冲击电压下CVT传递特性及其缺陷故障检测研究

电容式电压互感器（CVT）内部存在绝缘缺陷时,其整体运行状态不会出现明显变化,但CVT频率响应特性会发生改变。为准确检测出CVT内部的绝缘缺陷,通过获取CVT宽频电压传递函数进行CVT绝缘缺陷故障检测。搭建了冲击电压试验平台,通过雷电冲击、操作冲击和振荡操作冲击3种冲击波形,研究了不同类型冲击电压波形下的CVT频率响应特性。研究结果表明,由3种不同类型冲击电压获取的CVT电压传递函数主要参数特征基本一致,在主电容充电电压相同的情况下,振荡操作冲击电压可以提高输出电压,高效地获取CVT宽频电压传递函数。通过对比不同绝缘缺陷条件下由振荡操作冲击电压获取CVT电压传递函数的差异,为利用冲击电压频率响应特性检测CVT内部绝缘缺陷提供了支撑。     

基于500kV CVT内置低压电容C_3的暂态过电压在线监测

为保证电网安全、稳定和可靠运行,对系统暂态过电压进行监测研究,从而采取相关措施解决其危害是具有重要意义的。文中基于500 kV电容式电压互感器(capacitor voltage transformer,CVT)对电网暂态过电压在线监测技术进行了系统研究。采取改造CVT即内置串联低压电容C3形成可靠的耦合分压装置、雷电和操作冲击试验及分析结果表明,其性能满足电网暂态监测要求。基于该分压装置研制了一套智能型暂态过电压监测系统,在实验室通过了相关性能测试,主要为开关动作的单分、单合、重合闸、分合分以及工频电压耦合操作冲击模拟试验电压波形记录。在上述基础上,结合华东电网"瓶窑500 kV变电站配串调整工程"进行了现场安装和立屏,就窑阳5438线启动调试进行了录波。最后对后期运行监测获取的电网暂态过电压典型波形进行了示例,进一步说明该在线监测技术及系统在现场长期应用的可行性和可靠性。     

采用特高压隔离开关切合固定串补平台的电容式电压互感器的快速暂态试验

采用特高压(UHV)隔离开关切合串补平台时会产生隔离开关的重复击穿和快速暂态过程,可能导致邻近的电容式电压互感器(CVT)发生故障。为系统研究该暂态过程,通过特高压隔离开关切合串补平台模拟试验,测量了CVT上的过电压水平、快速暂态电压和电流波形,并分析了在CVT高压端上加装保护电阻和保护电感对快速暂态的抑制效果。试验结果表明:隔离开关操作时,CVT端口最大过电压约为1.54倍工频试验电压峰值,远小于其雷电冲击耐受电压,不会对CVT造成严重威胁。快速暂态电流振荡主频为500 k Hz,幅值可达2.2 k A,高幅值和高陡度的快速暂态电流可能会导致CVT内部元件局部过热,并产生局部过电压,进而导致CVT损坏。在CVT高压端加装保护电阻和保护电感能有效限制快速暂态电流的幅值和陡度,对CVT具有较好的保护效果。     

基于二端口散射参数的CVT宽频暂态模型

电容式电压互感器(CVT)因为绝缘强度高、测量工频电压准确的优点,在电力系统中的运用十分广泛。由于雷电过电压、操作过电压等暂态信号时常在电力系统内发生,但CVT只能准确传递工频信号,而传递非工频信号将产生不同程度的失真。因此,首先利用黑盒模型基于CVT的端口参数进行宽频建模,再通过网络分析仪测量其散射参数并利用矢量匹配法和福斯特等值电路理论转化为π型等值电路;最后通过雷电冲击实验得到的CVT高压输入波形,利用贝杰龙法和支路电流矩阵法计算,成功得到与测量结果近似相同的二次侧输出波形,验证了模型的正确性。     

非标准雷电冲击电压模拟技术研究

变电站内实际遭受的雷电冲击电压与在高压设备试验中所用的标准雷电冲击电压存在很大差异。为探讨变电站内设备实际可以承受的非标准雷电冲击电压与标准雷电冲击电压(1.2/50μs)的差异,设计了一种可以产生模拟非标准雷电暂态电压波形的电路,可对电路元件参数进行调节,研究电路中不同的元件参数对产生的非标准雷电冲击电压波形的影响。非标准雷电冲击电压波形大多是振荡型冲击电压波形,通过Matlab Simulink进行电路仿真,依据仿真设计出能够产生非标准振荡型冲击电压波形的电路。研究结果表明,仿真电路产生的电压波形与实际电路测量得到的冲击电压波形相比较基本一致。该研究为进一步探讨非标准雷电振荡型冲击电压对电介质击穿特性的试验奠定了基础。     

考虑中间变压器饱和特性的电容式电压互感器宽频非线性模型

电容式电压互感器(capacitive voltage transformer,CVT)为电力系统计量、保护和控制装置提供可靠的电压信号。然而其暂态响应误差大,可能引发距离保护超越和误动作等问题,需建立精确的CVT模型为电力系统分析与保护研究提供基础模型。然而现有具备宽频表征能力的CVT模型多为线性模型,难以兼顾中间变压器铁芯组件对其电压传输特性的影响,且建模过程存在无源修正和降阶等问题,导致模型在特定频段或中间变压器铁芯饱和时的响应误差激增,基于此的电力系统保护策略可能失效。该文提出将CVT端口散射参数在状态方程中进行离散化表征的方法,进而通过诺顿等价建立CVT宽频导纳子模型,表征整体CVT的宽频电压传输特性;基于电磁对偶原理建立CVT工频非线性子模型,表征中间变压器铁芯励磁特性的饱和差异性;对2个子模型进行导纳互差后再进行并联耦合,建立考虑中间变压器铁芯饱和特性的CVT宽频非线性模型。对典型35kV CVT进行参数辨识和模型构建,针对其非线性和频率特性表征能力,分别设计低频涌流、电压传递特性测试和雷电冲击电压试验。结果表明,与传统CVT模型相比,该文提出的CVT模型在中间变压器铁芯饱和时的低频涌流首峰幅值仿真误差从77.79%降低至1.71%,在5Hz～1MHz范围内电压传递特性仿真归一化均方误差为0.91%,雷电冲击电压首峰值仿真误差为3.11%。试验证明所提出的CVT模型能够表征CVT的频率特性和非线性特性,可为涉及CVT的电磁暂态仿真研究提供基础模型。     

6000 kV/810 kJ冲击电压发生器的电气参数计算

建设特高压试验大厅,为特高压输变电设备提供雷电冲击和操作冲击试验条件,需要设计高电压、大容量的冲击电压发生器。对一台6 000 kV/810 kJ冲击电压发生器的电气参数进行公式计算,并用ATP-EMTP电磁暂态仿真软件对雷电波和操作波的波形进行仿真分析,同时在特高压试验大厅采用试验方法对公式计算及软件仿真结果进行验证,试验结果与仿真结果相符。提出的冲击电压发生器电气参数计算方法,为高电压、大容量冲击电压发生器主回路的设计提供参考。     

利用CVT捕捉电压行波实现故障测距的分析与实践

对两次葛岗线单相接地故障实测电容式电压互感器（CVT）二次侧电压数据进行小波分析处理，精确捕捉到初始电压行波波头，并采用双端行波测距原理准确定位接地故障点，最大绝对误差不超过300 m，结合CVT高频等值模型，探讨了CVT二次侧电压测距的可行性。文中还讨论了CVT的频率和暂态特性，重点分析了CVT中间变压器一、二次之间杂散电容对CVT暂态响应的影响，对比实测和仿真波形及其小波变换，说明借助于高速采集的CVT二次电压，能有效捕捉故障初始行波到达时刻，从而实现故障测距的目的。     

利用CVT捕捉电压行波实现故障测距的分析与实践

对两次葛岗线单相接地故障实测电容式电压互感器(CVT)二次侧电压数据进行小波分析处理，精确捕捉到初始电压行波波头，并采用双端行渡测距原理准确定位接地故障点，最大绝对误差不超过300m，结合CVT高频等值模型，探讨了CVT二次侧电压测距的可行性。文中还讨论了CVT的频率和暂态特性，重点分析了CVT中间变压器一、二次之间杂散电容对CVT暂态响应的影响，对比实测和仿真波形及其小波变换，说明借助于高速采集的CVT二次电压，能有效捕捉故障初始行波到达时刻，从而实现故障测距的目的。     

一种具有高品质暂态响应特性的电容式电压互感器研制

主要阐述了一种用于超高压直流输电交流侧的具有高品质暂态响应特性的电容式电压互感器(简称CVT)的研制过程和其具有的各种性能。该CVT是针对超高压直流输电换流站成套设备研制项目而研制的交流电容式电压互感器,主要通过对影响CVT暂态响应特性的因素进行分析,配合合理的设计,通过试验验证,达到具有高品质暂态响应特性。     

利用母线CVT响应电流实现变电站雷电侵入波在线监测

介绍了110 kV以上变电站雷电侵入波在线监测的基本原理,以及高频下电容式电压互感器(capacitor voltage transformer,CVT)回路电阻、电感、电容等值参数计算方法并通过仿真模型分析了等值参数计算误差对过电压监测的影响。提出了一种基于CVT响应电流的侵入波在线监测方法,以克服现有研究存在的不足。基于这种监测方法,开发了一种利用变电站母线CVT回路电流实现母线过电压监测的系统,通过该系统可以进行进线段侵入波电流和母线过电压的监测,实现变电站事故监测统计的自动化、智能化和信息化。最后通过电磁暂态程序(alternative transient program,ATP)仿真结果和现场运行中实测波形的对比,说明了监测系统可以持续有效运行。     

一起500kV CVT故障导致故障录波失真问题仿真分析

通过对CVT事故类别进行分析发现,包括电容器部分损坏、电磁单元短路、铁磁谐振等的CVT主要故障均可以一定程度通过二次电压变化得以体现,因此有必要结合日常生产工作中发现的各类互感器故障,深入研究CVT暂态故障发展过程中波形变化规律,将暂态电压波形特征量作为CVT运行状态监测和缺陷辨识依据,及时发现CVT缺陷保证系统安全稳定运行。本文结合一起500 kV CVT缺陷导致故障录波电压多次发生2倍以上异常升高,最终引起CVT二次电压消失案例,通过解体对故障原因进行了深入分析,运用仿真计算对录波波形进行了复现,从而明确了暂态波形特征量及其对应的缺陷类型,得出结论可为互感器运行状态监测及缺陷原因的判断提供依据。     

套管分压系统的过电压响应特性研究

研究了一种基于变压器套管末屏的过电压在线监测系统,使用电磁暂态软件ATP对其核心的套管电容分压系统进行了建模仿真。通过对模型阶跃波响应特性的仿真研究,并对比实验室实测的阶跃波响应结果,证实了仿真方法的有效性,为进行其他类型或其他电压等级套管类似系统的设计提供了有用的手段;此外通过对系统施加雷电和操作冲击电压波的仿真,得到其输出波形响应,验证了利用套管电容分压实现电网过电压在线监测的可行性。     

基于改进CVT的暂态电压扰动监测技术研究

为解决现有电容式电压互感器(capacitor voltage transformer,CVT)无法对电力系统暂态电压扰动信号精准监测问题,本文通过在原有CVT低压端串联大电容C₃,设计了一种基于CVT,适用于500 kV系统的暂态电压扰动监测装置。通过建立模型,对装置的低压及二次回路对频响影响进行仿真。借助实验平台对该装置性能进行了评估,结果表明装置暂态特性、线性度、频率响应性能、波形跟随特性均满足技术指标要求,目前该装置在现场工作良好。     

1200kV冲击电压发生器雷电冲击全波调节方法

通过对1200 kV冲击电压发生器输出的标准雷电冲击全波波形进行理论分析计算,提出一种全新的波形调节方法,即根据两次预施加冲击电压得出试品电容,再根据试品电容计算出需要使用的装置级数、波头电阻和波尾电阻。该方法大大提高了试验效率,操作简单,实用价值高,对今后开展高压设备雷电冲击试验具有很强的指导意义。     

变电站雷电侵入过电压波形特征及其影响因素的仿真

为探讨变电站设备实际耐受的雷电冲击电压波形与标准雷电冲击电压波形的差异,对变电站雷电侵入过电压的波形特征及其影响因素进行了仿真研究。通过在电磁暂态计算程序(EMTP)中建立500 k V交流变电站–输电线路模型,并结合过电压形成的物理过程,分析了雷击类型、输电线路传输过程以及避雷器对雷电侵入过电压波形的影响。研究结果表明:受雷击工况、输电线路传输过程及避雷器等非线性设备的影响,变电站设备实际耐受的雷电侵入波形近似为平顶波,波前时间可达8μs,波尾时间最短仅为10μs,最长可达数百μs。严苛情况下,变电站设备在实际雷电侵入电压波形下的绝缘耐受水平低于标准雷电冲击试验值。该研究为进一步探讨雷电冲击试验标准的合理性奠定了基础。     

用于冲击电压测量的波形采集处理系统

本文介绍了用于冲击电压测量的波形采集处理系统,该系统由DM—902数字式暂态记录仪及M68微型计算机组成。重点叙述了对雷电冲击波及操作冲击波进行曲线拟合的处理方法,并对拟合过程中出现的具体问题做了分析。     

便携式快前沿紧凑型现场冲击试验

介绍一种便携式快前沿紧凑型现场冲击试验装置,该装置通过增加GIS母线长度来补偿回路固有电感的影响,通过控制陡化间隙的距离和波头电阻的大小,来产生雷电冲击、操作冲击电压以及VFTO多种冲击电压以满足现场冲击试验的需要,并可以通过控制陡化间隙的击穿电压来控制输出电压幅值,其电压波幅值可高达2 MV、主振频率为6 MHz的电压波,满足了特高压试验对特快速瞬态过电压以及雷电冲击电压模拟的要求。     

基于L-M法的BP神经网络在电抗器雷电冲击波形调整中的应用

建立了电抗器匝间绝缘雷电冲击调波参数组合寻优模型。为了克服传统BP神经网络训练收敛太慢以及容易陷入局部最小值等问题,采用了正交试验设计方法结合基于Levenberg-Marquardt法的BP神经网络对建立的数学模型进行了仿真训练并对设备雷电冲击调波参数组合进行了寻优,获得了较为精确的标准雷电冲击波形,对实际试验具有一定的指导意义。     

换流阀内组件冲击电压分布光电测量方法的研究

根据高压换流阀中晶闸管的布置情况,设计了冲击电压测量用电阻型传感器探头的外形结构。利用静电场数值计算的优化结果,确定了该探头的外形结构尺寸,并通过1个带宽为1MHz的脉冲频率调制光纤传输系统来传输信号。对该测量系统进行了整机试验,给出了雷电冲击电压响应和操作冲击电压响应。结果显示,该系统在操作冲击下刻度因子的线性度在±0.15%内。