HVDC电子式电流互感器现场校准方法及关键问题

直流电流互感器(direct-current current transformers,DCCT)是高压直流输电系统中的重要测量设备。为保证其准确可靠,DCCT投运前和停电维护时需现场校准。对于电子式DCCT现场抗干扰及数字化同步两大关键问题,该文提出电子式DCCT的校准方法并设计一套校准系统,主要包括直流电流源、作为标准器的磁调制式直流电流比较仪(DC current comparator,DCC)和具有光纤数字同步的电子式DCCT校验仪。重点对标准器和校验仪进行了现场抗干扰分析,对于标准器现场使用时可能遇到的母线偏心和邻近通流导体干扰情况进行仿真分析,优化磁屏蔽结构,研制了DCC样机,经中国计量科学研究院校准,该DCC不确定度为5×10-6,在此基础上进行了母线偏心和邻近导体影响测试,验证了优化的屏蔽结构能够有效抵御现场干扰;为检验校准系统,采用0.2级DCCT进行了校准测试,结果表明校准系统不确定度优于5×10-4。     

自平衡式交直流电流比较仪研究

为满足日益提高的宽频电流测量需求,文章设计研制了一种自平衡式交直流电流比较仪。该交直流电流比较仪在磁调制式直流电流比较仪的基础上引入闭环交流测量通道,不仅极大地拓展了其测量的频带宽度,而且利用反馈技术实现了电流比较仪的自动平衡。详细介绍了电流比较仪的研制过程,并搭建虚拟仪器自动测试系统对所研制电流比较仪的性能进行考察。测量结果表明,该交直流电流比较仪在直流测量时的线性误差小于2×10-4,交流测量带宽不低于100k Hz,测量标准不确定度为2×10-5。     

电流比率的精密测量

本文详述一种作为电流比较仪的三绕组电流比率变换器的发展,分析了它作为交流比率标准的特性。对磁屏蔽的应用及对电流比率器件的准确度和有用性的效应合理使用的效果给以特别的注意。给出三种类型的音频电流比较仪的某些误差特性,并讨论它们应用可能性。这些应用包括电流互感器的校验和阻抗比较。用调制技术有可能使这种器件在直流下运用。描述了特别为换流器或直流互感器校准而设计的20,000安自平衡直流电流比较仪。也讨论了这一电流比较仪用作强电流分流器的校验,并给出若干试验结果。     

特高压直流换流站电流电压传感器的测量误差

目前500kV交流电流电压的计量准确度已达0.2%,为了能以相同准确度测量直流侧电流和电压,可以使用便携型直流电流和电压发生装置,及准确度高于0.02级的直流电流比较仪、直流标准分压器和误差试验器在现场测量电流电压传感器的误差。为此,借鉴已开展的500kV和750kV升压站和变电站电流电压互感器现场误差试验经验,分析了现场测量800kV直流电流电压传感器误差需研究解决的问题并介绍国网武汉高压研究院为测量直流电流电压传感器误差开展的研究工作。     

开口比较仪在直流大电流现场校验中的应用

本文介绍了开口硅钢片铁芯磁调制型直流电流比较仪的方案选择与理论依据、工作原理、现场测量校验方法和仪器的特点。经与国家临时比率标准比对,赴工业现场运行,又经抽查与复测,鉴定认为:比较仪电流比率精度为5×10~(-5),由标准电阻取信号准确度为3×10~(-4)(现场校验)和5×10~(-4)(现场测量),开口重复性误差不大于1×10~(-5),实测线性度出于2×10~(-5)。这种开口比较仪既可作为工业直流大电流现场校验用的标准仪器,也适用于直流大电流的准确计量。     

直流电流比较仪电桥在磁量具传递中的应用

本文介绍了用直流电流比较仪电桥检定标准磁通量具一互感线圈、标准磁场量具一螺线管等磁量具的试验情况和结果。当被测互感线圈常数为100～10000μH时,即当被测磁通为10~4～2×10~5Mx时,用9920型直流电流比较仪电桥检定磁量具的传递误差(不计标准量具误差)不大于5×10~(-5)。比同名义值传递的CB2装置差值法线路的传递精度提高2倍以上,测量速度也快二倍;与不同名义值传递的零值法线路的传递精度相比,精度提高10倍以上,测量速度约快四倍。     

基于检测磁调制器直流分量的直流电流测量法

提出了一种通过直接检测调制器输出信息中直流分量实现直流电流测量的方法。将磁调制器输出电压进行整形,得到标准尖脉冲信号,提取该信号的直流分量即可实现对被测直流电流的检测。由此设计的比较工直流电流测量电路非常简单,可靠性及抗干扰能力得到提高。     

一种高准确度的标准电流源

BBL—10型标准电流源是采用磁调制直流电流比较仪原理研制成功的高准确度、宽量限的标准电流源。仪器具有多功能,可以作为检定直流电流表、直流互感器校验仪和低于万分之一准确度的数字电压表的标准设备,与标准分压箱和直流稳压电源配合使用可检定直流电压表和功率表,还可以作为精密直流电流比较仪电位差计使用,并为那些需要高稳定度,高准确度电流的仪器、设备提供高稳定度的标准电流。     

直流电流比较仪闭环传递特性的理论研究与试验验证

为分析直流电流比较仪的稳态误差,从其结构原理入手,结合现代控制理论,推导直流电流比例相对误差理论值公式.解析直流电流比较仪各部分的传递函数,合成闭环传递特性函数.采用奈奎斯特稳定性判据判定了系统稳定,在仿真软件中建立闭环传递特性模型,以单位安匝数值为例,对仿真结果进行分析.结果表明,一次侧有信号后,二次侧迅速追踪并平稳输出,无明显的过冲、振荡等过渡现象发生,符合直流电流比较仪的工作原理;直流电流比例的稳态误差为2.5×10-8.实际绕制一台1 A ∶1 A的直流电流比较仪,试验后得到全量程实际误差为5×10-8～9×10-8,与理论值一致,满足预期设计要求.     

基于漏磁补偿的变压器结构件损耗与磁通分布研究

为研究电力变压器内部由导磁钢板和取向硅钢片组成的屏蔽构件在漏磁场激励下的电磁性能,提出并设计了基于漏磁补偿的试验模型,考察了不同磁屏蔽结构中的杂散损耗和磁通分布。通过试验研究和数值计算获得了电力变压器不同类型屏蔽结构中的杂散损耗和磁通密度分布情况,并进行了对比分析。提出了采用等效均匀化磁导率、电导率处理方法计算电力变压器磁屏蔽构件杂散损耗的实用措施。在不同激励条件下,测量得到的损耗结果和仿真结果具有很好的一致性,说明了提出的结构件杂散损耗试验研究和仿真分析方法的有效性。试验和仿真结果同时表明:在相同的漏磁通激励条件下,立式磁屏蔽相对平式磁屏蔽的损耗值更低,以磁屏蔽中心工作磁通密度1.5 T为例,立式磁屏蔽的损耗约为平式磁屏蔽损耗的20%左右。     

基于TMR传感器阵列与数值积分的电流测量技术研究

为满足智能电网对先进传感技术和复杂电磁环境下高精度电流测量的需求,提出一种基于TMR传感器阵列和Newton-Cotes数值求积算法的电流测量方法。通过建立复杂干扰磁场环境的仿真模型,验证了不同状况下求积算法的准确性;设计了电流传感器的系统结构和硬件电路;制作了测量装置样机,搭建了实验平台,并进行了性能测试。结果表明,文中提出的方案具有较高的测量精度和抗外磁场干扰能力,在无聚磁环的情况下,0～16 A电流测量范围内最大相对误差分别为直流0.31%和工频交流1.00%,在电流导线位置和传感器姿态发生变化时仍能保持较高精度。     

基于轴对称模型的特高压变压器直流偏磁分析

文中针对特高压自耦变压器三维模型直流偏磁计算耗时长的问题,通过分析特高压变压器的磁路结构特点,建立了特高压变压器的等效轴对称二维模型,有效减小直流偏磁计算规模。与三维模型进行对比,验证了轴对称模型的正确性和有效性。轴对称模型能够在较短的时间内完成偏磁计算,有效减少直流偏磁的计算工作量,且计算精度可以保证,相较于三维模型有一定优势。在轴对称仿真模型的基础上,进一步分析串联电阻及时间步长对直流偏磁计算精度的影响,并获得了串联电阻的取值范围。最后,通过时域场路耦合原理进行不同直流电流下的特高压变压器负载直流偏磁求解,分析直流偏磁的电磁效应。结果表明,随着直流偏磁电流的增加,励磁电流及绕组电流波形发生严重畸变,并产生很大的谐波分量,影响变压器乃至电力系统的安全稳定运行。     

考虑电磁兼容特性下电动汽车直流充电桩测试装置的模块化设计及应用

直流充电桩现场测试装置内部为强弱电相结合,易产生电磁干扰而影响装置正常工作,降低测量精度.为了抑制测试装置内部的电磁干扰问题,分析了非平行传输线缆的电磁串扰,并在不同参数下进行了串扰仿真计算,同时利用ANSYS Maxwell电磁场仿真软件进行电磁屏蔽仿真及方案设计.基于上述方案研发了一套用于现场测试的模块化直流充电桩...     

电力变压器磁屏蔽模型涡流场和损耗的计算与测量

大型电力变压器铁磁结构件中产生的电磁损耗会导致局部过热并使相关的绝缘部件受到损害,进而危及整个变压器的正常运行,对面向工程的国际TEAM(Testing Electromagnetic Analysis Methods)Problem 21的磁屏蔽基准模型的涡流场和损耗进行了计算和试验测量研究,考虑了模型中铁磁材料的非线性、各向异性及磁滞等特性,提出了用于分离激励线圈电阻损耗和涡流损耗的测量方法(漏磁通补偿线圈测量装置),并用MagNet软件进行了数值计算.基准模型的计算和测量结果相吻合,验证了计算方法和软件的有效性.     

直流偏磁对变压器保护的影响及直流偏磁保护改进

随着高压直流输电工程的建设,直流系统对周边电力设备的影响逐步受到关注.当直流系统单极大地运行或直流控制系统出现异常时,可能产生较大的直流电流注入相邻变压器.此时变压器可能产生直流偏磁.文中通过对变压器几种磁饱和特性的对比指出了直流偏磁的特殊性,结合现场波形特征分析直流偏磁及常见的偏磁抑制装置对保护设备的影响,指出现有直...     

直流配电网隧道磁电阻传感器外磁场干扰模型及其抑制方法研究

隧道磁电阻传感器作为新一代磁传感器,具有温度特性好、灵敏度高等优点,在电能计量中得到大量研究和应用。外磁场干扰是影响磁传感器测量准确度的重要因素,文中针对直流配电网电流测量场景,建立了隧道磁电阻元件传感器阵列的外磁场干扰模型,继而基于自适应滤波(LMS)分析的算法,提出了磁传感器最优结构参数,并通过数值分析和有限元仿真验证了该模型的有效性。研究结果表明,当被测电流在±50 ~±300 A之间、阵列半径与母排间距比例为1:2.5时,外磁场影响最小,通过自适应滤波算法可将磁传感器测量误差降到1%以下。     

电流比较仪多层小气隙磁屏蔽磁场的解析解

磁屏蔽磁场的分析是实现高精度电流比较仪优化设计的关键,然而磁屏蔽气隙结构复杂,有限元法计算量大、计算精度难以满足要求。考虑磁屏蔽分层结构以及一次电流偏心和外部磁场干扰对磁场分布的影响,提出一个二维简化模型,利用极坐标系下Poisson方程解的正交函数展开式推导磁场的解析解,并利用有限元法验证解析解的正确性。通过二维解析模型与三维实际问题有限元计算结果的对比,发现两者具有简单的比例关系,且该比例关系不依赖于干扰源的位置,因此可用二维解析模型对三维实际磁屏蔽结构做出快速有效的评估。对坡莫合金的B-H曲线进行拟合,以线性近似下的磁场解析解为基础,利用安匝平衡时检测线圈的感应电压导出电流检测的误差估算公式,作为磁屏蔽效能分析的定量指标。对不同磁屏蔽结构的分析表明,双层结构比同样尺寸单层结构的屏蔽效能可提高近三个数量级。最后通过实验验证了解析表达式分析实际问题的有效性。     

基于场路耦合法的大电流互感器屏蔽绕组分析

大电流互感器通常工作于强杂散磁场环境,必须采取有效措施来保护其不受外界电磁干扰。屏蔽绕组作为一种新颖的屏蔽方式,在大电流互感器中得到了广泛的应用。该文以25000/5A电流互感器为研究对象,利用基于场路耦合的方法来建立大型发电机组用电流互感器的三维有限元仿真模型和统一的场路耦合数学模型,在此基础上计算其屏蔽绕组中的电流；通过比较等效磁势法和降流回路法仿真计算结果与试验测量数据,证明了3D有限元仿真模型的正确性；最后,依据上述模型分析屏蔽绕组抗具有电磁干扰的良好效果。     

金属板屏蔽小室暂态磁场屏蔽效能的对比测试

介绍了一套测量屏蔽小室暂态磁场屏蔽效能的方法,源磁场为冲击电流在发射线圈中激励产生的暂态磁场,发射线圈和接收线圈同轴平行布置。比较开、关门时金属板小室所带3种可拆卸成型门对雷电波和两种频率的阻尼振荡波磁场的屏蔽效能及关门时侧壁对不同暂态磁场屏蔽效能的结果表明,金属板对不同强度暂态磁场的屏蔽效能基本恒定,不同材料结构的门对不同波形暂态磁场的屏蔽效能相差较大,关门后屏蔽效能会提高很多。