CN108919158B - 交流变电站暂态电压非接触式测量装置的现场校准方法 - Google Patents

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China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
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Abstract

本发明公开了一种本发明交流变电站暂态电压非接触式测量装置的现场校准方法，通过依次向三相导线施加高压暂态电压，利用三个电场传感器及三相导线上的暂态电压得到测量装置综合变换系数，完成对测量装置的现场校准，填补了用于交流变电站暂态电压非接触测量装置现场校准技术的空白；因为现场校准将三相导线对电场传感器的影响考虑在内，可以确保输电线路暂态电压测量的准确性，这对于交流变电站监测具有十分重要的意义。

Description

交流变电站暂态电压非接触式测量装置的现场校准方法
技术领域
本发明属于电力系统暂态电压测量技术领域，涉及交流变电站、交流架空输电电路暂态电压测量技术，具体涉及一种交流变电站暂态电压非接触式测量装置的现场校准方法。
背景技术
交流变电站监测过程中测量得到的暂态电压波形对于分析变电站故障原因、优化绝缘配置方案具有重要的参考价值。
变电站已有的电压互感器(PT)或者电容式电压互感器(CVT)由于带宽范围有限，难以直接用于对交流变电站暂态电压的测量。近年来，多种非接触式暂态电压测量技术被提出，并实际应用于变电站的暂态电压测量。其测量原理如图1所示，分别在A、B、C三相导体下方布置电场传感器。当某一相导体上产生暂态电压U(t)时，在电场传感器布置位置均会产生相应的电场E(t)，电场传感器也会输出相应的电压Uout(t)。理想情况下，且仅有一根导体时，Uout(t)与U(t)呈线性关系：
Uout(t)＝lU(t) (1)
此时，仅需要通过对比某一次导体电压幅值和输出电压幅值，即可获得比例系数l值。
然而，对于交流变电站，由于三相导体同时带电，某一相传感器测量得到的电场值既包括本相导体电压产生的电场，还包括边相导体电压产生的电场。若不考虑边相导体的影响，将会严重影响三相暂态电压测量的准确性。
发明内容
本发明的目的旨在，针对现有技术中存在的技术缺陷，提供一种交流变电站暂态电压非接触式测量装置的现场校准方法，在填补暂态电压测量装置现场校准技术空白的同时，进一步确保交流变电站暂态电压测量准确性。
本发明提供的交流变电站暂态电压非接触式测量装置的现场校准方法，所针对的测量装置为用于测量交流变电站三相导线暂态电压的三个电场传感器。前面已经指出对于交流变电站，由于三相导线同时带电，某一相电场传感器测量得到的电场值既包括本相导线电压产生的电场，还包括边相导线电压产生的电场。例如，A相电场传感器测量的电场包括A相导线电压UA(t)产生的电场EA-a(t)，还包括B相导线电压UB(t)和C相导线电压UC(t)在A相电场传感器位置产生的电场EB-a(t)和EC-a(t)。仅考虑沿电场传感器垂直方向的电场，则A相电场传感器所在位置的垂直电场可以表示为：
Figure BDA0001733072710000021
同理，可以获得B相和C相电场传感器所在位置的电场表达式：
EB(t)＝kA-bUA(t)+kB-bUB(t)+kC-bUC(t) (3)
EC(t)＝kA-cUA(t)+kB-cUB(t)+kC-cUC(t) (4)
综合(2)、(3)、(4)式，则有，
Figure BDA0001733072710000022
其中，k为电压电场系数。
由于电场传感器自身的输入输出比可以表示为：
Figure BDA0001733072710000031
结合式(5)和式(6)即可获得电场传感器输出电压与导线电压的关系：
Figure BDA0001733072710000032
其中，系数n为测量装置综合变换系数。根据式(7)可知，在已知系数n矩阵值和电场传感器输出波形，即可获得三相导线上的暂态电压波形，因此获得系数n的过程即为校准过程。
本发明用于交流变电站暂态电压非接触式测量装置现场校准方法系统主要包括用于向三相导线施加高压暂态电压的冲击电压发生装置、布置于电场传感器位置附近、用于测量电场传感器上方相应相导线暂态电压波形的分压器以及用于对分压器和电场传感器采集数据进行处理，并根据(7)式计算得到测量综合变换系数n的的数据处理系统。
本发明提供的交流变电站暂态电压非接触式测量装置的现场校准方法，包括以下步骤：
(1)将待校准测量装置所在供电间隔的三相导线均与电网断开；
(2)将第i相导线一端与冲击电压发生装置连接；i＝1，2，3分别对应A相、B相和C相三相导线；
(3)将测量暂态电压的分压器与第i相导线连接；
(4)将三个电场传感器的信号输出端及分压器的信号输出端与数据处理系统连接；
(5)利用冲击电压发生装置对与之连接的第i相导线输出高压暂态电压波形，数据处理系统接收来自三个电场传感器和分压器的输出信号；
(6)依据
Figure BDA0001733072710000041
得到与第i相对应列的测量装置综合变换系数；Uout-A、Uout-B、Uout-C分别为三个电场传感器的输出电压幅值，UA、UB、UC中第i相导线上的电压输出值为分压器输出电压幅值，其余两相电压输出值为0；
(7)重复步骤(2)-(6)，至三相导线均测试完毕，得到测量装置综合变换系数矩阵，完成现场校准。
本发明进一步种交流变电站暂态电压非接触式测量方法，利用上述测量装置现场校准方法得到的综合变换系数矩阵，根据
Figure BDA0001733072710000042
便可得到交流变电站暂态电压UA(t)、UB(t)、UC(t)，Uout-A(t)、Uout-B(t)、Uout-C(t)分别为三个电场传感器的输出电压。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明交流变电站暂态电压非接触式测量装置的现场校准方法，通过依次向三相导线施加高压暂态电压，利用三个电场传感器的输出电压及三相导线上的暂态电压得到测量装置综合变换系数，完成对测量装置的现场校准，填补了用于交流变电站暂态电压非接触测量装置现场校准技术的空白；
2、利用本发明现场校准后的测量装置对交流变电站暂态电压进行测量，将三相导线对电场传感器的影响考虑在内，可以确保输电线路暂态电压测量的准确性，这对于交流变电站监测具有十分重要的意义。
附图说明
图1为本发明非接触式暂态电压测量原理示意图。
图2为本发明交流变电站暂态电压非接触式测量装置的现场校准原理示意图。
附图中，1-A相导线，2-B相导线，3-C相导线，4-A相电场传感器，5-B相电场传感器，6-C相电场传感器，7-冲击电压发生装置，8-分压器，9-数据处理系统。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步描述。
实施例
如图1所示，本实施例针对的交流变电站A相导线1、B相导线2和C相导线3的正下方分别设置A相电场传感器4、B相电场传感器5和C相电场传感器6。A相电场传感器4、B相电场传感器5和C相电场传感器6均为型号为TMZ-002的静态电场仪。
为了实现对由三个电场传感器(4，5，6)组成的测量装置进行现场校准，本实施例提供的现场校准系统包括冲击电压发生装置7、分压器8和数据处理系统9。冲击电压发生装置用于产生施加于三相导线上的标准暂态电压波形，采用的是型号为L-200k的冲击电压发生装置。分压器用于测量电场传感器附近位置上方导线上的暂态电压波形，采用的是型号为DRC-300的分压器。数据处理系统用于采集三个电场传感器以及分压器的测量输出结构，并根据(7)式计算得到测量综合变换系数n，采用的是具有数据处理功能的计算机。
以B相导线为例，对本实施例供的交流变电站暂态电压非接触式测量装置的现场校准方法进行详细说明，其现场校准布置如图2所示，该现场校准方法按照以下步骤进行：
(1)将待校准测量装置所在供电间隔的三相导线(A相导线1、B相导线2和C相导线3)均与电网断开；
(2)将B相导线2一端通过高压导线与冲击电压发生装置7高压输出端连接；
(3)在B相导线下方、距离B相电场传感器3m位置布置分压器，并将分压器8信号输入端通过高压导线与B相导线2连接；
(4)将三个电场传感器(A相电场传感器4、B相电场传感器5和C相电场传感器6)的信号输出端及分压器8的信号输出端与数据处理系统9连接；
(5)利用冲击电压发生装置对与之连接的B相导线输出高压暂态电压波形，数据处理系统接收来自三个电场传感器和分压器的输出信号；
(6)依据
Figure BDA0001733072710000061
得到与B相导线对应列的测量装置综合变换系数；本实施例中三个电场传感器的输出电压幅值分别为Uout-A、Uout-B、Uout-C，B相导线上的电压输出值UB为分压器输出电压幅值，UA＝0，UC＝0；将上述Uout-A、Uout-B、Uout-C、UB、UA＝0、UC＝0代入上述，便可得到nB-a，nB-b，nB-c；
(7)将冲击电压发生装置和分压器依次布置于其它相导线(A相导线和C相导线)，重复步骤(2)-(6)，至三相导线均测试完毕，得到测量装置综合变换系数矩阵
Figure BDA0001733072710000071
完成现场校准。
完成对电场仪的校准后，利用上述测量装置的现场校准方法得到的综合变换系数矩阵，根据
Figure BDA0001733072710000072
便可得到交流变电站暂态电压UA(t)、UB(t)、UC(t)，Uout-A(t)、Uout-B(t)、Uout-C(t)分别为三个电场传感器的输出电压。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种交流变电站暂态电压非接触式测量装置的现场校准方法，其特征在于待校准的测量装置包括用于测量交流变电站三相导线暂态电压的三个电场传感器，其现场校准方法包括以下步骤：
(1)将待校准测量装置所在供电间隔的三相导线均与电网断开；
(2)将第i相导线一端与冲击电压发生装置连接；i＝1，2，3分别对应A相、B相和C相三相导线；
(3)将测量暂态电压的分压器与第i相导线连接；
(4)将三个电场传感器的信号输出端及分压器的信号输出端与数据处理系统连接；
(5)利用冲击电压发生装置对与之连接的第i相导线输出高压暂态电压波形，数据处理系统接收来自三个电场传感器和分压器的输出信号；
(6)依据
Figure FDA0001733072700000011
得到与第i相对应列的测量装置综合变换系数；Uout-A、Uout-B、Uout-C分别为三个电场传感器的输出电压幅值，UA、UB、UC中第i相导线上的电压输出值为分压器输出电压幅值，其余两相电压输出值为0；
(7)重复步骤(2)-(6)，至三相导线均测试完毕，得到测量装置综合变换系数矩阵，完成现场校准。
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