CN109839531A - 一种电容式电压互感器及其传递特性分析系统和操作方法 - Google Patents

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张小庆
刘军成
陈一悰
刘坤雄
李云阁
孙立文
刘伟
王冲
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Xi'an Boyu Electrical Co Ltd
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Xi'an Boyu Electrical Co Ltd
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Shaanxi Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种电容式电压互感器及其传递特性分析系统和操作方法，就地信号采样装置、数据分析与记录装置以及电容式电压互感器；电容式电压互感器的电磁单元低压端子与电容分压器低压端子之间以及电磁单元低压端子与接地端子之间的连接片上分别串接有电流采集装置；电流采集装置的输出端分别与就地信号采样装置的输入端相连接，就地信号采样装置的输出端与数据分析与记录装置的输入端相连接；数据分析与记录装置，用于根据接收到的电容电流结合CVT电容的容抗计算CVT一次侧的实际谐波电压。本发明的分析系统能够通过CVT实现一次侧电网真实谐波电压含量的连续监测与分析，具有较高的精确性。

Description

一种电容式电压互感器及其传递特性分析系统和操作方法
技术领域
本发明属于谐波电压传递特性分析技术领域，特别涉及一种电容式电压互感器(Capacitor Voltage Transformer，CVT)及其传递特性分析系统和操作方法。
背景技术
近年来，以特高压及超高压直流和柔性输电为代表的输电网电力电子技术得以广泛应用，同时以风电、光伏为代表的大规模间歇性新能源大量并网，以电力电子控制技术为特征的高铁、轨道交通、电动汽车等负荷也不断增长，使得电能质量问题特别是谐波问题日益严重。在各种电能质量问题中，谐波影响范围广且程度大，是电能质量诸指标中需重点监测的指标。在进行谐波问题研究时，必然要对谐波电压进行测量和分析。
谐波电压的测量主要通过电压互感器测量得到。然而在35kV及更高电压等级的电网中，电压互感器主要为电容式电压互感器(Capacitor Voltage Transformer，CVT)，但CVT的基本特性在于只能正确传递基波电压，无法正确传递谐波电压。其原因在于CVT内部含有的电容单元及电磁单元构成工频下的谐振回路，只适合额定工频电压的测量；但在各次谐波频率下，受CVT内部杂散电容等因素的影响，CVT的传递特性已经发生了非线性的变化，其二次侧谐波电压已经不能按额定变比反应高压侧的谐波实际情况，且各谐波频率下的变比各不相同。因此国标GB/T 14549-1993《电能质量公用电网谐波》明确指出CVT不能用于谐波测量。
综上，CVT谐波测量结果失真严重影响谐波的分析和治理，实践中尚缺乏通过CVT实现一次侧电网真实谐波电压含量进行连续监测与分析的有效手段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电容式电压互感器及其传递特性分析系统和操作方法，以解决上述存在的技术问题。本发明的分析系统能够通过CVT实现一次侧电网真实谐波电压含量的连续监测与分析，具有较高的精确性。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电容式电压互感器，所述电容式电压互感器的电磁单元低压端子与电容分压器低压端子之间以及电磁单元低压端子与接地端子之间的连接片上分别串接有电流采集装置。
进一步的，电流采集装置为微电流传感器。
一种CVT谐波电压传递特性的在线分析系统，包括：就地信号采样装置、数据分析与记录装置以及本发明的电容式电压互感器；
电容式电压互感器的电流采集装置的输出端分别与就地信号采样装置的输入端相连接，就地信号采样装置的输出端与数据分析与记录装置的输入端相连接；
数据分析与记录装置，用于根据接收到的电容电流结合CVT电容的容抗计算CVT一次侧的实际谐波电压。
进一步的，就地信号采样装置为就地信号采样装置。
进一步的，就地信号采样装置固定安装在电容式电压互感器的立柱上；就地信号采样装置由内置蓄电池或光伏板供电。
进一步的，数据分析与记录装置包括：CVT谐波电压传递特性分析主机；计算电容式电压互感器一次侧的实际谐波电压的表达式为：
式中，C1为电容式电压互感器的高压电容，C2为电容式电压互感器的中压电容，为流过高压电容C1的电流，为流过中压电容C2的电流，j为虚数单位，ω为对应谐波次数的角频率。
进一步的，数据分析与记录装置设置有输出端，其输出端用于与电能质量数据中心相连接。
进一步的，数据分析与记录装置的输出端采用IEC61850通信规约与电能质量数据中心通信。
进一步的，数据分析与记录装置按照GB/T 17626.30-2012《电磁兼容试验和测量技术电能质量测量方法》中规定的测量间隔与累积方法，分析计算50次以内的谐波电压。
一种CVT谐波电压传递特性的在线分析系统的操作方法，包括以下步骤：
步骤1，将电容式电压互感器的高压侧接入待分析电网；
步骤2，通过电流采集装置分别采集流过高压电容的电流和流过中压电容的电流；
步骤3，数据分析与记录装置接收步骤2采集的电流，并结合电容的容抗计算获得电容式电压互感器一次侧的实际谐波电压；计算电容式电压互感器一次侧的实际谐波电压的表达式为：
式中，C1为电容式电压互感器的高压电容，C2为电容式电压互感器的中压电容，为流过高压电容C1的电流，为流过中压电容C2的电流，j为虚数单位，ω为对应谐波次数的角频率；步骤4，数据分析与记录装置按照GB/T 17626.30-2012《电磁兼容试验和测量技术电能质量测量方法》中规定的测量间隔与累积方法，分析计算50次以内的谐波电压。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的系统可对CVT一次侧电网谐波电压进行长期连续在线监测；本发明的测量原理利用了输入电压及其生成的对地容性电流的跨导率，从工频到2.5kHz，跨导率的频率响应几乎是线性的；基于部分现有的装置，现场施工简单，工程量小，可节约成本。
进一步的，本发明对50次以内的谐波电压测量均有较高的准确度。
附图说明
图1是本发明的一种CVT谐波电压传递特性分析系统的示意框图；
图2是本发明的一种CVT谐波电压传递特性分析系统的连接结构示意图；
图3是本发明的CVT出线盒内端子结构示意图；
图4是图3对应的电路原理示意图；
图2中，1、出线盒；2、就地信号采样装置；3、谐波电压传递特性分析主机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，所述说明仅作示例用途，本发明的保护范围仍以权利要求书的保护范围为准。
请参阅图1，本发明的一种CVT谐波电压传递特性的分析系统，具体为一种基于CVT电容电流连续测量的CVT谐波电压传递特性在线分析系统，由跨接于CVT电容分压器各端子间的微电流传感器、就地信号采样装置2以及CVT谐波电压传递特性在线分析主机构成，实现对CVT一次侧的谐波电压实时、连续的监测与分析。其中，微电流传感器完成CVT电流测量，就地信号采样装置2完成电流模拟信号到数字信号的转换，CVT谐波电压传递特性在线分析主机实时接收信号采样装置的数字信号并实现CVT一次侧谐波电压的计算分析，并将分析结果远程传递到电能质量数据中心。
工作过程具体如下：
(1)请参阅图2和图3，按照图2所示正确安装及接线。首先将CVT出线盒1内端子间的N-X与X-E连接片均替换为含有微电流传感器的一体化连接片，该微电流传感器同时具有原连接片的功能，且确保监测过程中电流传感器连接牢固，不松动脱落，计算实时谐波电压并进行不间断的记录与分析，检查谐波电压含量是否存在异常；其中N是CVT的电容分压器低压端子，X是CVT的电磁单元低压端子，E是接地端子，连接关系如图3所示。一种实施例的电路原理如图4所示，图4中，C1为CVT高压电容，C2为CVT中压电容，L为补偿电抗器，Ld为阻尼电抗器，Rd为阻尼电阻，N为电容分压器低压端子，X为电磁单元低压端子，E为接地端子，1a、1n为主二次1号绕组，da、dn为剩余电压绕组。其次，将微电流传感器的出线经出线盒1引出，接至就地信号采样装置2的输入端，就地信号采样装置2固定在CVT立柱上，由内置蓄电池或光伏板供电。最后，将就地信号采样装置2的输出通过光纤与主控室或保护小室内的CVT谐波电压传递特性分析主机3连接。谐波电压传递特性分析主机3为服务器或便携式计算机。
(2)微电流传感器测量流过CVT高压电容C1的电流与流过中压电容C2的电流
(3)CVT谐波电压传递特性分析主机3根据接收到的电容电流，结合CVT电容的容抗，按照下式计算CVT一次侧的实际谐波电压
式中，j为虚数单位，ω为对应谐波次数的角频率。
(4)CVT谐波电压传递特性分析主机3按照GB/T 17626.30-2012《电磁兼容试验和测量技术电能质量测量方法》中规定的测量间隔与累积方法，分析计算50次以内的谐波电压并采用IEC61850通信规约将分析结果远程传递到电能质量数据中心。
工作原理分析
本发明利用跨接于CVT电容分压器各端子间的微电流传感器测量流过CVT高压电容C1的电流与流过中压电容C2的电流再通过就地信号采样装置接将微电流传感器得到的电流模拟量信号转化为数字量信号，并输出到CVT谐波电压传递特性在线分析主机，最后由CVT谐波电压传递特性在线分析主机根据测量的电容电流计算实时CVT一次侧谐波电压，并进行连续的监测与分析，检查谐波电压含量是否存在异常。本发明可对CVT一次侧电网谐波电压进行长期连续在线监测；测量原理利用了输入电压及其生成的对地容性电流的跨导率，从工频到2.5kHz，跨导率的频率响应几乎是线性的，因此对50次以内的谐波电压测量均有较高的准确度；现场施工简单，工程量小，节约人力物力。

Claims (10)

1.一种电容式电压互感器，其特征在于，所述电容式电压互感器的电磁单元低压端子与电容分压器低压端子之间以及电磁单元低压端子与接地端子之间的连接片上分别串接有电流采集装置。
2.根据权利要求1所述的一种电容式电压互感器，其特征在于，电流采集装置为微电流传感器。
3.一种CVT谐波电压传递特性的在线分析系统，其特征在于，包括：就地信号采样装置、数据分析与记录装置以及权利要求1或2所述的电容式电压互感器；
电容式电压互感器的电流采集装置的输出端与就地信号采样装置的输入端相连接，就地信号采样装置的输出端与数据分析与记录装置的输入端相连接；
数据分析与记录装置，用于根据接收到的电容电流结合CVT电容的容抗计算CVT一次侧的实际谐波电压。
4.根据权利要求3所述的一种CVT谐波电压传递特性的在线分析系统，其特征在于，就地信号采样装置为就地信号采样装置(2)。
5.根据权利要求4所述的一种CVT谐波电压传递特性的在线分析系统，其特征在于，就地信号采样装置(2)固定安装在电容式电压互感器的立柱上；就地信号采样装置(2)由内置蓄电池或光伏板供电。
6.根据权利要求3所述的一种CVT谐波电压传递特性的在线分析系统，其特征在于，数据分析与记录装置包括：CVT谐波电压传递特性分析主机(3)；计算电容式电压互感器一次侧的实际谐波电压的表达式为：
式中，C1为电容式电压互感器的高压电容，C2为电容式电压互感器的中压电容，为流过高压电容C1的电流，为流过中压电容C2的电流，j为虚数单位，ω为对应谐波次数的角频率。
7.根据权利要求3所述的一种CVT谐波电压传递特性的在线分析系统，其特征在于，数据分析与记录装置设置有输出端，其输出端用于与电能质量数据中心相连接。
8.根据权利要求7所述的一种CVT谐波电压传递特性的在线分析系统，其特征在于，数据分析与记录装置的输出端采用IEC61850通信规约与电能质量数据中心通信。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的一种CVT谐波电压传递特性的在线分析系统，其特征在于，数据分析与记录装置按照GB/T 17626.30-2012《电磁兼容试验和测量技术电能质量测量方法》中规定的测量间隔与累积方法，分析计算50次以内的谐波电压。
10.一种CVT谐波电压传递特性的在线分析系统的操作方法，其特征在于，基于权利要求3至8中任一项所述的分析系统，包括以下步骤：
步骤1，将电容式电压互感器的高压侧接入待分析电网；
步骤2，通过电流采集装置分别采集流过高压电容的电流和流过中压电容的电流；
步骤3，数据分析与记录装置接收步骤2采集的电流，并结合电容的容抗计算获得电容式电压互感器一次侧的实际谐波电压；计算电容式电压互感器一次侧的实际谐波电压的表达式为：
式中，C1为电容式电压互感器的高压电容，C2为电容式电压互感器的中压电容，为流过高压电容C1的电流，为流过中压电容C2的电流，j为虚数单位，ω为对应谐波次数的角频率；
步骤4，数据分析与记录装置按照GB/T 17626.30-2012《电磁兼容试验和测量技术电能质量测量方法》中规定的测量间隔与累积方法，分析计算50次以内的谐波电压。
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