專利名稱：分布式電容法測量高電壓電網(wǎng)暫態(tài)過電壓的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測量高電壓電網(wǎng)暫態(tài)過電壓的系統(tǒng)，可用于IOOOkV及以下 電網(wǎng)暫態(tài)過電壓的測量，可用于IOOOkV及以下電網(wǎng)暫態(tài)過電壓在線監(jiān)測及保護(hù)，為電力系 統(tǒng)安全運(yùn)行提供監(jiān)控手段。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)過電壓是發(fā)展高壓和超高壓電網(wǎng)所必須解決的重要課題，它不僅關(guān)系到 發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路等電力設(shè)備絕緣強(qiáng)度的合理設(shè)計(jì)，而且直接影響到電力系統(tǒng)的安 全運(yùn)行。在對國內(nèi)外的停電事故分析中發(fā)現(xiàn)，電力系統(tǒng)過電壓引起的電網(wǎng)事故故障率較高， 電氣設(shè)備絕緣破壞時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響著電網(wǎng)的安全運(yùn)行。統(tǒng)計(jì)資料表明，在1995-1999年 全國IlOkV及以上電壓等級變壓器由于雷電等過電壓引起的事故占10. 6%左右，IlOkV及 以上電壓等級互感器由于諧振、雷電沖擊等引起的事故占32. 左右。電力系統(tǒng)中的過電壓類型多種多樣，其產(chǎn)生的原因也各不相同，當(dāng)出現(xiàn)過電壓事 故時(shí)，雖然電力系統(tǒng)中安裝了大量的故障錄波裝置，但由于過電壓信號幅值高、陡度大、持 續(xù)時(shí)間短，而故障濾波器的電壓信號通常取自電磁式電壓互感器，由于鐵磁飽和，頻率特性 比較差，無法獲取電網(wǎng)過電壓的真實(shí)信息，且其采樣頻率一般為lkHz-20kHz之間，無法滿 足暫態(tài)過電壓的測量要求。由于沒有有效的過電壓監(jiān)測手段，難以快速準(zhǔn)確記錄電網(wǎng)過電壓發(fā)生、發(fā)展過程， 無法獲取事故發(fā)生時(shí)的過電壓特征，嚴(yán)重制約了對事故原因的準(zhǔn)確分析，比如在過電壓的 事故分析中很難確定事故的原因是由于過電壓陡度或幅值超過設(shè)備的承受能力，或是設(shè)備 的絕緣水平降低所造成，還是保護(hù)裝置本身問題，這些使得分析判斷變得十分困難。目前對于電網(wǎng)過電壓的機(jī)理研究以及系統(tǒng)絕緣配合的確定絕大部分都是采用電 磁暫態(tài)數(shù)值仿真的方法，仿真中的系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)學(xué)模型是在一定的簡化基礎(chǔ)上建立起來 的，模型過于簡單，不能真實(shí)反映電網(wǎng)實(shí)際的波過程。隨著高壓和特高壓電網(wǎng)的發(fā)展，設(shè)備 及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，傳統(tǒng)的暫態(tài)過程的數(shù)值分析方法已不能滿足對大電網(wǎng)運(yùn)行的精確實(shí) 時(shí)分析、快速響應(yīng)及預(yù)防決策的要求。因此，研究一種高性能、高自動(dòng)化的、低成本的實(shí)時(shí)過電壓在線測量方法，實(shí)現(xiàn)電 力系統(tǒng)中發(fā)生的各種過電壓事故數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄、在過電壓發(fā)生時(shí)能完整準(zhǔn)確地記錄下過 電壓的實(shí)際變化過程、記錄保存過電壓的波形和各種參數(shù)、存儲(chǔ)事故發(fā)生前后過電壓的情 況和發(fā)生過程中對電網(wǎng)電壓的影響，不僅為運(yùn)行人員分析事故原因提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)還 可以為研究電力系統(tǒng)過電壓產(chǎn)生的機(jī)理、過電壓防范和電力設(shè)備絕緣配合的科學(xué)工作者提 供豐富、詳實(shí)、科學(xué)的原始數(shù)據(jù)支持，不僅具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值，而且具有重要的科學(xué) 研究意義。過電壓在線監(jiān)測包括有過電壓信號獲取(一般采用電壓傳感器)和過電壓信號采 集系統(tǒng)，只要獲取的過電壓信號不失真，過電壓信號采集的實(shí)現(xiàn)相對比較容易，因此獲取準(zhǔn) 確的過電壓信號是其中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，一般由電壓傳感器來實(shí)現(xiàn)。電壓傳感器的設(shè)計(jì)一直是過電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)中的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。電網(wǎng)的過電壓信號的波形和幅值差異非常大， 對傳感器特性提出了更高的要求，為了能夠準(zhǔn)確獲取暫態(tài)電壓信號，要求傳感器具有很好 的暫態(tài)響應(yīng)特性、穩(wěn)定性和線性度。因此，研制具有很好的暫態(tài)響應(yīng)特性、穩(wěn)定性和線性度 的電壓傳感器對過電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)具有關(guān)鍵作用。國內(nèi)外學(xué)者對過電壓的測量方法展開了大量研究，并在一定程度上取得了較好的 效果。綜合國內(nèi)外研究情況，目前，應(yīng)用于電網(wǎng)過電壓信號獲取的裝置主要有高壓分壓器、 光纖電壓傳感器以及微分_積分測量系統(tǒng)等。1)高壓分壓器高壓分壓器是過電壓監(jiān)測中最常用的獲取電壓信號的裝置，主要有 電阻分壓器、電容分壓器和阻容分壓器等幾種結(jié)構(gòu)形式。電阻分壓器具有結(jié)構(gòu)簡單、測量精 度較高、暫態(tài)響應(yīng)好、工作穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。由于電阻分壓器長期并聯(lián)電網(wǎng)運(yùn)行，發(fā)熱問題 比較嚴(yán)重，因此，目前國內(nèi)外大部分過電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)的電壓傳感器都是采用電容分壓 器或阻容分壓器。其中，我國重慶大學(xué)做了大量對電網(wǎng)過電壓在線監(jiān)測方面的研究，所采用 的方法是利用變壓器電容式套管，安裝特制的電壓傳感器組成套管分壓系統(tǒng)，從電容式套 管的末屏抽頭處實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)過電壓信號，如

圖1.1所示。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)電阻分壓器的一些主要缺點(diǎn)，國內(nèi)外的學(xué)者還研制出一些新穎的電 容分壓器，澳大利亞學(xué)者D. Britwhistle和I. D. Gray研制的基于電流互感器的電容分壓 器，如圖1.2所示。該電容分壓器的高壓臂為導(dǎo)線與電流互感器形成的雜散電容Cl，低壓臂采用外加 的電容C2.這種分壓器的優(yōu)點(diǎn)是采用電力系統(tǒng)已有的一次設(shè)備，避免傳統(tǒng)的高壓分壓器 長期并聯(lián)高壓電網(wǎng)帶來的一系列問題，電氣等絕緣特性好。其主要缺點(diǎn)是電容Cl的不穩(wěn)定 性帶來的測量誤差。2)光纖電壓傳感器光電測量系統(tǒng)是一種利用各種光電效應(yīng)或光通信方式進(jìn)行測 量的系統(tǒng)，在高電壓技術(shù)領(lǐng)域中，可用它進(jìn)行高電壓、大電流、電場強(qiáng)度以及其他參量的測 量。光纖電壓互感器體積小、重量輕、動(dòng)態(tài)范圍寬、測量精度高、絕緣性能好，具有及其光明 的發(fā)展和應(yīng)用前景。3)微分積分測量系統(tǒng)以微分環(huán)節(jié)和后繼的積分環(huán)節(jié)作為電壓轉(zhuǎn)換裝置所組成的 高電壓測量系統(tǒng)稱為微分積分測量系統(tǒng)，簡稱為D/I系統(tǒng)。這種分壓系統(tǒng)較多應(yīng)用于沖擊 高電壓的測量中。目前，國內(nèi)常見的過電壓在線監(jiān)測方法是通過變壓器套管末屏接低壓臂形成電容 分壓器的方法。這種方法需要在變壓器末屏引出線，工作人員必須爬上變壓器進(jìn)行安裝，這 對工作人員安全有一定影響。本實(shí)用新型所用電極直接安裝于高壓導(dǎo)線相應(yīng)地面，安裝地 點(diǎn)靈活，電容分壓器獨(dú)立運(yùn)行，不受其他設(shè)備的限制。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種分布式電容法測量高電壓電網(wǎng)暫態(tài)過電壓的系 統(tǒng)，更加靈活、便捷的方法測量電網(wǎng)暫態(tài)過電壓。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種分布式電容法測量高電壓電網(wǎng)暫態(tài)過電壓的系 統(tǒng)，其特征在于由高壓電容、電容分壓器和電容分壓器低壓臂測量裝置構(gòu)成，高壓電容由 高壓導(dǎo)線與其高壓導(dǎo)線下方的低壓臂電極間形成的分布電容構(gòu)成，低壓臂電極與低壓電容電連接構(gòu)成電容分壓器，電容分壓器低壓臂測量裝置由電容分壓器、同軸電纜和示波器構(gòu) 成，電容分壓器的低壓電容通過同軸電纜與示波器連接。如上所述的分布式電容法測量高電壓電網(wǎng)暫態(tài)過電壓的系統(tǒng)，其特征在于電容 分壓器低壓臂測試裝置中，同軸電纜與電容分壓器和同軸電纜與示波器之間串聯(lián)與同軸電 纜阻抗值相等的匹配阻抗。本實(shí)用新型的原理是采用一種分布式電容法測量高電壓電網(wǎng)暫態(tài)過電壓的方 法，在三相導(dǎo)線下方放置三個(gè)低壓臂電極，三個(gè)低壓臂電極與三相導(dǎo)線形成九個(gè)分布電容； 三個(gè)低壓臂電極與三個(gè)低壓電容構(gòu)成三相電容分壓器；通過建立矩陣三相的高壓電壓形 成的3X1矩陣和三相電容分壓器二次輸出電壓形成的3X1矩陣之間存在一個(gè)3X3矩 陣的關(guān)系，即[U2J3X1 = [Κ]3χ3· [UJ3xi ；通過變換三相導(dǎo)線的電壓，獲得不同的[UJ3xi和 [U2]3X1，通過建立方程組，計(jì)算得到[K]3X3中9個(gè)系數(shù)，從而建立了一次電壓與二次電壓的 對應(yīng)關(guān)系，得到分壓比K，通過計(jì)量顯示儀測得的波形進(jìn)行反推，得到高壓導(dǎo)線上的暫態(tài)過
電壓大小
權(quán)利要求一種分布式電容法測量高電壓電網(wǎng)暫態(tài)過電壓的系統(tǒng)，其特征在于它包括高壓電容、電容分壓器和電容分壓器低壓臂測量裝置，高壓電容由高壓導(dǎo)線與其高壓導(dǎo)線下方的低壓臂電極間形成的分布電容構(gòu)成，低壓臂電極與低壓電容電連接構(gòu)成電容分壓器，電容分壓器低壓臂測量裝置由電容分壓器、同軸電纜和示波器構(gòu)成，電容分壓器的低壓電容通過同軸電纜與示波器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的分布式電容法測量高電壓電網(wǎng)暫態(tài)過電壓的系統(tǒng)，其特征在 于電容分壓器低壓臂測試裝置中，同軸電纜與電容分壓器和同軸電纜與示波器之間串聯(lián) 與同軸電纜阻抗值相等的匹配阻抗。
專利摘要一種分布式電容法測量高電壓電網(wǎng)暫態(tài)過電壓的系統(tǒng)，其特征在于它包括高壓電容、電容分壓器和電容分壓器低壓臂測量裝置，高壓電容由高壓導(dǎo)線與其高壓導(dǎo)線下方的低壓臂電極間形成的分布電容構(gòu)成，低壓臂電極與低壓電容電連接構(gòu)成電容分壓器，電容分壓器低壓臂測量裝置由電容分壓器、同軸電纜和示波器構(gòu)成，電容分壓器的低壓電容通過同軸電纜與示波器連接。能更加靈活、便捷的測量出電網(wǎng)暫態(tài)過電壓。
文檔編號G01R15/04GK201697961SQ20102023806
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者余春雨, 馮宇, 吳士普, 李璿, 毛安瀾, 汪本進(jìn), 王曉琪, 王歡, 王玲, 費(fèi)曄, 陳心佳, 陳曉明 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院