CN110376541A - 一种测试电子式互感器宽频传输特性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种测试电子式互感器宽频传输特性的方法，开关柜内有三相线路，每一相均包括有真空断路器、绝缘子和电子式互感器，工频交流电压源依次经绝缘子、断路器与所述电子式互感器连接，所述电子式互感器与容性负载连接，所述工频交流电压源和所述容性负载均接地，测试时，将工频交流电压连接在三相线路的任一相位上，其余两相短路并接地，连接用于采集信号的示波器的测试探头测试断路器在合闸瞬间电子式互感器在电流流入侧和流出侧的瞬态电压或电流波形信号，将信号从时域变换至频率域，利用电压或电流的频域幅值计算得出电子式互感器的传输函数，通过传输函数所绘制的曲线分析得出电子式互感器的宽频传输特性。

Description

一种测试电子式互感器宽频传输特性的方法

技术领域

本发明属于电磁兼容领域，尤其涉及一种测试电子式互感器宽频传输特性的方法。

背景技术

电子式互感器是智能电网的基础测试装备，具有绝缘结构简单，设备轻巧，输出信号可以直接输入保护设备接口等优点，因而在智能变电站和开关柜中受到了广泛的应用。电子式互感器是高压一次系统与低压二次系统之间的桥梁，来源于一次系统的电磁骚扰能够沿着互感器传播至二次系统，因此，电子式互感器二次侧感应出的电磁骚扰特性引起了人门广泛关注。

变电站一次高压侧对二次设备的干扰是电磁兼容领域的重要研究对象之一。开关触头在闭合和开断的过程中，产生的高幅值高频率暂态过电压或过电流会通过复杂的耦合途径来干扰二次设备。一方面，这种瞬态骚扰会通过空间电磁场以及接地网耦合至二次设备，另一方面则是通过电子式互感器沿二次电缆传导至二次侧，从而干扰二次设备的正常工作。二次设备通过屏蔽等措施可以将空间场耦合以及接地网耦合骚扰控制得很小，因此传导耦合成为了主要耦合方式，尤其对一二次融合配电开关而言，其体积小，二次设备距离一次设备较近，开关操作时产生的干扰可能还未来得及经过衰减和屏蔽就直接进入到二次设备中去，造成终端传输数据丢失、波形失真等故障，故而电子式互感器的传输特性便引起了广泛的关注。

变电站普遍使用的电子式电压互感器的原理类似于变压器，采用电阻分压，能够将一次侧高压转换成二次侧低压，其在低频情况下相当于变压器，而电子式电流互感器区别于传统电流互感器，是将一次侧的大电流转换成二次侧的小电压。变电站开关操作产生的骚扰主要是高频骚扰，频率大概在0.1M～30MHz之间，而电子式互感器二次侧与一次侧的比值只在几十kHz以下不变，对于几十kHz以上的情形，其变比是未知的，因此研究互感器的宽频传输特性对于分析信号在一二次侧之间的传输规律具有重要意义。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种测试电子式互感器宽频传输特性的方法包括：开关柜内有三相线路，每一相均包括有真空断路器、绝缘子和电子式互感器，工频交流电压源依次经所述绝缘子、所述真空断路器与所述电子式互感器连接，所述电子式互感器与容性负载连接，所述工频交流电压源和所述容性负载均接地，其特征在于：测试时，所述将工频交流电压连接在所述三相线路的任一相位上其余两相短路并接地，连接用于采集信号的示波器的测试探头测试所述真空断路器在合闸瞬间所述电子式互感器在电流流入侧和流出侧的瞬态电压或电流波形信息，将信息从时域变换至频率域，利用电压或电流的频域幅值计算得出所述电子式互感器的传输函数，通过所述传输函数所绘制的曲线分析得出所述电子式互感器的宽频传输特性。

进一步，所述电子式互感器为电子式电压互感器或电子式电流互感器。

进一步，测试电子式电压互感器时，在所述真空断路器合闸瞬间所述示波器采集的为所述电子式电压互感器电流流入侧和电流流出侧的瞬态电压。

更进一步，用所述断路器合闸瞬间所述电子式电压互感器电流流出侧的电压频域幅值除以所述真空断路器合闸瞬间所述电子式电压互感器电流流入侧的电压频域幅值，即得所述电子式电压互感器的传输函数。

更进一步，以频率为横坐标，以所述真空断路器合闸瞬间所述电子式电压互感器电流流出侧的电压频域幅值与所述电子式电压互感器电流流入侧的电压频域幅比值为纵坐标，绘制所述电子式电压互感器的传输函数曲线，从而分析所述电子式电压互感器的宽频传输特性。

进一步，测试电子式电流互感器时，在所述真空断路器合闸瞬间所述示波器采集的为所述电子式电流互感器电流流入侧的瞬态电流和所述电子式电流互感器电流流出侧的瞬态电压。

更进一步，用所述真空断路器合闸瞬间所述电子式电流互感器电流流出侧的电压频域幅值除以所述真空断路器合闸瞬间所述电子式电流互感器电流流入侧的电流频域幅值，即得电流互感器的传输函数。

更进一步，以频率为横坐标，以所述真空断路器合闸瞬间所述电子式电流互感器电流流出侧的电压频域幅值与所述电子式电流互感器电流流入侧的电流频域幅比值为纵坐标，绘制所述电子式电流互感器的传输函数曲线，从而分析所述电子式电流互感器的宽频传输特性。

附图说明

图1是本发明的一种测试电子式互感器宽频传输特性的测试电路图；

图2是本发明的方法的实施例中合闸前后电压互感器一次侧电压波形；

图3是本发明的方法的实施例中合闸前后电压互感器二次侧电压波形；

图4是本发明的方法的实施例中合闸瞬间电压互感器一次侧电压时域波形；

图5是本发明的方法的实施例中合闸瞬间电压互感器二次侧电压时域波形；

图6是本发明的方法的实施例中合闸瞬间电压互感器一次侧电压幅频特性；

图7是本发明的方法的实施例中合闸瞬间电压互感器二次侧电压幅频特性；

图8是本发明的方法的实施例中电压互感器宽频电压传输特性之幅频特性；

图9是本发明的方法的实施例中电压互感器宽频电压传输特性之相频特性。

具体实施方式

下面结合附图，对实施例作详细说明。

本发明的目的在于通过试验模拟测出电子式互感器的宽频传输特性，通过分析其特性，可以得出一次侧电磁骚扰对二次设备的影响机理，也可用于二次侧骚扰电压或电流的估计。

如图1所示，为模拟测试的电路图，包括有工频交流电压源，开关柜和容性负载。其中开关柜内有a，b，c三相线路，每一相均包括真空断路器，电子式电压/电流互感器，绝缘子(未示出)等设备。绝缘子位于开关柜内真空断路器左侧，起支撑固定和绝缘的作用，将载流导体与地绝缘或使不同位置的载流导体之间形成良好绝缘。

开关柜进线侧连接工频交流电压源，出线侧连接容性负载，电源和容性负载均与地面下方接地网连接。由于开关柜内有三相线路，实验中只需测试其中的任一相即可，故而将电源连接在任一相位上(如图1的a相)，其余两相(如图1的b相和c相)短路并接地。

测量探头分别接在图1中的一次侧测点和二次侧测点处，探头末端连接示波器来采集信号。一次侧测点是电子式互感器靠近真空断路器侧的测点，即电流流入侧。二次侧测点是电子式互感器远真空离断路器侧的测点，即电流流出侧。实验中，可以很方便地重复多次试验，且能够真实地模拟变电站现场的情况，测量结果更贴近实际。

如图1所示，具体实验中使用能产生10kV电压的工频交流电压源连接在10kV开关柜进线侧的某一相上，其余两相用导线连接起来，使其短路，并与地面下方接地网连接，开关柜出线侧连接阻值大小为1800pF的容性负载，电源与容性负载也需与地网连接。

在电子式互感器的一、二次侧分别连接探头测试。若测试对象为电压互感器，采用pintech6039A高压探头测量其一、二次侧瞬态电压，此探头可以测量电压不高于40kV、最高频率低于220MHz的瞬态电压信号，分压比为1000:1。若测试对象为电流互感器，其一次侧电流可采用电流探头RP1004C，最高频率可达100MHz，量程不高于50A，二次侧电压依旧采用pintech6039A探头。探头尾端连接横河DLM2000示波器来采集探头接收到的数据，该示波器最高频率达500MHz，采样率2.5GS/s，板载容量为256MB，存储能力为125MS/通道，可同时测量4通道的波形数据。

进行测试前，将电源电压升至10kV，开关柜内真空断路器保持分闸状态，设置好示波器的相关参数，然后对真空断路器进行合闸操作，在合闸瞬间示波器将采集到电子式电压互感器两侧产生的瞬态电压或电子式电流互感器一次侧瞬态电流和二次侧瞬态电压，将采集到的波形保存下来。

保存的数据为合闸前后一段时间内的时间域电压/电流数据，需要截取出合闸瞬间的波形参数，即信号发生初始突变的那段时间，将其变换至频率域，动态信号从时间域变换到频率域主要通过傅里叶变换实现，若用f(t)表示时域信号，那么信号变换到频域的公式如公式(1)所示，基于此公式在MATLAB中编程，即可将所测得的时域数据变换至频域中去。

用电压互感器二次侧的电压频域幅值除以一次侧的电压频域幅值，即得电压互感器的传输函数，或用电流互感器二次侧的电压频域幅值除以一次侧的电流频域幅值，即得电流互感器的传输函数。

画出互感器的传输函数曲线，其横坐标为频率，纵坐标为二次侧信号与一次侧信号的比值，并分析互感器的传输特性。

下面以对某一电压互感器的特性测试为例进行说明。将高压探头分别接在电压互感器两侧，电源电压升高至10kV，对真空断路器进行合闸操作，真空断路器合闸瞬间电压互感器的一次侧和二次侧的电压由示波器采集，采集到的波形如图2和3所示。

提取出合闸瞬间电压互感器的一、二次侧波形，即波形的第一次突变如图4和5所示。

基于傅里叶变换，利用MATLAB软件编程计算，将测量得到的电压互感器一、二次侧瞬态信号进行变换至频率域中，如图6和7所示，再用二次侧的电压频域幅值比一次侧电压频域幅值。

假设电压互感器一次侧端口的频域电压为U₁(jω)，其二次侧的频域电压为U₂(jω)，其传输函数为H，那么H可由公式(2)获得。

画出此电压互感器的传输函数曲线如图8和9所示。从图中可以分析此传输函数的特征，在骚扰频率低于50kHz时，电压互感器的传输函数H基本保持不变，相当于一个变压器。频率升高后，H增大，出现许多谐振点，这就是高频骚扰通过互感器耦合至二次侧的原因。断路器操作瞬间产生的骚扰波形频率较高，高频分量很容易通过电压互感器传递至二次侧，对二次设备产生传导干扰。

此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种测试电子式互感器宽频传输特性的方法，包括：开关柜内有三相线路，每一相均包括有真空断路器、绝缘子和电子式互感器，工频交流电压源依次经所述绝缘子、所述真空断路器与所述电子式互感器连接，所述电子式互感器与容性负载连接，所述工频交流电压源和所述容性负载均接地，其特征在于：测试时，所述将工频交流电压连接在所述三相线路的任一相位上，其余两相短路并接地，连接用于采集信号的示波器的测试探头测试所述真空断路器在合闸瞬间所述电子式互感器在电流流入侧和流出侧的瞬态电压或电流波形信息，将信号从时域变换至频率域，利用电压或电流的频域幅值计算得出所述电子式互感器的传输函数，通过所述传输函数所绘制的曲线分析得出所述电子式互感器的宽频传输特性。

2.根据权利要求1所述的一种测试电子式互感器宽频传输特性的方法，其特征在于，所述电子式互感器为电子式电压互感器或电子式电流互感器。

3.根据权利要求2所述的一种测试电子式互感器宽频传输特性的方法，其特征在于，测试电子式电压互感器时，在所述真空断路器合闸瞬间所述示波器采集的信号为所述电子式电压互感器电流流入侧和电流流出侧的瞬态电压。

4.根据权利要求3所述的一种测试电子式互感器宽频传输特性的方法，其特征在于，用所述真空断路器合闸瞬间所述电子式电压互感器电流流出侧的电压频域幅值除以所述真空断路器合闸瞬间所述电子式电压互感器电流流入侧的电压频域幅值，即得所述电子式电压互感器的传输函数。

5.根据权利要求4所述的一种测试电子式互感器宽频传输特性的方法，其特征在于，以频率为横坐标，以所述真空断路器合闸瞬间所述电子式电压互感器电流流出侧的电压频域幅值与所述电子式电压互感器电流流入侧的电压频域幅比值为纵坐标，绘制所述电子式电压互感器的传输函数曲线，从而分析所述电子式电压互感器的宽频传输特性。

6.根据权利要求2所述的一种测试电子式互感器宽频传输特性的方法，其特征在于，测试电子式电流互感器时，在所述真空断路器合闸瞬间所述示波器采集的信号为所述电子式电流互感器电流流入侧的瞬态电流和所述电子式电流互感器电流流出侧的瞬态电压。

7.根据权利要求6所述的一种测试电子式互感器宽频传输特性的方法，其特征在于，用所述真空断路器合闸瞬间所述电子式电流互感器电流流出侧的电压频域幅值除以所述断路器合闸瞬间所述电子式电流互感器电流流入侧的电流频域幅值，即得电流互感器的传输函数。

8.根据权利要求7所述的一种测试电子式互感器宽频传输特性的方法，其特征在于，以频率为横坐标，以所述真空断路器合闸瞬间所述电子式电流互感器电流流出侧的电压频域幅值与所述电子式电流互感器电流流入侧的电流频域幅比值为纵坐标，绘制所述电子式电流互感器的传输函数曲线，从而分析所述电子式电流互感器的宽频传输特性。