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过电压数据采集技术研究

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《成都纺织高等专科学校学报》2015年第二期

1传感器设计

依照国标GB11032-2010,非线性电阻片柱是用它的电容及并联的非线性电阻特性来表示。这种非线性电阻片柱表示的结果更符合实际的最大电压应力。依据该模型,本文介绍了一种无间隙金属氧化物避雷器电压传感器,该电压传感器以无间隙氧化锌避雷器作为电压传感器的高压臂,选用同避雷器制造厂家同批次或者参数近似的氧化锌阀片作为低压臂,可以实现可接受精确度的高压、超高压以及特高压电力系统电压分压转换。通常,首先需要进行电容电场计算以确定对地的杂散电容,其次引入电阻特性并通过电路分析、计算电位分布。由于温度对电阻的影响,需要进行迭代计算程序。然而,对于均压分布不能满足要求的氧化锌避雷器,可以通过在避雷器高压端加装均压环来横向补偿避雷器各氧化锌元件的对地杂散电容的影响。所以在本模型中不考虑高压臂氧化锌元件对地杂散电容对分压器精度的影响。实际使用中此杂散电容误差可以通过低压臂的取样电容进行补偿校准,从而得到理想的分压精度。

图1所示为避雷器简化的多阶等效电路图。通过电路分析程序和考虑了电容及电阻的影响,它可以用于确定电位分布。避雷器用与电压有关的电阻、非线性电阻片柱的电容及对地的杂散电容来模拟。等值回路的每一阶可表示为单个金属氧化物电阻片(极限的情况下)或者非线性电阻片柱的一个单元。每个单元的长度不超过整个避雷器长度的3%。当现场仅需要做临时监测时,如变电站调试阶段。可在不拆卸避雷器增添阀片改变避雷器结构,且保证安全得前提下将避雷器计数器作为分压装置。本文通过在计数器两端并联一个容值合适的采样电容即可实现过电压监测,如图2所示。

2可靠性仿真计算分析

氧化锌阀片的非线性伏安特性可以用下式所示的函数描述。仿真以某220kV避雷器为例,型号为Y10W1-204/532,高压臂由100片性能相同的氧化锌元件,由各自的氧化锌非线性电阻与氧化锌体电容并联后相互串联构成。为便于观察,仿真结果均将低压臂波形数据放大使之与高压臂波行数据为1:3。当低压臂取一片与高压臂元件相同的氧化锌元件时,其结果如图3。从波头部分看,通过氧化锌元件的容性电流也要远大于阻性电流(图2,a线)无间隙金属氧化锌避雷器分压器的分压比由高低压臂氧化锌元件的极间电容容抗决定。避雷器导通后,流经避雷器非线性电阻的电流迅速增加(图3,b线),在此之后,避雷器分压器的分压比由高低压臂的非线性电阻决定。当利用避雷器计数器作分压元件时,其两端并联容抗较小的电容。由于电容组件中缺少阀片中的非线性电阻特性,当频率过高电压幅值过大,如雷电过电压,采样波形会产生一定畸变。但在变电站调试阶段针对各开关操作及模拟接地故障等幅值较低频率较小的试验作临时监测时,经现场测试,如图5,图6,将采用该方式测量的接地试验波形与录波器所得波形比较,该方式在所得波形在提升了准确度基础上,传感器的小电流3db衰减频率为:700MHz,大电流3db衰减频率为:3MHz,暂态过电压最高频率为1MHz,精确度得到显著提升,所得波形数据已足以满足计算分析所用。

3结论

通过计算建模仿真分析及实测数据比较,可得出本文所介绍的两种频率响应宽、幅值线性度高,线性度较好、冲击电压测量误差小、电气性能优良的过电压传感器并且测量精度完全满足电力系统暂态过电压监测系统要求。在条件允许的情况下,采用无间隙氧化锌避雷器电压传感器可实现对变电站的实时监测,准确度经测试可达98.17%。在仅需做临时监测时可以采用安装更加灵活方便的利用避雷器计数器作分压装置的传感器,且采集的操作过电压及工频过电压波行数据也较录波器拥有更优的频率响应特性。

作者:何翔宇 单位:西华大学电气信息学院

成都纺织高等专科学校学报责任编辑:杨雪    阅读:人次