检测电容电流型电子式电压互感器及其暂态特性研究

摘要

随着电力传输容量的不断增大、电网电压等级的不断提高，以及电力系统在监测、控制及保护等方面自动化和智能化程度不断提高，传统的电磁式电压互感器和电容式电压互感器因自身传感机理所限呈现出了种种难以克服的问题，其已经不能满足电力系统自动化、数字化的发展要求。因此，基于光纤技术、微电子技术和微机技术的电子式电压互感器，成为当前的国内外研究的热点。
　　 本文在分析和比较现有的几种电子式电压互感器的基础上，综合光学电压互感器和电容分压型电压互感器的优缺点，研究分析了一种基于检测电容电流原理的新型电子式电压互感器，该新型EVT以高压电容器作为电压-电流变换器，以高精度仪表电流互感器为电流传感器。首先，深入分析了其电压传感原理，完成了检测电容电流型EVT总体方案设计；然后，建立了其一次电压传感器的等值电路，给出了误差表达式，从电网频率、环境温度变化、杂散电容的影响等几方面对其进行了理论分析；最后，对检测电容电流型EVT的暂态性能进行了理论分析和仿真，理论分析表明：其暂态过程很短，比CEVT暂态特性要好。在理论研究分析的基础上，研制了检测电容电流型110kV电子式电压互感器样机，先后在实验室和株洲湘能电气有限公司进行了一系列的试验。试验结果表明：该新型EVT满足IEC要求的计量0.2级和保护3P级的要求，并且具有良好的暂态性能。
　　 新型EVT高压侧与控制室之间采用电流信号直接传输，信号不需要进行电/光转换，高压侧没有处理电路，不存在高压侧供电电源设计的问题，既保证了传输的可靠性，又简化了信号处理电路，很大程度提高了互感器的可靠性，具有很好的实际推广应用前景。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 传统互感器存在的问题

1.1.2 电子式电压互感器优越性

1.2 电子式互感器国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 课题来源和本文的主要内容

第2章 传统电子式电压互感器

2.1 电子式电压互感器的通用框图

2.2 光学电压互感器

2.2.1 基于Poekels效应的光学电压传感器

2.2.2 基于逆压电效应的光学电压传感器

2.2.3 光学电压互感器存在的问题

2.3 阻容分压型电压互感器

2.3.1 电阻分压型电压互感器

2.3.2 电容分压型电压互感器

2.3.3 阻容分压型电压互感器存在的问题

2.4 电子式互感器在数字化变电站中的应用

2.5 本章小结

第3章 检测电容电流型电子式电压互感器结构、原理与方案设计

3.1 总的设计方案

3.2 技术要求

3.3 一次电压传感器结构和原理

3.4 关键技术

3.4.1 电压-电流变换器

3.4.2 弱电流检测器

3.5 方案论证

3.5.1 等值电路分析

3.5.2 误差分析

3.5.3 杂散电容的影响

3.6 二次侧信号处理电路的设计

3.6.1 电流-电压变换器

3.6.2 积分器

3.6.3 调相和滤波电路

3.7 电压功率放大电路设计

3.8 温度补偿设计

3.8.1 电压-电流变换元件温度特性

3.8.2 温度传感器的选型

3.8.3 温度补偿电路

3.9 本章小结

第4章 暂态性能分析

4.1 CETV暂态性能分析

4.2 检测电容电流型ETV暂态性能分析

4.2.1 暂态过程的一次电压和二次电压

4.2.2 一次电压突然短路暂态过程分析

4.2.3 自动重合闸过程暂态分析

4.3 过电压保护

4.4 铁磁谐振分析

4.4.1 铁磁谐振的产生及机理

4.4.2 传统电压互感器铁磁谐振分析

4.4.3 检测电容电流型EVT铁磁谐振分析

4.4 本章小结

第5章 样机试验分析

5.1 互感器样机的制作

5.2 检测电容电流型EVT样机的准确度测试

5.2.1 主要技术参数和试验依据

5.2.2 高压准确度试验

5.2.3 结论

5.3 暂态模拟实验

5.4 短路承受能力试验

5.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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