電流型電子式電壓互感器關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究.pdf

1、電子式電壓互感器(EVT)具有體小質(zhì)輕、無鐵磁諧振、絕緣性能好、頻率響應(yīng)范圍寬以及采用數(shù)字量輸出等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是傳統(tǒng)電壓互感器的替代產(chǎn)品，代表著高性能電壓互感器技術(shù)的發(fā)展方向。雖然國內(nèi)外研究人員在EVT的理論和應(yīng)用研究方面已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，但是目前EVT的技術(shù)尚不成熟，現(xiàn)場在運(yùn)行的EVT普遍存在受溫度和電磁干擾影響較大、故障率偏高等問題。本文以開發(fā)性能穩(wěn)定可靠的EVT為目標(biāo)，提出了直測電流型EVT的設(shè)計思想，圍繞電流型EVT的組成原理

2、及關(guān)鍵技術(shù)展開系統(tǒng)深入的研究，成功研制出110kV電流型EVT。本文完成的主要工作如下:
　　(1)針對分壓型EVT在傳輸分壓信號過程中易受電磁干擾的問題，提出了一種通過直接檢測電容電流實(shí)現(xiàn)一次電壓傳感和測量的電流型EVT構(gòu)成方案。該方案利用電容傳感頭將待測高電壓直接變換為電容電流信號，再進(jìn)行信號還原從而實(shí)現(xiàn)電壓測量。由于傳輸電流信號幾乎不受電磁場干擾的影響，因此從傳感機(jī)理上保證了電流型EVT良好的抗干擾性能。
　　(2)高

3、壓電容傳感頭是電流型EVT實(shí)現(xiàn)信號傳感的核心部件，針對常用的油浸式高壓電容器易受雜散電容影響和介質(zhì)損耗偏大的問題，提出了一種具有集中結(jié)構(gòu)的獨(dú)立式SF6同軸圓筒型高壓電容傳感頭。建立了電容傳感頭的數(shù)學(xué)模型和電場模型，利用有限元法對其電場分布和受雜散電容的影響情況進(jìn)行了仿真分析。系統(tǒng)地研究了SF6氣體壓力、溫度、電極幾何參數(shù)等因素對電容傳感頭性能的影響，并提出相應(yīng)的改進(jìn)方法。仿真分析及樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果表明，SF6同軸圓筒型電容傳感頭受雜散電容影

4、響小、介質(zhì)損耗小、極間電場均勻、絕緣性能強(qiáng)。
　　(3)信號積分是電流型EVT實(shí)現(xiàn)電壓信號還原的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其工作特性直接影響EVT的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)性能。針對常用積分電路不能兼顧寬頻帶響應(yīng)特性和快速暫態(tài)響應(yīng)的問題，提出了一種基于系統(tǒng)狀態(tài)的自適應(yīng)積分電路。自適應(yīng)積分電路通過判別系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)或暫態(tài)情況，自動控制兩種不同性能的積分器工作狀態(tài)的切換，可以同時實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)寬頻帶響應(yīng)性能和快速暫態(tài)響應(yīng)性能，滿足電流型EVT對信號積分電路在工頻信號高精度

5、測量、諧波測量和暫態(tài)性能等各方面的要求。仿真分析結(jié)果驗(yàn)證了自適應(yīng)積分電路的正確性和有效性。
　　(4)研究了提高電流型EVT工作穩(wěn)定性的誤差補(bǔ)償方法。針對溫度和SF6氣體壓力影響電容傳感頭測量精度和穩(wěn)定性的問題，利用多傳感器信息融合方法對電容傳感頭進(jìn)行誤差補(bǔ)償。建立了包含溫度、氣體壓力和電容傳感頭理想電容量的三元回歸信息融合模型，采用最小二乘法獲取最優(yōu)的回歸模型參數(shù)，計算電容傳感頭電容量的估計值，并利用該估計值對電流型EVT的輸出

6、電壓進(jìn)行修正，從而實(shí)現(xiàn)電容傳感頭的誤差補(bǔ)償，仿真結(jié)果驗(yàn)證了信息融合方法的有效性。針對模擬信號處理電路的溫度漂移問題，建立了模擬信號處理電路的溫度誤差模型，提出了基于鉑電阻的溫度補(bǔ)償方法，溫度誤差試驗(yàn)結(jié)果表明該方法能有效提高模擬信號處理電路的溫度穩(wěn)定性。
　　(5)對電流型EVT的高壓電容傳感頭和信號處理單元進(jìn)行了設(shè)計;分析了變電站電磁干擾侵入電流型EVT的途徑，研究了提高電流型EVT電磁兼容性能的措施，電磁兼容試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所采取

7、電磁兼容措施的有效性;對研制的110kV電流型EVT樣機(jī)進(jìn)行了多項(xiàng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，電流型EVT樣機(jī)的測量準(zhǔn)確度達(dá)到0.2級，保護(hù)準(zhǔn)確度達(dá)到3P級，而且符合EVT標(biāo)準(zhǔn)的其它相關(guān)性能要求。
　　本文提出的電流型EVT采用基于直測電容電流進(jìn)行高電壓測量的傳感原理和方法，具有抗干擾能力強(qiáng)、溫度穩(wěn)定性好、暫態(tài)性能好、帶寬滿足諧波測量要求的優(yōu)點(diǎn)。本文的研究為EVT的實(shí)現(xiàn)提供了新的思路和解決方案，研制的電流型EVT整機(jī)性能指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期的設(shè)