CN102645574B - 基于网络传递函数计算的现场暂态过电压测量方法 - Google Patents

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本发明涉及一种基于网络传递函数计算的现场暂态过电压测量方法,包括以下步骤:(1)构建暂态过电压测量分压器;(2)在其一侧施加或注入模拟的暂态过电压,该暂态过电压用标准测量系统进行测量记录,其测量值即为现场监测系统一次侧的输入x,同时现场监测系统的测量值为其输出y,进行现场监测系统传递函数H实测;(3)对构建的暂态过电压测量分压器进行传递函数H实测,并记录在现场监测系统中;(4)移去标准测量系统,现场监测系统运行,在监测到暂态过电压时,用传递函数H代替变比K进行计算。本发明的方法利用网络传递函数H代替变比K进行暂态电压计算,可以克服其在各谐波分量下不同这一问题。

Description

基于网络传递函数计算的现场暂态过电压测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统暂态过电压的现场测量方法,具体涉及一种基于网络传递函 数计算的现场暂态过电压测量方法。
背景技术
[0002] 1、暂态过电压监测的重要性
[0003] 电力电气设备的绝缘状况,直接关系到电力系统运行的可靠性,而暂态过电压对 于系统(设备)绝缘水平的选择起着决定性的作用。现场准确记录暂态过电压数据,结合电 气设备绝缘配合与设备绝缘状态的关系综合分析,建立电力系统电气设备绝缘安全预测分 析方法及对暂态过电压监测是非常重要的。
[0004]2、现行暂态过电压监测的方法
[0005] 暂态过电压是指在电力设备高电压端(一次侧)出现超出额定运行电压的暂态电 压。由于其电压值很高,为了用电测仪器对其进行测量,通常需要转换装置(分压器)将其转 换至较低的电压(二次电压)进行测量。
[0006]目前,现场暂态过电压测量方法通常是利用运行设备,如变压器高压套管末屏电 容、电流互感器(CT)末屏电容或电容式电压互感器(CVT)电容作为高压电容Q,接入一低 压电容C2构成电容分压器进行测量,见图2。
[0007] 由测量装置M监测(记录)二次电压(幅值及波形)U2,按式(1)计算一次侧的暂态 过电压A。
[0008]Ui=K*U2 (1)
[0009]式中:
[0010]K为分压器的转换系数(也称:刻度因数、分压比、变比),按式(2)计算。
[0011]K= (Ci+C^/C, (2)
[0012]3、现行暂态过电压监测方法存在的问题
[0013] 由于暂态电压,例如标准操作波过电压(250此/2500此,见图3),其包含着大量的 谐波分量,见图4,若要利用图2和式(1)进行暂态电压的测量,就必须要求分压器在各谐波 分量下的变比K保持一致,这是很难做到的。
[0014] 从理论上分析,如果把电容分压器当作仅仅是电容元件的话,那么其变比K应该 是不随频率的改变而改变的,即各谐波分量下的变比K是一致的。而实际上,电容分压器Q 和(:2并不是一个纯电容元件,它包含电容、电感和电阻,其等效电路图如图5所示,按其阻 抗分压,该分压器的变比K为
[0015]K=(Z,+Z2)/Z2 (3)
[0016]式中:
Figure CN102645574BD00031
(4) (5)
[0019] 可见,变比K是随频率的变化而变化的,在各谐波分量下是不同的。
[0020] 而实际上还有其他参数(高压侧对高压臂的杂散电容、高压臂对地的杂散电容、并 联的电阻等等)的影响,变比K与频率的关系较(3)式更为复杂。例如在利用CVT测量谐波 电压上,就有人研究过类似问题,其变比K随频率变化如图6所示。
[0021] 因此,现行的利用运行设备(套管末屏电容、CVT电容)作为高压电容Ci,接入一低 压电容c2构成的电容分压器,由于其变比K在各谐波分量下是不同的,直接利用式(1)进行 暂态电压测量计算的方法,其结果是很难保证其准确度的。
[0022] 有鉴于此,寻求一种准确的现场暂态过电压测量方法成为该领域技术人员的追求 目标。
发明内容
[0023] 本发明的任务是提供一种基于网络传递函数计算的现场暂态过电压测量方法,它 克服了现有技术的困难,利用网络传递函数H代替变比K进行暂态电压计算,可以克服其在 各谐波分量下不同这一问题,达到准确测量(监测)现场暂态过电压的目的。
[0024] 本发明的技术解决方案如下:
[0025] 一种基于网络传递函数计算的现场暂态过电压测量方法,包括以下步骤:
[0026] (1)构建暂态过电压测量分压器;
[0027] (2)在其一侧施加或注入模拟的暂态过电压,该暂态过电压用标准测量系统进行 测量记录,其测量值即为现场监测系统一次侧的输入X,同时现场监测系统的测量值为其输 出y,进行现场监测系统传递函数H实测;
[0028]
Figure CN102645574BD00041
(6)
[0029] 式中:X(rt)和为输入输出信号;n为采用点数;
[0030] 那么在时域有以下等式成立:
[0031]
Figure CN102645574BD00042
(7)
[0032] 式中:为该网络的传递函数(也称转移函数);
[0033]为求取, -般借助于频域:
[0034]
Figure CN102645574BD00043
(8)
[0035] 上述时域卷积变为频域相乘,则
[0036]
Figure CN102645574BD00044
[0037] (3)对构建的暂态过电压测量分压器进行传递函数H实测,并记录在现场监测系 统中;
[0038] (4)移去标准测量系统,现场监测系统运行,在监测到暂态过电压时,用传递函数H 代替变比K进行计算;
[0039] 其中,所述步骤(2)中,当实际构成分压器的传递函数为(频域),则 获取的监测信号(二次电压)(频域:rg#;)),其对应于顶端的过电压信号(一次电压) x切)(频域):
Figure CN102645574BD00051
[0042] 那么利用反傅立叶变换,可求得:
[0043]
Figure CN102645574BD00052
(12)。
[0044] 本发明由于采用了以上技术方案,使之与现有技术相比,本发明的基于网络传递 函数计算的现场暂态过电压测量方法利用网络传递函数H代替变比K进行暂态电压计算, 可以克服其在各谐波分量下不同这一问题。
附图说明
[0045]图1为本发明的一种基于网络传递函数计算的现场暂态过电压测量方法的流程 图。
[0046] 图2为现场暂态过电压测量方法的电气连接示意图。
[0047] 图3为250/2500此标准操作波过电压波形图。
[0048] 图4为250/2500此标准操作波过电压频谱图。
[0049] 图5为分压器等效电路图。
[0050] 图6为CVT变比频率曲线特性。
[0051] 图1中,Ci为高压电容;C2为低压电容;Ui为暂态过电压;U2为测量电压;M为测量 装直。
具体实施方式
[0052] 下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
[0053] 参看图1至图6,本发明的一种基于网络传递函数计算的现场暂态过电压测量方 法的具体实施方式如下:
[0054] 1、传递函数计算方法描述
[0055] 这里引入传递函数(也称转移函数)计算理论,对于现场实际构成的(电容)分压器 一旦构建完成,其所存在的电容、电感、电阻及其他参数也就固定完成,将其等效为一个网 络,将采集获取输入x (-次电压)输出y (二次电压)信号定义为:
[0056]
Figure CN102645574BD00053
(6)
[0057] 式中J时和为输入输出信号;n为采用点数。
[0058] 那么在时域有以下等式成立:
[0059]
Figure CN102645574BD00061
(7)
[0060] 式中:为该网络的传递函数(也称转移函数)。
[0061]为求取,一般借助于频域:
[0062]
Figure CN102645574BD00062
(8)
[0063] 上述时域卷积变为频域相乘,则
[0064]
Figure CN102645574BD00063
[0065] 如果实际构成分压器的传递函数为Ab)(频域则获取的监测信号 (二次电压)jtO (频域其对应于顶端的过电压信号(一次电压)(频域
Figure CN102645574BD00064
[0068] 那么利用反傅立叶变换,可求得:
[0069]
Figure CN102645574BD00065
(12)
[0070] 上述过程表明,利用传递函数H代替变比K进行计算,就可以克服现场构成的电容 分压器CdP C 2并不是两个纯电容元件,是包含电容、电感、电阻和其他杂散参数构成的网 络,而造成其变比K在各谐波分量下不一致的问题。
[0071] 2、基于网络传递函数计算的现场暂态过电压测量方法
[0072] 在现场完成暂态过电压测量分压器(现场监测系统)的构建后,在其一次侧施加 (注入)模拟的暂态过电压,该暂态过电压用标准测量系统进行测量记录,其测量值即为现 场监测系统一次侧的输入X,同时现场监测系统的测量值为其输出y,进行现场监测系统传 递函数H实测。
[0073] 传递函数H实测完成后,记录在现场监测系统中,移去标准测量系统,现场监测系 统即可投入运行,在监测到暂态过电压时,用传递函数H代替变比K进行计算。
[0074] 3、三个要素变化:
[0075] 暂态过电压测量;传递函数的定义;现场暂态过电压。
[0076] (1)暂态过电压测量变化为暂态电流测量。
[0077] 电力系统对运行设备出现的暂态电流也是非常关注的,只要变换相应的转换装 置,就可以监测暂态电流,而同样存在暂态电流包含着大量的谐波、转换装置在各谐波下转 换系数是不同的这些问题,因此也可以利用传递函数计算的概念进行克服。
[0078] (2)传递函数定义的变化。
[0079] 上述描述的传递函数是针对分压器型的转换装置定义的,是无量纲的(电压比电 压)。可以根据监测对象的不同(电压或电流)、转换装置的不同(分压器或分流器)、监测量 的不同(电压或电流),传递函数还可分别定义为:电压比电流型的(阻抗性);电流比电流型 的(无量纲);电流比电压型的(导纳性)。
[0080] (3)现场暂态过电压的变化。
[0081] 上述描述的是针对现场暂态过电压的监测(或测量),其方法也可以在试验室(实 验室)对暂态类电压(电流)的测量(或监测)上应用,如雷电波电压(电流)和操作波电压(电 流)的测量。
[0082] 综上可知,本发明的基于网络传递函数计算的现场暂态过电压测量方法利用网络 传递函数H代替变比K进行暂态电压计算,可以克服其在各谐波分量下不同这一问题。 [0083] 当然,本技术领域内的一般技术人员应当认识到,上述实施例仅是用来说明本发 明,而并非用作对本发明的限定,只要在本发明的实质精神范围内,对上述实施例的变化、 变型等都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (1)

1. 一种基于网络传递函数计算的现场暂态过电压测量方法,其特征在于,包括以下步 骤: (1) 构建暂态过电压测量分压器; (2) 在其一侧施加或注入模拟的暂态过电压,该暂态过电压用标准测量系统进行测量 记录,其测量值即为现场监测系统一次侧的输入x,同时现场监测系统的测量值为其输出 y,进行现场监测系统传递函数H实测;
Figure CN102645574BC00021
(6) 式中和为输入输出信号;"为采用点数; 那么在时域有以下等式成立:
Figure CN102645574BC00022
(7) 式中:为该网络的传递函数; 为求取ftp),-般借助于频域:
Figure CN102645574BC00023
(8) 上述时域卷积变为频域相乘,则
Figure CN102645574BC00024
(3) 对构建的暂态过电压测量分压器进行传递函数H实测,并记录在现场监测系统中; (4) 移去标准测量系统,现场监测系统运行,在监测到暂态过电压时,用传递函数H代 替变比K进行计算; 其中,所述步骤(2)中,当实际构成分压器的传递函数为,则获取的监测信号二次 电压,其对应于顶端的过电压信号一次电压:
Figure CN102645574BC00025
那么利用反傅立叶变换,可求得:
Figure CN102645574BC00026
(12); 上述步骤(2)中,网络的传递函数也称为转移函数; 上述步骤(4)中,实际构成分压器的传递函数为即为频域,获取的监测 信号二次电压即为频域:Fb#),对应于顶端的过电压信号一次电压即为频 域伸)。
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