電子式高壓電力互感器的設(shè)計與實用化研究.pdf

1、隨著電力系統(tǒng)容量的日益擴(kuò)大和電網(wǎng)電壓運行等級的不斷提高，傳統(tǒng)的電磁式互感器表現(xiàn)出越來越多的弱點，難以滿足電網(wǎng)向自動化和數(shù)字化發(fā)展的需求。電子式高壓電力互感器取代傳統(tǒng)的電磁式互感器已成為發(fā)展的必然趨勢。電子式高壓電力互感器可以分為兩種類型：光學(xué)電子式互感器和混合電子式互感器。其中混合電子式互感器采用的傳感器技術(shù)比較成熟，運行經(jīng)驗多，具有實用化優(yōu)勢。 該文主要圍繞它的設(shè)計和實用化研究展開，分為傳感頭的工業(yè)化設(shè)計，電流傳感器用積分器的

2、實用化設(shè)計，電子式互感器標(biāo)準(zhǔn)化接口的研究、基于標(biāo)準(zhǔn)化接口的電子式互感器整體設(shè)計，雙傳感器信息融合的組合結(jié)構(gòu)研究幾部分。 Rogowski線圈是所采用的電流傳感元件，該文總結(jié)了Rogowski線圈的基本原理，其中包括線圈的等效電路和相量圖，線圈的穩(wěn)態(tài)特性和暫態(tài)特性分析，線圈的電磁參數(shù)計算。在理論研究的基礎(chǔ)上，討論了線圈互換性的實現(xiàn)和溫度補(bǔ)償兩個工業(yè)化問題。電容分壓器是所采用的電壓傳感元件，該文討論了雜散電容對測量誤差的影響，分析了

3、電網(wǎng)暫態(tài)現(xiàn)象對分壓器的影響。 積分器的性能一直是影響Rogowski線圈電流傳感器的精度和穩(wěn)定性的重要因素之一。模擬積分器具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、輸入動態(tài)范圍大等優(yōu)點；數(shù)字積分器具有性能穩(wěn)定，精度高等優(yōu)點。后者的優(yōu)點使其成為近年來Rogowski線圈電流互感器實用化研究的一個較熱點問題。該文首次提出了一套數(shù)字積分器設(shè)計的方法，其中包括了積分算法的選擇，積分輸入采樣率和分辨率的確定，數(shù)字積分器的通用結(jié)構(gòu)，處理直流偏移、積分初值和

4、輸入飽和的方法等。并實現(xiàn)了數(shù)字積分器樣機(jī)，進(jìn)行了實驗研究。 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口是工業(yè)化的要求，也是電子式高壓電力互感器產(chǎn)品進(jìn)入實用化，實現(xiàn)互換性和互操作性的保證。近年來IEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的陸續(xù)出臺，使得電子式互感器標(biāo)準(zhǔn)化接口的研究變得更加緊迫和必要。該文以IEC的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為研究對象，根據(jù)變電站自動化系統(tǒng)對電子式互感器的要求，討論電子式互感器及其標(biāo)準(zhǔn)化接口的結(jié)構(gòu)和模型，歸納電子式互感器標(biāo)準(zhǔn)化接口的設(shè)計方法，其中包括模擬接口和IEC6185

5、0-9-1中的數(shù)字接口。 結(jié)合電子式互感器標(biāo)準(zhǔn)化接口的研究，該文提出以標(biāo)準(zhǔn)化接口為核心，同時兼顧系統(tǒng)可靠性與電磁兼容的互感器整體設(shè)計思想。其中關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)化接口，討論了互感器的時間同步，高壓端電路的低功耗設(shè)計，數(shù)字接口實現(xiàn)三個問題。關(guān)于可靠性，討論了可靠性模型的建立，系統(tǒng)可靠性的評估，提高可靠性的措施。關(guān)于電磁兼容，討論了變電站中的電磁干擾和相應(yīng)的電磁兼容設(shè)計措施。 目前的混合電子式電流互感器采用的都是單傳感器開環(huán)結(jié)構(gòu)，這種

6、開環(huán)鏈結(jié)構(gòu)對整個系統(tǒng)中每個環(huán)節(jié)的精度和可靠性要求都很高，嚴(yán)重限制了電子式電流互感器精度和可靠性的提高，影響了電子式互感器的實用化。本章提出一種基于Rogowski線圈電流互感器和鐵心低功率電流互感器間信息融合的組合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有并聯(lián)和前饋的特點，從而達(dá)到實現(xiàn)高精度測量和提高系統(tǒng)可靠性的效果，同時該方法還可以節(jié)約成本。最后，該文結(jié)合理論分析和實驗研究，完成了220kV/1250A電子式高壓電力互感器樣機(jī)，并給出了樣機(jī)試驗結(jié)果。