學(xué)校代號(hào) 10532 學(xué) 號(hào) 分 類 號(hào) 密 級(jí) 公 開(kāi) 博士學(xué)位論文 電流型電子式電壓互感器關(guān)鍵技術(shù) 及其應(yīng)用研究 學(xué)位申請(qǐng)人姓名 邵 霞 培 養(yǎng) 單 位 電氣與信息工程學(xué)院 導(dǎo)師姓名及職稱 周有慶教授、戴瑜興教授 學(xué) 科 專 業(yè) 電氣工程 研 究 方 向 電子式互感器及數(shù)字化變電站技術(shù) 論文提交日期 2013 年 10 月 11 日 學(xué)校代號(hào) ： 10532 學(xué)號(hào)： 級(jí)：公 開(kāi) 湖南大學(xué)博士學(xué)位論文 電流型電子式電壓互感器關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究 學(xué)位申請(qǐng)人姓名： 邵霞 導(dǎo)師姓名及職稱： 周有慶教授、戴瑜興教授 培養(yǎng)單位： 電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)名稱： 電氣工程 論文提交日期： 2013 年 10 月 11 日 論文答辯日期： 2013 年 12 月 4 日 答辯委員會(huì)主席： 黃守道教授 (000 003 A in of in 2013電流型電子式電壓互感器關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究 要 電子式電壓互感器（ 有體小質(zhì)輕、無(wú)鐵磁諧 振、絕緣性能好、頻率響應(yīng)范圍寬以及采用數(shù)字量輸出等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是傳統(tǒng)電壓互感器的替代產(chǎn)品，代表著高性能電壓互感器技術(shù)的發(fā)展方向。 雖然國(guó)內(nèi)外研究人員在 理論和應(yīng)用研究方面已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，但是目前 技術(shù)尚不成熟，現(xiàn)場(chǎng)在運(yùn)行的 遍存在受溫度和電磁干擾影響較大、故障率偏高等問(wèn)題。本文以開(kāi)發(fā)性能穩(wěn)定可靠的 目標(biāo)， 提出了直測(cè)電流型 設(shè)計(jì)思想， 圍繞電流型 功研制出 110流型 文完成的主要工作如下： （ 1）針對(duì)分壓型 傳輸分壓信號(hào)過(guò)程中易受電磁干擾的問(wèn)題，提出了一種通過(guò)直接檢測(cè)電容電流實(shí)現(xiàn)一次電壓傳感和測(cè)量的電流型 成方案。 該方案利用電容傳感頭將待測(cè)高電壓直接變換為電容電流信號(hào)，再進(jìn)行信號(hào)還原從而實(shí)現(xiàn)電壓測(cè)量。由于傳輸電流信號(hào)幾乎不受電磁場(chǎng)干擾的影響，因此從傳感機(jī)理上保證了電流型 好的抗干擾性能。 （ 2）高壓電容傳感頭是電流型 現(xiàn)信號(hào)傳感的核心部件，針對(duì)常用的油浸式高壓電容器易受雜散電容影響和介質(zhì)損耗偏大的問(wèn)題，提出了一種具有集中結(jié)構(gòu)的獨(dú)立式 立了電容傳感頭的數(shù)學(xué)模型和電場(chǎng)模型，利用有限元法對(duì)其電場(chǎng)分布和受雜散電容的影響情況進(jìn)行了仿真分析。系統(tǒng)地研究了 度、電極幾何參數(shù)等因素對(duì)電容傳感頭性能的影響，并提出相應(yīng)的改進(jìn)方法。仿 真分析及樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果表明， 質(zhì)損耗小、極間電場(chǎng)均勻、絕緣性能強(qiáng)。 （ 3）信號(hào)積分是電流型 現(xiàn)電壓信號(hào)還原的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其工作特性直接影響 穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)性能。 針對(duì)常用積分電路不能兼顧寬頻帶響應(yīng)特性和快速暫態(tài)響應(yīng)的問(wèn)題，提出了一種基于系統(tǒng)狀態(tài)的自適應(yīng)積分電路。自適應(yīng)積分電路通過(guò)判別系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)或暫態(tài)情況，自動(dòng)控制兩種不同性能的積分器工作狀態(tài)的切換，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)寬頻帶響應(yīng)性 能和快速暫態(tài)響應(yīng)性能，滿足電流型信號(hào)積分電路在工頻信號(hào)高精度測(cè)量、諧波測(cè)量和暫態(tài)性能等各方面的要求。仿真分析結(jié)果驗(yàn)證了自適應(yīng)積分電路的正確性和有效性。 （ 4）研究了提高電流型 作穩(wěn)定性的誤差補(bǔ)償方法。針對(duì)溫度和 用多傳感器信息融合方法對(duì)電容傳感頭進(jìn)行誤差補(bǔ)償。建立了包含溫度、氣體壓力和電容傳感頭理想電容量的三元回歸信息融合模型，采用最小二乘法獲取最優(yōu)的回歸模型參數(shù)，計(jì)算電容傳感頭電容量的估計(jì)值，并利用該估計(jì)值對(duì)電流型 輸出電壓進(jìn)行修正，博士學(xué)位論文 而實(shí)現(xiàn)電容傳感頭的誤差補(bǔ)償，仿真結(jié)果驗(yàn)證了信息融合方法的有效性。針對(duì)模擬信號(hào)處理電路的溫度漂移問(wèn)題，建立了模擬信號(hào)處理電路的溫度誤差模型，提出了基于鉑電阻的溫度補(bǔ)償方法，溫度誤差試驗(yàn)結(jié)果表明該方法能有效提高模擬信號(hào)處理電路的溫度穩(wěn)定性。 （ 5）對(duì)電流型 高壓電容傳感頭和信號(hào)處理單元進(jìn)行了設(shè)計(jì)；分析了變電站電磁干擾侵入電流型 途徑，研究了提高電流型 磁兼容性能的措施， 電磁兼容試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所采取電磁兼容措施的有效性； 對(duì)研制的 110機(jī)進(jìn)行了多項(xiàng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，電流型 機(jī)的測(cè)量準(zhǔn)確度達(dá)到 ，保護(hù)準(zhǔn)確度達(dá)到 3P 級(jí)，而且符合 準(zhǔn)的其它相關(guān)性能要求。 本文提出的電流型 用基于直測(cè)電容電流進(jìn)行 高電壓測(cè)量的傳感原理和方法，具有抗干擾能力強(qiáng)、溫度穩(wěn)定性好、暫態(tài)性能好、帶寬滿足諧波測(cè)量要求的優(yōu)點(diǎn)。本文的研究為 實(shí)現(xiàn)提供了新的思路和解決方案，研制的電流型機(jī)性能指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，能夠滿足工程實(shí)用化的要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：電流型電子式電壓互感器；電容電流；電容傳感頭；自適應(yīng)積分；信息融合；誤差補(bǔ)償；電磁兼容 電流型電子式電壓互感器關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究 a of It is a a as as it as an of it of of in VT as at of a of it of VT a 110kV VT of as (1) To of VTs of a VT is by to be by is by a of VT be (2) is a of VT a to of by of of of by It of 士學(xué)位論文 V as of F6 on it of is by of as as (3) is a of VT to on of To to of a of of in so it of VT on of of (4) to of VT in is of to F6 of on is of is to in of is is to of of of To of of a on 流型電子式電壓互感器關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究 VI of (5) of to VT is to VTs of is by on 10kV VT VT .2 P as as VT VT is on by It of in a In VT of it in 士學(xué)位論文 錄 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明和學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) . I 摘 要 . . 圖索引 . X 附表索引 . 1 章 緒 論 . 1 題背景及意義 . 1子式電壓互感器的類型和基本原理 . 2源型 分類和基本原理 . 2源型 分類和基本原理 . 5研究與應(yīng)用現(xiàn)狀 . 8源型 研究與應(yīng)用現(xiàn)狀 . 8源型 研究與應(yīng)用現(xiàn)狀 . 9 程實(shí)用中存在的主要問(wèn)題 . 10題來(lái)源及本文主要研究?jī)?nèi)容 . 12 第 2 章 電流型 組成原理研究 . 14 言 . 14流型 傳感原理 . 14 于電流檢測(cè)的電流型 感原理 . 14流型 感頭電流直測(cè)方式的提出 . 17流型 組成及理論分析 . 19測(cè)電阻電流型 組成及理論分析 . 19測(cè)電容電流型 組成及理論分析 . 21章小結(jié) . 26第 3 章 電流型 高壓電容傳感頭理論與結(jié)構(gòu)研究 . 27 言 . 27用油浸式高壓電容器的性能局限性分析 . 27立式 . 32. 33. 34 . 37電流型電子式電壓互感器關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究 . 37. 40 . 41. 43. 43 度變化的影響 . 45 、低壓電極幾何參數(shù)的影響 . 47 進(jìn)方法 . 49 章小結(jié) . 50 第 4 章 電流型 自適應(yīng)積分電路研究 . 51 言 . 51流型 信號(hào)積分的要求 . 51 于系統(tǒng)狀態(tài)的自適應(yīng)積分電路 . 52 適應(yīng)積分電路的構(gòu)成原理 . 53 態(tài)積分器和暫態(tài)積分器的特性分析 . 54 適應(yīng)積分控制模塊原理及關(guān)鍵技術(shù) . 59 用自適應(yīng)積分電路的電流型 能仿真 . 62 統(tǒng)工頻穩(wěn)態(tài)特性仿真 . 62 統(tǒng)諧波測(cè)量特性仿真 . 63 統(tǒng)暫態(tài)性能仿真 . 64 章小結(jié) . 65 第 5 章 電流型 誤差補(bǔ)償方法研究 . 66 言 . 66于信息融合的電容傳感頭誤差補(bǔ)償方法研究 . 66 于回歸分析的信息融合原理 . 67于信息融合的電容傳感頭誤差補(bǔ)償方法 . 68真及結(jié)果分析 . 72擬信號(hào)處理電路的溫度誤差控制方法研究 . 75 放失調(diào)溫漂對(duì)積分電路的影響及改進(jìn)方法 . 75擬信號(hào)處理電路的溫度特性 . 76于鉑電阻的溫度補(bǔ)償方法 . 78章小結(jié) . 80 第 6 章 電流型 設(shè)計(jì)及樣機(jī)試驗(yàn) . 81 言 . 81流型 技術(shù)指標(biāo) . 81 博士學(xué)位論文 流型 設(shè)計(jì) . 82 . 82號(hào)處理單元的設(shè)計(jì) . 84流型 電磁兼容設(shè)計(jì) . 90 電站的電磁干擾源 . 90磁干擾侵入電流型 途徑分析 . 91壓電容傳感頭及其引線的電磁兼容設(shè)計(jì) . 91號(hào)處理單元的電磁兼容設(shè)計(jì) . 94 流型 樣機(jī)試驗(yàn) . 98 容傳感頭性能測(cè)試 . 98 確度試驗(yàn) . 99 度穩(wěn)定性試驗(yàn) . 102 間穩(wěn)定性試驗(yàn) . 102 態(tài)性能試驗(yàn) . 103 壓試驗(yàn)及電磁兼容試驗(yàn) . 105 章小結(jié) . 106總結(jié)與展望 . 107 參考文獻(xiàn) . 109 致 謝 . 120 附錄 A 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄 . 121 附錄 B 攻讀博士學(xué)位期間承擔(dān)的科研項(xiàng)目及成果目錄 . 122 電流型電子式電壓互感器關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究 X 插圖索引 圖 于 應(yīng)的光學(xué)電壓互感器原理圖 . 2 圖 向調(diào)制式光學(xué)電壓互感器結(jié)構(gòu) . 3 圖 向調(diào)制式光學(xué)電壓互感器結(jié)構(gòu) . 4 圖 于逆壓電效應(yīng)的光學(xué)電壓互感器結(jié)構(gòu) . 5 圖 阻分壓型 構(gòu)示意圖 . 6 圖 容分壓器結(jié)構(gòu)示意圖 . 7 圖 壓信號(hào)的電磁干擾耦合模型 . 14 圖 流源系統(tǒng)的電磁干擾耦合模型 . 15 圖 流型 感原理示意圖 . 16 圖 用小 空心線圈檢測(cè)電容電流的電路示意圖 . 17 圖 用小 測(cè)電容電流方式的一次等效電路圖 . 18 圖 感頭電流直測(cè)電路 . 19 圖 測(cè)電阻電流型 整體構(gòu)成方案 . 19 圖 測(cè)電容電流型 整體構(gòu)成方案 . 21 圖 想積分器結(jié)構(gòu)示意圖 . 22 圖 測(cè)電容電流型 次等效電路圖 . 23 圖 流型 次側(cè)短路的