔离开关分合容性小电流试验测试,测试结果证明了上述的建模方法及抗干扰措施的有效可靠性。     

罗氏线圈电子式电流互感器动态响应特性测试方法研究

围绕罗氏线圈电子式电流互感器动态响应特性问题,分析了二次信号动态附加分量形成的原因及条件,建立了罗氏线圈电磁暂态计算模型,提出了计及漏磁的罗氏线圈模型参数理论计算方法并与实测结果进行了比较,提出了基于电磁暂态仿真和模拟量再现技术的电子式互感器动态行为测试方法,开发出电子式互感器动态响应特性测试系统,实现了电子式互感器工频、谐波及行波的传变特性测试,利用上述方法和装置完成了某智能变电站电子式电流互感器动态响应特性测试,试验获得的动态附加分量信号与现场记录相吻合。     

GIS中快速暂态过程对罗氏线圈型有源电子式互感器影响的分析

电子式互感器作为智能变电站的重要组成部分,是实现信息化的关键技术,其可靠性和准确度对电力系统的安全、稳定和经济运行有着重要的影响。分析了GIS组合电器中隔离开关、接地开关和断路器动作时产生的快速暂态过程,重点研究了快速暂态过电压(VFTO)、快速暂态过电流(FTC)和暂态电磁场(TEM)等对电子式互感器可靠性和测量精度的影响。在研究的基础上提出了GIS内罗氏线圈型电子互感器的抗干扰措施。     

VFTO作用下电子式互感器辐射电磁场数值计算与分析

为研究气体绝缘金属封闭开关(gas insulated switchgear,GIS)中隔离开关分合闸操作时产生的特快速暂态过电压(very fast transient over-voltage,VFTO)对电子式互感器的电磁辐射干扰,建立了GIS电子式互感器的仿真模型,以实测VFTO波形为激励源,基于隐式时域有限元法计算了VFTO穿透绝缘接线端子圆盘辐射至二次金属采集箱的暂态电磁场分布。结果表明VFTO作用下辐射至金属采集箱内的暂态电场强度和暂态磁场强度均远远超出现有电子式互感器采集单元的电磁兼容试验标准。提出了减小接线端子原盘直径及增大金属采集箱与GIS外壳连接长度的抑制措施,仿真验证其可获得较高的屏蔽效能。研究成果可为电子式互感器的VFTO电磁辐射干扰抑制设计提供理论依据与技术支持。     

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。     

GIS母线结构及参数对VFTO波形的影响

在绝缘结构设计阶段,对变压器线圈内特快速暂态过电压(VFTO)分布进行仿真需要了解侵入线圈内的VFTO的波形特性。为此从理论上分析了SF6气体绝缘变电站(GIS)中的VFTO从开关到变压器线端的传输特性。分别针对连接变压器的无分岔母线和有分岔支路母线结构,采用传输线等效电路模型和戴维南等效定理,推导出到达变压器线端的VFTO波形的解析公式;分析了VFTO波形基本特征及其主要频率分布;讨论了母线长度、波阻抗、变压器入口电容等电路参数对VFTO波形的影响。PSCAD电磁暂态仿真软件计算结果验证了理论分析和解析公式的正确性,表明了该方法不仅物理意义明确,而且使用方便,计算效率高,对工程设计具有实际意义。     

基于隔离开关分合操作的电子式互感器电磁兼容检测系统

为深入研究隔离开关分合时产生的暂态强电磁过程对电子式互感器的影响,建立了基于500 k V空气绝缘开关设备(AIS)隔离开关分合操作的电子式互感器电磁兼容检测系统。系统中的高频电流电压组合测量系统采用Rowgowski线圈和电容分压器作为传感器,传感部分和数据采集部分具有良好的电磁屏蔽。对高频电流电压测量系统进行了标定:高频电流测量带宽为1 Hz~10 MHz,高频电压测量带宽为0.1 Hz~30 MHz,满足测量要求。现场实测结果表明:在检测系统上实现了隔离开关分合闸时高频电流、高频电压和电子式互感器输出波形的同时测量,获得了隔离开关分合闸时暂态电流电压典型波形和电子式互感器输出波形。通过波形比对,可实现隔离开关分合操作时电子式互感器受暂态强电磁干扰的影响分析。     

基于分段电弧模型的多次重燃弧VFTO计算与分析

精确的隔离开关电弧模型对变电站特快速暂态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)的仿真有着关键性的作用。文中对开关电弧的电阻模型进行了优化,建立了电弧的分段模型。同时,笔者从间隙击穿,高频电弧熄弧对电弧重击穿的影响等方面进行了讨论,并以此为判据,建立了可以反映VFTO多次重燃过程的计算流程。根据实际测试线路,在ATP仿真软件中搭建了仿真电路并进行了暂态仿真。仿真结果表明,相对于单次燃弧的传统电弧模型,基于分段电阻的多次重燃弧模型可以更好地模拟实际开关特性。在此基础之上,文中对重燃弧过程中各个关键位置的VFTO波形以及流过隔离开关的电流波形进行了计算与分析。     

一起智能变电站跳闸事故分析与改进方案

随着智能电网建设的不断推进,电子式互感器得到大量应用,但其工作的稳定性由于电磁干扰等原因受到严峻考验,尤其是气体绝缘金属封闭开关设备(GIS,Gas Insulated Substation)操作过程中产生的快速暂态过电压(VFTO,Very Fast Transient Overvoltage)影响最为严重。文中结合工程实践中一次跳闸事故分析了VFTO对电子式互感器的干扰,研究了断路器、隔离开关操作产生的VFTO对电子式电流互感器输出的影响,并针对性提出了抗干扰整改措施,有效地提升了电子式互感器的抗干扰能力及智能变电站的运行稳定性。     

气体绝缘开关设备的隔离开关分合操作对电子式互感器电磁兼容特性的影响

为深入研究气体绝缘开关设备(GIS)隔离开关分合操作对电子式互感器电磁兼容特性的影响,研究了隔离开关操作过程中电磁干扰信号对电子式互感器影响的大小与各种耦合途径,建立了基于500 kV GIS隔离开关分合操作的电子式互感器电磁兼容试验系统。利用开发的试验系统,对500 kV GIS隔离开关操作产生的暂态过程进行实地测量,并对系统中接入的电子式互感器进行输出测试。试验系统获得了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以及电子式互感器典型故障。结果表明:该试验回路产生的VFTC幅值最大值为826.8 A,上升速率约为6.51 kA/μs;VFTO最大过电压倍数为1.22,上升速率约为17.2 kV/μs;暂态测量结果与理论预期水平较相符,准确地反映了暂态过程的真实情况;电子式互感器IEC标准与现场电磁环境存在显著差异;针对电磁干扰的不同耦合途径提出的抗干扰措施,可有效提高电子式互感器电磁兼容水平。     

GIS中金属氧化物避雷器对特快速暂态过电压的影响

气体绝缘变电站(gas insulated substation,GIS)内部隔离开关切合空载短母线时产生的特快速暂态过电压(very fast transient over-voltage,VFTO)对电气设备构成严重的威胁。金属氧化物避雷器(metal oxide arrester,MOA)作为GIS中重要的保护设备之一,目前在VFTO计算中普遍采用对地电容模型或者非线性电阻模型,这忽略了VFTO暂态特性对MOA晶界层极化过程的影响。为此,结合MOA阀片的微观结构,通过分析交变电场下电介质的极化特性及其电流响应,提出了MOA暂态电路模型。以国内某550kV变电站为背景,采用EMTP软件对GIS中的VFTO进行了计算,分析了不同MOA模型下VFTO的差异,研究了MOA对VFTO波形、幅值和波前陡度的影响。结果表明,MOA暂态模型能很好地反映MOA在VFTO作用下的极化现象;MOA对VFTO有一定的抑制作用,它能使VFTO波形衰减,在一定程度上降低VFTO的幅值,并减缓VFTO的波前陡度。     

VFTO仿真计算中避雷器模型研究

随着全封闭式气体绝缘变电站(GIS)的广泛引用,由隔离开关操作引起的特快速暂态过电压(VFTO)造成的事故频发。金属氧化物避雷器在限制过电压方面应用广泛,总结了目前应用的4种避雷器模型,运用电磁暂态程序ATP-EMTP分别建立仿真模型,以国内某1 000 kVGIS电站为研究背景,分别模拟了在这4种避雷器模型作用下由隔离开关分闸操作引起特快速暂态过电压,得到了过电压的时域波形图,再运用MATLAB对时域波形进行变换得到VFTO的幅频特性图。对比了4种避雷器模型对VFTO的抑制效果,其中第4种模型更加精确,对过电压幅值、频率抑制效果最好。     

500kV GIS变电站VFTO对于电子式互感器的电磁骚扰研究

随着气体绝缘全封闭组合电器(GIS)的广泛使用,由隔离开关和断路器操作引起的快速暂态过电压(VFTO)带来的危害越加明显。以某典型500 kV GIS智能变电站为计算原型,研究500 kV GIS变电站VFTO对电子式互感器的电磁骚扰。以噪声源和传播路径为基础,通过建立噪声耦合近似模型,实现对电子式互感器干扰信息的定性分析研究。通过分析发现,互感器耦合路径上的耦合电容C_L和C_N越小,VFTO噪声耦合效率越低,VFTO对电子式互感器的噪声影响也越小。研究结果表明,低频段通过修正C_L和C_N实现对电磁干扰的抑制,高频段采用滤波和屏蔽最为有效。通过现场实测证实,未安装防护装置情况下,测得数字采集卡输入端耦合VFTO最高幅值达到9.9 kV,采用电磁兼容综合防护措施后,VFTO最高幅值为0.61 V。     

罗氏线圈电子式电流互感器的宽频域传变特性研究

智能变电站的大量投运,使得罗氏线圈电子式电流互感器的运用也愈发广泛。在阐述罗氏线圈传感单元原理基础上分析其传变特性影响因素,计算了传感单元以及外积分环节的传递函数,得到了其频率响应特性。在Matlab和PSCAD仿真平台上分别搭建了理想实验模型和实际电网模型,验证了理论推导正确性,为改进罗氏线圈电子式电流互感器传变性能提供了理论指导。     

VFTO对电子式互感器及采集装置的影响及控制措施

为了探索解决智能变电站GIS隔离开关操作对电子式互感器及采集装置的影响问题。本文首先通过分析GIS隔离开关操作过程中VFTO产生的机理及对电子式互感器的影响。然后采用EMTP仿真软件对隔离开关操作过程中VFTO的产生过程进行仿真,对软件仿真结果进行了详细分析,得出了隔离开关操作过程中VFTO的分布规律。针对仿真得出的分布规律,提出了通过在电源端口增加过电压抑制设计、信号端口采用三级防护电路、优化机箱结构与屏蔽设计、优化数据采集及控制算法等防范措施进行抑制的解决方案,仿真结果表明,该方案能有效抑制隔离开关操作过程中VFTO的产生,最大限度减小VFTO对电子式互感器及采集装置的影响,减轻现场运维工作量,提高智能变电站电子式互感器的运行可靠性。     

GIS隔离开关操作对电子式电流互感器的干扰分析及防护

为了给GIS集成式电子式电流互感器的工程设计和安全运行提供理论依据,文中以隔离开关开合造成的VFTO是引起电子式电流互感器受干扰的唯一干扰源和根源的结论,分析建立了四川某工程126 kV GIS内部和外部暂态计算电路。选取变压器间隔GIS典型结构作为分析对象,利用EMTP合理地选择参数并建立了VFTO和TEV仿真计算模型,计算了GIS各主要节点的VFTO和TEV。通过仿真计算及研究结果表明,GIS集成式电子式电流互感器的设计应用是个系统工程,除了要考虑电子式互感器自身的传感器部分和电子电路部分的干扰防护设计,还要考虑GIS的结构布局、母线、壳体尺寸和接地等因素对VFTO的抑制。     

ECT采集单元积分回路的暂态特性改进及其检测系统研发

电子式电流互感器采集单元的暂态误差及拖尾现象影响继电保护设备在故障发生时正确动作。通过仿真验证了过零点暂态误差是拖尾现象产生的根本原因,且这种误差是由罗氏线圈的电路积分环节造成的,从原理上无法完全消除。因此,提出提高硬件积分回路的衰减时间常数以及动态启用软件积分的积分衰减算法分别改进对应类型采集单元的暂态传变特性。为了对改进后的采集单元的暂态特性进行测试,提出采用连续时域微分技术来模拟罗氏线圈信号的输出,通过故障相位补偿同步技术实现暂态误差的测试。所提方法为基于罗氏线圈原理的电子式电流互感器的工程应用及采集单元更换提供了一套完整的检测手段。     

空心线圈电流互感器的输出波形质量测试

传统电磁式电流互感器具有较高非线性特征,在低压小电流状态下检测互感器传变特性,波形中存在大量波纹,波形质量较差。提出小电流下空心线圈电流互感器输出波形质量测试方法,设计了印制电路板(PCB)空心线圈电子式电流互感器,对互感器传变特性检测方案实施设计,从T型积分器参数选择对电流互感器实施优化设计,确保其输出波形质量较优,实现暂态控制。对T型积分器低频动态性能实施改进,符合TPE级电流互感器最高峰值瞬时误差低于10%时,确保积分器上限截止频率最高。实验结果表明,所设计电流互感器输出波形检测结果在合理区间内,降低空心线圈内径可降低干扰互感器输出电压波形空间电磁场区域,数字化操作可确保PCB空心线圈电流互感器输出波形内纹波量显著降低,增强波形质量。     

VFTO对GIS中电子式互感器的电磁干扰研究

针对气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）中特快速暂态过电压（VFTO）引起的电子式互感器电磁兼容问题,首先建立了基于逻辑判断的VFTO电磁骚扰源系统模型,对互感器端过电压信号的幅频特性进行了仿真分析,通过对比实验数据验证了系统模型的正确性;然后建立了GIS管道和电容分压型电子式电压互感器的三维模型,对VFTO产生的辐射干扰进行了仿真分析,辐射电磁场计算结果与已有文献报道的误差为8.3%。此外,通过优化互感器的物理结构进一步研究了VFTO辐射干扰的抑制措施,仿真结果表明所提措施的抑制率达到了72.4%。     

开关操作对中压电子式电压互感器暂态性能影响研究

开关柜内隔离开关等开关操作引起的电磁暂态干扰,会通过电子式互感器传导至二次控制、计量设备,对电子式互感器一次绝缘和二次电子线路的抗干扰能力有极大的考验,可能会造成电子式互感器测量失效。文中通过电路分析与电磁暂态仿真,建立10 kV开关柜中电子式电压互感器电路模型,分析其在隔离开关开断空载母线下的暂态响应,发现电子式电压互感器暂态响应输出暂态幅值高达稳态输出值的几十倍,其中伴随着上兆赫兹的高频干扰,高频干扰频带主要分布在200 kHz、1.25 MHz和1.7 MHz附近。通过对比电磁式互感器,发现两者暂态特性大不相同,提出基于电磁式互感器所制定的电子式互感器暂态性能实验方案有待完善。仿真结果为电子式电压互感器实际工况运行提供了理论分析基础,有助于提升电子式电压互感器电磁防护性能和完善其暂态实验检测标准,提高其长期运行稳定性。