第29卷第12期 电力自动化设备 V01.29No.12
2009年12月 ElectricPower、LJloIllati。nEquipment Dec.2009@
新型中高压电子式电压互感器
吴 涛1,一,周有庆1,曹志辉1,彭红海1
(1.湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;
2.中南勘测
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
研究院风电所,湖南长沙410014)
摘要:提出以微型电流互感器检测耦合电容器电流。再将电流信号传榆至控制室,转换为与一次电压成正
比变化的二次信号的
方法
快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载
构成中高压电子式电压互感器的技术
方案
气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载
。详细论述了新型中高压电子式电压互
感器的传感原理及结构。并对耦合电容器、微型电流互感器、功率放大器等关键技术进行了讨论。对所研制
的新型中高压电子式电压互感器进行了精度试验、二次短路试验。试验结果表明新型电子式电压互感器性
能良好。
关键词:电压互感器;电流互感器:耦合电容器:检测电流;电子式电压互感器
中图分类号:TM451.1 文献标识码:A 文章编号:1006—6047(2009)12—0109—04
随着电子技术、计算机技术、光电技术和通信技
术的发展.电子式电压互感器EVT(ElectronicVoltage
Transformer)近年来已经成为国内外研究的前沿和
热点课题,l_引。
1新型中高压EVT原理分析
新型中高压EVT的技术方案为:耦合电容器高
压端接一次电压.其低压端串接微型电流互感器.利
用微型电流可=感器将流经耦合电容器的一次电流转
换为二次电流信号,并传输至控制室。控制室内的电
子信号处理装置再将二次电流信号转换为与一次电
压成正比变化的二次电压信号。新型EVT的工作原
理如图1所示。
图中。C。为耦合电容器;TA为高精度微型电流
互感器。TA一次线圈两端并接了保护|’日J隙.以防止
一次电压端子
侧
低
压
侧
控制事电子信号处理装置
电流一电
压,坚换
放大电路 蚕悯蠕
乜源模块
控制室电源
图1新型中高压EVT原理图
Fig.1PrincipleofnewtypeEVT
:次
电压
端子
TA一次断线时.一次高电压施加于TA一次线圈两
端造成互感器一次与二次电气隔离的破坏。
收稿日期:2009—03—30;修回日期:2009—07—13 对于电网系统,可设一次电压为
·+-+—+—+一+-+-+-+一+一+一+一+一+一+-+一十-+—+一+*+*+-+一+一+一+一+-+一+—+-+—+—+—+-+-+-+-+-+-+-+一+-+。—●’。‘-—‘卜。+。
Designandimplementationofmulti·functionsignal
generatorbasedonFPGA/MCU
YUShupin91,ZHANGXinger2
(1。SchoolofRailwayPowerandElectricalEngineering,
NanjingInstituteofRailwayTechnology,Nanjing210015,China;
2.DepartmentofComputerScienceandTechnology,NanjingUniversity,Nanjing210093,China)
Abstract:AsDDS(DigitalFrequencySynthesizer)chipsareunabletogeneratedifferentkindsofsignal
wavefornldirectly,itiSproposedtoconstructDDStechniquewithFPGA(FieldProgrammableGateAmy)and
highspeedMCU(MicroControllerUnit)anddesignthemulti—functionhigh—precisionsignalgenerator.The
generatorismainlycomposedoftheFPGA.basedDDS,MCUcontroller,DAC,VGA(VariableGainAmplifier),
PA(PowerAmplifier),LPF(Low—PassFilter),MMI,systemclockandpowersupply.MCUC8051F020ismainly
responsibleforinterfacingwithoutsideandsystemcontr01.ItssoftwaredesignappliesQuartuslI andKeillxv3
developingsoftwareandisprogrammedwithVHDLandClanguage.Theflowchartofsystemmastercontrol
isgiven.Thedesignedmulti—functionsignalgeneratorgeneratessine,squareandtrianglewaves.Testsshow
thattheperformanceisbetterthanthetechnicalparameters.
Keywords:FPGA;MCU;DDS;multi—functionsignalgenerator;VGA
万方数据
① 电力自动化设备 第29卷
Mp(£)=UI,x/2sin(叫,t+币I.)+%k.+Uf。(1)
式中 U.为一次电压有效值;(cJ,为电网的基波额定
角频率;咖。为一次电压相位移;‰为一次直流
电压;‰为一次剩余电压。
为便于分析,设稳念时‰=0,‰=0。
设C为耦合电容器容值.£为TA一次线圈等值
电感值.电网中用于瓦感器的耦合电容器的容值一般
为5000~20000pF。冈微型TA的一次线圈匝数很少.
故£值很小。耦合电容器容抗1/(甜,C)》∞,L,冈此
∞,L可以忽略不计。那么流经耦合电容器【旦l路的电
流为
“加c掣=∞,CUr订c。s(州埔)(2)
t(£)经TA变换成二次电流信号传输至控制室,
二次电流信号如下:
i2(≠)=[to,CU。,x/2cos(a,,f+qbp)]/K。I(3)
其中,K一为TA的额定变比。对于TA而言。二次
负载越小.准确度越高。如采用铜导线将TA二次电
流引至控制室电子信号处理装置.1km直径2.5mm
的铜导线电阻约为3Q.完全能够保证转换的准确度。
TA二次电流信号传输至电子信号处理装置.接
电流一电压变换放大电路.将电流信号转换成与之成
正比的电压信号。该变换放大电路可采用电压并联
负反馈实现,输出电压信号№(£)为u:(£):一i:(£)K::一皇生垦!互些COS(∞,£+咖,)(4)
^rd
其中。&为变换放大电路的放大倍数.负号表示
i2(t)与Ⅱ2(£)反相。
由式(2)可知,一次电流t(£)可由一次电压M。(£)
求导后得到.信号处理环节需要积分运算来获得与
一次电压成止比变化的信号.故积分电路是必不可
少的关键环节⋯。以理想模拟积分电路作理论分析.
可得经积分电路后输出电压为
以加一击』以洲t=一CU兄W,啄T-K2sin(州埔)(5)
其中,RJ、Ca为积分电路参数。设K,=紫粤。
LA2
由于一次耦合电容器存在等值电阻.1、A一次线
圈有微小电感,再经过电流一电压变换电路和积分放
大电路等环节,使EVT的输出电压和u。(£)存在微小
相位差.因此在电子信号处理装置中加入了相位校
正电路,使得最终输m的二次电压地(£)与一次电压
M。(£)相角误差在
标准
excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载
允许范围内。
如EVT二次输m电压信号是给电子计量装置
和微机保护装置用.则从相位校正电路输出的电压
信号即町作为二次电压信号:
“。(£)=Ⅱ3(f) (6)
当EVT二次输出电压信号供常规的计量和继
电保护装置用时,要求二次输出电压较高,输出功率
较大,冈此可采用功率放大电路,则最终输出的二次
电压为
n。(f)=K4u3(t) (7)
式中K4为功率放大电路的放大倍数,调节K。的大
小可改变“。(£)的大小。
由式(1)(5)(7)可知,一次电压与二次电压的关
系为
ul(t)=K。玑(£) (8)
其中,变比K,=K3/K4=尺JGKld/(CK2K4),RJ、
CJ、K柑、C均为定值,调节K:和亿,即可改变二次电
压的幅值。
2与一般电压互感器比较
目前.电容式电压互感器CVT(CapacitorVoltage
Transformer)在电力系统中广泛使用.其二次与一次
高压凹路安全隔离.具有绝缘强度高、造价低等优
点,但是CVT的误差特性不太稳定,电网系统频率、
CVT二次负载大小及功率因数的变化都会引入附加
误差.且二次电压引入控制窒存在引线压降.影响测量
精度。有中间变压器放在油箱中,不利于节能环保t5-7J。
在CVT的基础上.现在已有实用化的基于电容
器分压的电子式电压互感器ECVT(ElectronicCapacitor
VoItageTransformer)出现.其基本方案普遍采用如
图2所示原理结构。
剖篇H隰矧勰懦电压1分瓜器一电子电路广叼电子电路r电压
图2一般ECVT的原理结构图
Fig.2PrincipleofECVT
电容分压器将被测一次电压分压为低电压并就
地将模拟信号转换成光信号.通过光纤传输至控制
室.再由低压测电子电路将光信号还原为电信号.处
理后输}n数字二次电压信号或再经数模转换输出模
拟二次电压信号。ECVT中采用光纤传送信号。实现
了高低压的完全电气隔离.提高了传输系统抗电磁干
扰能力:没有中间变压器。不会产生铁磁谐振现象。
且没有铁心饱和引起的一系列问题。但这种ECVT
信号传输系统较为复杂.存在延时相角误差:暂态性能
有待提高:高压侧电子电路常年在户外。工作环境差。
且如何给高压侧电路供电也是一个难题【8.埒J。
新型中高压EVT结合了上述2种电压互感器
的特点。高压侧采用耦合电容器串微割TA的结构.
具有耐压高、绝缘强度高等特性;采用TA检测流经
耦合电容器的电流.实现了高低压电气隔离.且高压
侧没有电子电路.无需考虑供电问题;利用铜导线将
TA二次电流引入控制室.没有CVT二次电压引入控
制室时存在的引线压降.也没有ECVT光纤信号传输
系统的复杂:信号处理装置在控制室,T作环境好;
新型EVT既能输出满足电子计量装置和微机保护
装置需要的小电压信号.又能输出满足常规计量和继
电保护装置需要的电压信号【14-15]。
3关键技术分析
3.1耦合电容器
耦合电容器的优劣直接影响新型EVT的绝缘
万方数据
第12期 吴 涛.等:新型中高压电子式电压瓦感器
性能及二次输出准确度。电容器容值受温度等因素
的影响会引起变化,由式(8)可知,EVT的变比K。
将改变.从而使二次输出误差增大.同时电容器的介
质损耗因数的增大.也会影响EVT的准确度。目前.
国内的耦合电容器制造水平较成熟.局部放电性能
优良,绝缘水平较高,损耗低.质量可靠。以一次额定
电压为500/x/3kV的电容器为例.其T频耐受电
压(有效值)为740kV,雷电冲击耐受电压(峰值)达
1675kV,电容温度系数绝对值不大于5X10—4K~.介
质损耗因数不大于0.0015。
3.2微型TA
微型TA用于检测耦合电容器电流.并将二次电
流信号传输至控制室。假设一次相电压额定值为
110/、/3kV,耦合电容器容值为10000pF,则流经
耦合电容器的电流有效值约为200mA.对于这么小
的电流转换,可以选用高精度微型仪表TA.这类
互感器不仪精度高.更能保证数据长期稳定可靠.使
用也非常简单,体积小巧,如选0.01级的rrA.额定
变比K。l_lA/50mA=20,则其二次电流有效值约
为10mA.由于传输的是电流信号.10mA电流传输
至控制室,其抗干扰能力远好于电压信号传输。
3.3功率放大器
CVT所带二次负载的功率来源于一次侧.因此
其二次负载的变化会影响CVT的准确度.带来负载
误差。而新型EVT二次负载的功率来源于功率放大
器.功率放大器由控制搴的直流或交流220V电源
供电。一次侧只提供一个电流信号.故二次负载的变
化不会影响到一次侧信号,减小了负载带来的误差。
另外,所设计的功率放大器具有限流保护作用.当二
次输出短路时.能限制短路电流在功率放大器允许
的范围内。
4试验结果及分析
4.1精度试验
试验接线图见图3.图中接入一次电压为额定相
电压M,=110/、/丁kV,被测新型EVT的耦合电容
器容值C=10000pF,TA的变比K庐1A/50mA,将
被测EVT和标准CVT的二次输出电压(额定值为
100/、/丁V)同时接入电压互感器精度测试仪。在
0.8%、%、1.2%条件下,进行EVT分别带多种负载
(功率因数为感性0.8)时数值误差和相角误差的测
量.试验结果如表1所示。
一次电压110/订kv
—
i童受型一
图3新型EVT准确度测试电路
Fig.3PrecisiontestcircuitofEVT
表1高压试验数据
Tab.1Highvoltagetestdada
试验结果表明:这种新犁EVT的输出电压比
差≤4-0.2%,角差<4-107:能够输出较高电压(额定
电压为100/、/丁v)和较大的功率(额定功率为50
V.A).因此在一定功率容量内可替代电容式CVT。
4.2二次短路试验
按GB/T20840.7—2007国标要求,设计和制造
的EVT.在额定电压下,应能承受二次电压端子间外
部短路历时60s的机械效应和热效应而无损伤。
在二次电压带负载输出额定电压(100/、/丁V)
的情况下.将二次电压端子人为短路608。短路期间
输出的电压、电流波形如图4所示。
在短路消除后.二次输出电压很快恢复。该试验
表明所研制的EVT具有较好的输出限流保护.短路
承受能力强。
20ms/div
图4二次电压端子短路时输出电压电流波形
Fig.4VoltageandeuFi'entwavefo/'lmwithshort—circuit
ofsecondaryvoltageoutputterminal
5 结论
a.新型中高压EVT采用微型TA转换流经耦合
电容器的电流来实现一次电压的检测。结构简单,体
小质轻.高压绝缘强度高,实现_r高低压电气隔离,
采用电流信号传输至控制室.可以提高信号的抗干
扰能力.消除CVT二次电压传输存在的引线压降。
b.新型EVT输出的二次小电压信号可以接电
子计鼍装置和微机保护装置.且带有功率放大电路,
可以满足常规计量和继电保护装置对电压值和功率
的需求.二次电压端子短路承受能力强。
c.在理论分析的基础上进行了试验验证,表明
新型中高压EVT技术方案可行。
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(责任编辑:汪仪珍、
作者简介:
吴 涛(1984一),男,湖南涟源人,硕士研究生,目前主
要从事风电场工程的电气设计工作(E.mail:wtop_2002@163.
tom);
周有庆(1944一)。男,河北故城人,教授,博士研究生导
师.主要从事电力系统微机保护与综合自动化研究:
曹志辉(1979一),男,湖南郴州人,硕士研究生,主要从事
电子式互感器研究.
NewtypeMV&HVelectronicvoltagetransformers
WU7Fa01一。ZHOUYouqin91,CAOZhihuil.PENGHonghail
(1.ElectricityandInformationEngineeringCollege。HunanUniversity,
Changsha410082,China;2.WindPowerEngineeringDepartment,
Mid—SouthDesign&ResearchInstitute。Changsha410014.China)
Abstract:AtechnicalschemeisproposedforMV&HVvoltagetransfofiller.whichusesmicrocurrent
transformertodetectthecurrentofcouplingcapacitorandconvertsthecurrentsignalintovoltagesignal
proportionallyin controlroom.Theprincipleandstructureofnew—typeelectronicMV&HVvoltage
transforrllerareintroducedandthekeytechnologies,suchascouplingcapacitor,microcurrenttransfoFiller
andpoweramplifier,areanalyzed.Highvoltageprecisiontestandsecondaryshort—circuittestareconducted,
whichshowitsbetterperformance.
Keywords:voltagetransformer;currenttransformer;couplingcapacitor;measuringcurrent;electronic
voltagetransforelier
万方数据
新型中高压电子式电压互感器
作者: 吴涛, 周有庆, 曹志辉, 彭红海, WU Fao, ZHOU Youqing, CAO Zhihui, PENG
Honghai
作者单位: 吴涛,WU Fao(湖南大学电气与信息工程学院,湖南,长沙,410082;中南勘测设计研究院风电所
,湖南,长沙,410014), 周有庆,曹志辉,彭红海,ZHOU Youqing,CAO Zhihui,PENG
Honghai(湖南大学电气与信息工程学院,湖南,长沙,410082)
刊名: 电力自动化设备
英文刊名: ELECTRIC POWER AUTOMATION EQUIPMENT
年,卷(期): 2009,29(12)
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,从根本上保证了系统的高精度测量.
6.会议论文 华超 电子式电流、电压互感器的实用研究 2009
电流互感器和电压互感器是电力系统的一次系统和二次系统联系的纽带、信息交换的通道、测量、保护、控制系统的输入器件,其性能和可靠性对
于电力系统的安全运行起着重要的作用。传统的电流互感器和电压互感器都需要高压绝缘子支撑,尺寸大,重量重,价格昂贵,且容易发生绝缘击穿事
故,造成电力系统短路,影响电力系统运行的稳定性,同时传统的电流互感器动态范围小,有饱和现象,而电容式电压互感器易产生铁磁谐振过电压
,这些现象的发生,将严重影响继电保护的正常性甚至发生误动作或不动作,给电力系统的运行带来麻烦。因此,电力系统的科研工作者进行了长期不
懈的努力,经过多年研究,开发出一种新型的电流、电压互感器——电子式电流、电压互感器。本文介绍了电子式电流、电压互感器工作原理,现场的
试验方法及在电力系统中的实用价值。
7.期刊论文 张永.罗苏南 数字式光电电流/电压互感器 -电力自动化设备2002,22(6)
概述了数字式光电电流/电压互感器的优点,把数字式光电互感器分为两大类:有源电子式光电电力互感器、无源全光型光电电力互感器,并分别介绍
了有源电子式光电电力互感器、无源的Faraday磁光效应光学电流互感器、Pockels电光效应电压互感器、Kerr电光效应光学电压互感器及逆压电效应光
学电压互感器的测量原理,最后介绍了当前国内外的数字式光电电流/电压互感器.
8.期刊论文 龙军.LONG Jun 电能表中互感器角差的纠错算法 -电力系统及其自动化学报2005,17(3)
提出了一种电流互感器和电压互感器角差补偿的新算法.深入研究和分析了具有电感和电阻的电流互感器和电压互感器的等值电路,在实际测量应用
中人为地造成一个RL电路的暂态过程,采用数字微分算法能够快速准确地算出RL电路的频率和时间常数,进而计算出电流互感器和电压互感器的角差.提出
了电能表中补偿电流互感器和电压互感器角差的有功功率和无功功率计算方法.仿真结果表明,该算法能大大地提高电能表的计量精度.
9.期刊论文 康小宁.张新.索南加乐.邵宝珠.何璐.Kang Xiaoning.Zhang Xin.Suonan Jiale.Shao Baozhu.He Lu
电压互感器和电流互感器暂态特性对距离保护算法的影响 -西安交通大学学报2006,40(8)
对距离保护暂态超越产生的原因进行了详细分析,并给出了结论.对于采用解微分方程算法的距离保护,当电容式电压互感器(CVT)和电流互感器
(CT)暂态特性一致时,它们对解微分方程算法没有影响,反之则会引起暂态超越.通过建立两者的数学模型,分析并比较两者在传递非周期分量时暂态特性
的差异发现,由于CVT和CT的传变特性不一致而引起的二次侧电压和电流中非周期分量无法平衡是导致距离保护暂态超越的根本原因.EMTP故障仿真和现场
录波试验表明,CVT和CT的非周期分量衰减时间分别为10 ms和40 ms,即CVT后非周期分量比CT后非周期分量衰减快,因而会导致距离保护因为暂态超越而误
动作.
10.学位论文 王冬青 电子补偿式互感器的研究 1997
该文首先介绍了电流互感器和电压互感器的工作原理及误差产生原因,采用自动反馈技术对电流互感器和电压互感器进行了误差补偿,制作出了自补
偿式电流互感器和电压互感器.通过详细分析自补偿原理,对互感器的结构及反馈补偿环节进行了重新设计.理论分析和误差测量实验结果都表明采用反馈
技术的自补偿式互感器具有高精度,且与用电磁补偿技术的互感器相比,它们具有体积小、重量轻和成本低的优点,能够满足目前日益发展的各种电子式仪
表及自动装置的需要.为了更好的掌握用于互感器的铁心的磁性特征,该文提出了利用反正切函数作为基函数的最小二乘法拟合磁化曲线的方法.并编制了
程序对实际铁心的测量数据进行了拟合,得出了更为符合实际的磁化曲线表达式,为互感器的准确设计提供了有力的支持.
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