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《成都紡織高等專科學(xué)校學(xué)報》2015年第二期

1傳感器設(shè)計

依照國標(biāo)GB11032－2010，非線性電阻片柱是用它的電容及并聯(lián)的非線性電阻特性來表示。這種非線性電阻片柱表示的結(jié)果更符合實際的最大電壓應(yīng)力。依據(jù)該模型，本文介紹了一種無間隙金屬氧化物避雷器電壓傳感器，該電壓傳感器以無間隙氧化鋅避雷器作為電壓傳感器的高壓臂，選用同避雷器制造廠家同批次或者參數(shù)近似的氧化鋅閥片作為低壓臂，可以實現(xiàn)可接受精確度的高壓、超高壓以及特高壓電力系統(tǒng)電壓分壓轉(zhuǎn)換。通常，首先需要進(jìn)行電容電場計算以確定對地的雜散電容，其次引入電阻特性并通過電路分析、計算電位分布。由于溫度對電阻的影響，需要進(jìn)行迭代計算程序。然而，對于均壓分布不能滿足要求的氧化鋅避雷器，可以通過在避雷器高壓端加裝均壓環(huán)來橫向補償避雷器各氧化鋅元件的對地雜散電容的影響。所以在本模型中不考慮高壓臂氧化鋅元件對地雜散電容對分壓器精度的影響。實際使用中此雜散電容誤差可以通過低壓臂的取樣電容進(jìn)行補償校準(zhǔn)，從而得到理想的分壓精度。

圖1所示為避雷器簡化的多階等效電路圖。通過電路分析程序和考慮了電容及電阻的影響，它可以用于確定電位分布。避雷器用與電壓有關(guān)的電阻、非線性電阻片柱的電容及對地的雜散電容來模擬。等值回路的每一階可表示為單個金屬氧化物電阻片(極限的情況下)或者非線性電阻片柱的一個單元。每個單元的長度不超過整個避雷器長度的3%。當(dāng)現(xiàn)場僅需要做臨時監(jiān)測時，如變電站調(diào)試階段。可在不拆卸避雷器增添閥片改變避雷器結(jié)構(gòu)，且保證安全得前提下將避雷器計數(shù)器作為分壓裝置。本文通過在計數(shù)器兩端并聯(lián)一個容值合適的采樣電容即可實現(xiàn)過電壓監(jiān)測，如圖2所示。

2可靠性仿真計算分析

氧化鋅閥片的非線性伏安特性可以用下式所示的函數(shù)描述。仿真以某220kV避雷器為例，型號為Y10W1－204/532，高壓臂由100片性能相同的氧化鋅元件，由各自的氧化鋅非線性電阻與氧化鋅體電容并聯(lián)后相互串聯(lián)構(gòu)成。為便于觀察，仿真結(jié)果均將低壓臂波形數(shù)據(jù)放大使之與高壓臂波行數(shù)據(jù)為1:3。當(dāng)?shù)蛪罕廴∫黄c高壓臂元件相同的氧化鋅元件時，其結(jié)果如圖3。從波頭部分看，通過氧化鋅元件的容性電流也要遠(yuǎn)大于阻性電流(圖2，a線)無間隙金屬氧化鋅避雷器分壓器的分壓比由高低壓臂氧化鋅元件的極間電容容抗決定。避雷器導(dǎo)通后，流經(jīng)避雷器非線性電阻的電流迅速增加(圖3，b線)，在此之后，避雷器分壓器的分壓比由高低壓臂的非線性電阻決定。當(dāng)利用避雷器計數(shù)器作分壓元件時，其兩端并聯(lián)容抗較小的電容。由于電容組件中缺少閥片中的非線性電阻特性，當(dāng)頻率過高電壓幅值過大，如雷電過電壓，采樣波形會產(chǎn)生一定畸變。但在變電站調(diào)試階段針對各開關(guān)操作及模擬接地故障等幅值較低頻率較小的試驗作臨時監(jiān)測時，經(jīng)現(xiàn)場測試，如圖5，圖6，將采用該方式測量的接地試驗波形與錄波器所得波形比較，該方式在所得波形在提升了準(zhǔn)確度基礎(chǔ)上，傳感器的小電流3db衰減頻率為:700MHz，大電流3db衰減頻率為:3MHz，暫態(tài)過電壓最高頻率為1MHz，精確度得到顯著提升，所得波形數(shù)據(jù)已足以滿足計算分析所用。

3結(jié)論

通過計算建模仿真分析及實測數(shù)據(jù)比較，可得出本文所介紹的兩種頻率響應(yīng)寬、幅值線性度高，線性度較好、沖擊電壓測量誤差小、電氣性能優(yōu)良的過電壓傳感器并且測量精度完全滿足電力系統(tǒng)暫態(tài)過電壓監(jiān)測系統(tǒng)要求。在條件允許的情況下，采用無間隙氧化鋅避雷器電壓傳感器可實現(xiàn)對變電站的實時監(jiān)測，準(zhǔn)確度經(jīng)測試可達(dá)98．17%。在僅需做臨時監(jiān)測時可以采用安裝更加靈活方便的利用避雷器計數(shù)器作分壓裝置的傳感器，且采集的操作過電壓及工頻過電壓波行數(shù)據(jù)也較錄波器擁有更優(yōu)的頻率響應(yīng)特性。

作者：何翔宇 單位：西華大學(xué)電氣信息學(xué)院