CN110320402B - 测量电容式电压互感器一次侧的暂态过电压的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量电容式电压互感器一次侧的暂态过电压的装置及方法，所述装置包括：电容式电压互感器、分流器和无源积分器，电容式电压互感器包括：电容分压器和电磁单元；所述电容分压器的高压电容和中压电容间的中压输出引线与所述电磁单元相连接；所述中压电容输出侧的接地引线经由接地端子引出，并串联所述分流器后连接至接地点；所述无源积分器与所述分流器并联，所述无源积分器包括：串联连接的第一电阻和第一电容。本发明通过在电容式电压互感器的中压电容与地之间串联分流器，并将无源积分器与所述分流器并联，以进行系统暂态过电压的监测，监测方法不受电容式电压互感器的电磁单元分布参数的影响，能够准确地测量暂态过电压。

Description

测量电容式电压互感器一次侧的暂态过电压的装置及方法
技术领域
本发明涉及高压电气设备领域，并且更具体地，涉及一种相测量电容式电压互感器一次侧的暂态过电压的装置及方法。
背景技术
电力系统暂态过电压不仅关系到发电机、变压器、输电线路等电力设备绝缘强度的合理设计，而且直接影响到电力系统的安全运行。在对国内外的停电事故分析中发现，电力系统过电压引起的电网事故故障率较高，电气设备绝缘破坏时有发生，严重影响着电网的安全运行。统计资料表明，在1995～1999年全国110kV及以上电压等级变压器由于雷电等过电压引起的事故占10.6％左右，110kV及以上电压等级互感器由于谐振、雷电冲击等引起的事故占32.3％左右。
电力系统中的过电压类型多种多样，其产生的原因也各不相同，当出现过电压事故时，虽然电力系统中安装了大量的故障录波装置，但由于过电压信号幅值高、陡度大、持续时间短，而故障滤波器的电压信号通常取自电压互感器，由于铁磁饱和，频率特性比较差，无法获取电网过电压的真实信息，无法满足暂态过电压的测量要求。由于没有有效的过电压监测手段，难以快速准确记录电网暂态过电压发生、发展过程，无法获取事故发生时的过电压特征，严重制约了对事故原因的准确分析，比如在过电压的事故分析中很难确定事故的原因是由于过电压陡度或幅值超过设备的承受能力，或是设备的绝缘水平降低所造成，还是保护装置本身问题。
目前对于电网过电压的机理研究以及系统绝缘配合的确定绝大部分都是采用电磁暂态数值仿真的方法，仿真中的系统设备的数学模型是在一定的简化基础上建立起来的，其真实性无从考量，若能与实测结果相结合进行事故原因分析，将可以很大程度提高电网过电压事故分析的准确性。
电容式电压互感器(简称CVT)具有绝缘强度高、能够降低雷电冲击波的陡度、造价低且能兼作耦合电容器用于电力线载波通信等优点，是电力系统中广泛用于电压测量的电压互感器。但是，目前现场的实际录波数据表明：当一次侧存在过电压时，受到设备带宽及电磁单元分布参数的影响，CVT二次侧录波不能完整记录一次暂态过电压的波形。
发明内容
本发明提出一种测量电容式电压互感器一次侧的暂态过电压的装置及方法，以解决无法确定电容式电压互感器一次侧的暂态过电压的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种测量电容式电压互感器一次侧的暂态过电压的装置，其特征在于，所述装置包括：电容式电压互感器、分流器和无源积分器，电容式电压互感器包括：电容分压器和电磁单元；
所述电容分压器的高压电容和中压电容间的中压输出引线与所述电磁单元相连接；
所述中压电容输出侧的接地引线经由接地端子引出，并串联所述分流器后连接至接地点；
所述无源积分器与所述分流器并联，所述无源积分器包括：串联连接的第一电阻和第一电容。
优选地，其中从接地端子引出的接地引线通过屏蔽电缆经由所述分流器后，经由屏蔽电缆引出至接地点。
优选地，其中所述分流器和所述无源积分器安装于屏蔽盒内。
优选地，其中所述无源积分器的第一电阻和第一电容安装于PCB板上。
优选地，其中所述装置还包括：
示波器，与所述第一电容并联，用于测量所述第一电容两端的电压。
根据本发明的另一个方面，提供了一种使用如上所述的装置测量电容式电压互感器一次侧的暂态过电压的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取所述无源积分器的第一电容两端的电压；
利用所述第一电容两端的电压确定所述电容式电压互感器一次侧的暂态过电压。
优选地，其中所述利用所述第一电容两端的电压确定所述电容式电压互感器一次侧的暂态过电压，包括：
其中，u(t)为电容式电压互感器一次侧的暂态过电压；r为第一电阻的阻值；R为分流器的阻值；C0为高压电容和中压电容的串联电容值；C1为高压电容的电容值；uC(t)为第一电容两端的电压。
优选地，其中利用示波器获取所述无源积分器的第一电容两端的电压。
本发提供了一种测量电容式电压互感器一次侧的暂态过电压的装置及方法，所述装置包括：电容式电压互感器、分流器和无源积分器，电容式电压互感器包括：电容分压器和电磁单元；所述电容分压器的高压电容和中压电容间的中压输出引线与所述电磁单元相连接；所述中压电容输出侧的接地引线经由接地端子引出，并串联所述分流器后连接至接地点；所述无源积分器与所述分流器并联，所述无源积分器包括：串联连接的第一电阻和第一电容。本发明通过在电容式电压互感器的中压电容与地之间串联分流器，并将无源积分器与所述分流器并联，以进行系统暂态过电压的监测，监测方法不受电容式电压互感器的电磁单元分布参数的影响，能够准确地测量暂态过电压。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的测量电容式电压互感器一次侧的暂态过电压的装置100的电路图；
图2为根据本发明实施方式的电容式电压互感器的原理图；
图3为根据本发明实施方式的耦合电容分压器的原理图；
图4为根据本发明实施方式的内置分流器的暂态过电压测量装置的安装图；以及
图5为根据本发明实施方式的测量电容式电压互感器一次侧的暂态过电压的方法500的流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的测量电容式电压互感器一次侧的暂态过电压的装置100的电路图。如图1所示，本发明的实施方式提供的测量电容式电压互感器一次侧的暂态过电压的装置，通过在电容式电压互感器的中压电容与地之间串联分流器，并将无源积分器与所述分流器并联，以进行系统暂态过电压的监测，监测方法不受电容式电压互感器的电磁单元分布参数的影响，能够准确地测量暂态过电压。
本发明的实施方式提供的测量电容式电压互感器一次侧的暂态过电压的装置100，包括：电容式电压互感器、分流器(R)和无源积分器；所示电容式电压互感器，包括：电容分压器和电磁单元；所述电容分压器的高压电容(C1)和中压电容(C2)间的中压输出引线与所述电磁单元相连接；所述中压电容(C2)输出侧的接地引线经由接地端子引出，并串联所述分流器(R)后连接至接地点；所述无源积分器与所述分流器(R)并联，所述无源积分器包括：串联连接的第一电阻(r)和第一电容(C)。
图2为根据本发明实施方式的电容式电压互感器的原理图。如图2所示，在本发明的实施方式中，电容式电压互感器(Continuously Variable Transmission,CVT)总体分为电容分压器和电磁单元两大部分；其中，电容分压器由单节或多节耦合电容器构成，承担系统的一次电压。每节耦合电容器由多个电容单元串联而成，如图2所示。其中，U1为一次电压；U'为中间电压；C1和C2分别为高压电容和中压电容；Lk为补偿电抗器；T为中间变压器；a、n、da和dn分别二次绕组端子和剩余绕组端子；ZL为二次负荷；ZX为阻尼器。
由于受到电磁单元高频分布参数的影响，在暂态过电压下，电磁单元二次绕组输出电压不能完全反映一次暂态过电压波形。因此，才有本发明的实施方式提供的测量电容式电压互感器一次侧的暂态过电压的装置。
优选地，其中从接地端子引出的接地引线通过屏蔽电缆经由所述分流器后，经由屏蔽电缆引出至接地点。
优选地，其中所述分流器(R)和所述无源积分器安装于屏蔽盒内。
优选地，其中所述无源积分器的第一电阻(r)和第一电容(C)安装于PCB板上。
优选地，其中所述装置还包括：示波器，与所述第一电容(C)并联，用于测量所述第一电容(C)两端的电压。
在本发明的实施方式中，当系统有暂态过电压u(t)时，有脉冲电流i(t)流过电容分压器，此时，脉冲电流与暂态过电压的关系式如式(1)所示。
其中，C0为高压电容(C1)和中压电容(C2)串联后的电容值。
通过串联于电容分压器的分流器(R)采集脉冲电流i(t)，此时分流器(R)的电压为uR(t)，将该电压输入由第一电阻(r)和第一电容(C)组成无源积分电路，对冲击电压下流过电容分压器的脉冲电流进行积分，从而可以得到暂态过电压波形。
对回路列写方程如式(3)所示。
其中，i1(t)为无源积分器电路中流过的电流。
而对于无源积分器中流过的电流i1(t)又有：
其中，uC(t)为无源积分器电路中第一电容(C)的输出电压。
因此，将式(3)和式(5)代入式(4)可得：
将公式(6)两边积分可得：
因此，
由此可见，施加于CVT一次端的冲击电压(即暂态过电压)u(t)与无源积分器所在的电路中第一电容(C)的输出电压存在线性关系。因此，在已知装置中各硬件的参数信息后，只需要获取无源积分器电路中第一电容(C)的输出电压uC(t)，即可以确定暂态过电压。
图4为根据本发明实施方式的内置分流器的暂态过电压测量装置的安装图。如图4所示，电容C2的接地引线通过低压套管经由接地端子N引出，在N下端安装屏蔽盒，将分流器R及无源积分器均安装于屏蔽盒内，该屏蔽盒有利于隔离外界电磁干扰。从N端子引出的接地引线通过屏蔽电缆进入屏蔽盒，流经分流器R后经由屏蔽电缆引出后连接至接地点。分流器R两端输出的电压信号与所述无源积分器积分器连接。所述无源积分器的电阻r与电容C均安装在PCB板上。最终的输出信号从电容C两端引出，并接入示波器CRO。
图5为根据本发明实施方式的测量电容式电压互感器一次侧的暂态过电压的方法500的流程图。如图5所示，本发明的实施方式提供的测量电容式电压互感器一次侧的暂态过电压的方法500从步骤501处开始，在步骤501获取所述无源积分器的第一电容两端的电压。
优选地，其中利用示波器获取所述无源积分器的第一电容两端的电压。
在步骤502，利用所述第一电容两端的电压确定所述电容式电压互感器一次侧的暂态过电压。
优选地，其中所述利用所述第一电容两端的电压确定所述电容式电压互感器一次侧的暂态过电压，包括：
其中，u(t)为电容式电压互感器一次侧的暂态过电压；r为第一电阻的阻值；R为分流器的阻值；C0为高压电容和中压电容的串联电容值；C1为高压电容的电容值；uC(t)为第一电容两端的电压。
本发明的实施例的测量电容式电压互感器一次侧的暂态过电压的方法500与本发明的另一个实施例的测量电容式电压互感器一次侧的暂态过电压的系统100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (4)

1.一种测量电容式电压互感器一次侧的暂态过电压的装置，其特征在于，所述装置包括：电容式电压互感器、分流器和无源积分器，电容式电压互感器包括：电容分压器和电磁单元；
所述电容分压器的高压电容和中压电容间的中压输出引线与所述电磁单元相连接；
所述中压电容输出侧的接地引线经由接地端子引出，并串联所述分流器后连接至接地点；
所述无源积分器与所述分流器并联，所述无源积分器包括：串联连接的第一电阻和第一电容；
其中，所述无源积分器的第一电阻和第一电容安装于PCB板上；
基于无源积分器以及分流器测量电容式电压互感器一次侧的暂态过电压，包括：
获取所述无源积分器的第一电容两端的电压；利用所述第一电容两端的电压确定所述电容式电压互感器一次侧的暂态过电压；
所述利用所述第一电容两端的电压确定所述电容式电压互感器一次侧的暂态过电压，包括：
其中，u(t)为电容式电压互感器一次侧的暂态过电压；r为第一电阻的阻值；R为分流器的阻值；C0为高压电容和中压电容的串联电容值；C1为高压电容的电容值；uC(t)为第一电容两端的电压；
利用示波器获取所述无源积分器的第一电容两端的电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，从接地端子引出的接地引线通过屏蔽电缆经由所述分流器后，经由屏蔽电缆引出至接地点。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分流器和所述无源积分器安装于屏蔽盒内。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：示波器，与所述第一电容并联，用于测量所述第一电容两端的电压。
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