电压互感器的研究与改进

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 电压互感器的研究与改进 摘要：本文通过对电压互感器进 行调查和研究，对传统的电压互感器进 行改进。改进后的电压互感器主要由两 块电路板组成，一块用于采集一次侧三 相交流高电压，并将采集的高电压转化 为电平信号通过光纤传输，另一块电路 板接收传过来的电平信号并还原为三相 交流低电压信号，这样测量者可以通过 简单计算测得一次侧高电压。改进后的 电压互感器采用光纤传输、高低压隔离、 安全性高。 中国论文网 /8/view-12976759.htm 关键词：电压互感器；光纤传输； 电子式电压互感器 中图分类号：TF333.1 文献标识 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 码：B 1 引言 电压互感器是电力系统中一次电 气回路与二次电气回路间不可缺少的连 接设备，其精度及可靠与电力系统的可 靠性和经济运行密切相关。目前，电网 中普遍采用电磁式电压互感器或者电容 分压式电压互感器进行电压测量、电能 计量和继电保护。由于传统的电压互感 器二次输出的 100V 的压信号不能直 接跟微机相连，因此已难以适应电力系 统自动化、数字化和智能化的发展趋势。 而由于现代电子测量技术能实现对微弱 信号的精确测量，继电保护和二次测量 装置不需要大功率大驱动，仅需要几伏 的电压信号，即系统对互感器的参数要 求发生了变化，因而出现了电子式电压 互感器，并且电子技术、计算机测控技 术以及数字化电力技术的快速发展也不 断促进了电子式电压互感器的改进和发 展。 2.传统电压互感器存在的问题 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 随着电力系统电压等级的不断升 高，远距离、大容量输电线路和互联电 网的发展，使得高压和超高压变电站在 规模和容量方面日益增加，这就对变电 站自动化水平提出了更高的要求。由于 传统的电磁式电压互感器存在磁饱和、 动态范围小、铁磁谐振、暂态性差等缺 点，使其越来越不能适应电力系统的发 展要求，而新型的电子式电压互感器具 有动态范围大、频带宽、体积小、测量 范围大、抗电磁干扰能力强等优点，顺 应电力设备的高可靠性、自动化和小型 化的要求。 电子式互感器体积小、重量轻、 环保、线性度好、无饱和现象且输出信 号可直接与智能数字设备接口的新型电 力互感器。电子式互感器具有以下突出 优点： （1） 绝缘性能优良，造价低。 （2） 频率响应范围宽，谐波测 量能力强。 （3） 抗电磁干扰性能好，低压 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 边无开路高压的危险。 （4）体积小，重量轻，易升级， 满足变电站小型化与紧凑型的要求。 （5） 不含铁芯，不存在铁芯饱 和以及铁磁谐振等问题。 （6）电子式互感器中可以不用 绝缘油，消除了因为油的泄漏或变质而 对互感器检修带来的不便。 3 改进的电子式电压互感器 改进的电子式电压互感器主要由 两块电路板即发送电路板和接收电路板 组成，发送电路用于采集一次侧三相交 流高电压（如 10kv）并将采集的高电压 转化为电平信号通过光纤传输，接收电 路接收传过来的电平信号并还原为三相 交流低电压信号（如 5v） ，这样测量者 可以通过简单计算测得一次侧高电压。 3.1 发送电路 发送电路主要完成相电压模拟信 号转换成 PWM 信号，然后进行发送。 其工作原理为：将整机输出电压进行采 样，对 A，B，C 三相电压进行相电压 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 采样，采样是通过电阻分压电路完成的， 然后将采样的相电压信号与三角波发生 器产生的三角波通过比较器进行比较产 生 PWM 波，最后将产生的 PWM 波转 换成能通过光纤传播高低电平信号，此 功能模块分成四个部分：相电压采样、 三角波的产生、三角波与正弦波比较产 生 PWM 波、PWM 的光电隔离转换。 下面分别对这四部分进行介绍： 1、相电压采样 上图 1 为相电压采样电路图，该 电路通过电阻分压的作用，将上千伏的 电压转换为模拟信号，通过一阶低通滤 波电路将电路中高频信号滤除，完成对 相电压信号的采样。其中，运放 N2A 构成电压跟随器，主要提高信号的带载 能力。C21 ，C24 的作用：储能作用， 为运放提供能量。C23，C22 的作用： 容滤除的是电源中的高频干扰信号以及 运放本身产生噪声对电源干扰滤除。 2、三角波的产生 三角波是由三角波函数发生器产 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 生，三角波函数发生器是由滞回比较器 和积分器构成。根据叠加原理得出滞回 比较器传输特性如下图 2 所示： 由上图滞回比较器传输特性曲线 图可得 阀值电压：UT=UZ 根据 Uo 和 Uz 的输出波形图可 知：正向积分的起始值为-UT，终了值 为+UT，积分时间为二分之一周期。 3、三角波与正弦波比较产生 PWM 波 将采样所得一相正弦波与三角波 通过 NIB 比较器进行比较产生高低电平 的 PWM 波形。为了满足后级 74HC14 的传输，将产生正负的高低电平经 VI 和 V2 将把高低电平嵌位到 5V 和 0V 高 低电平，其实嵌位的电压实际值要加上 一个二极管管压降电压。最后将产生的 5V 和 0V 高低电平经 D1A 和 D1B 传送 到发送光纤座，发送高低电平。 4、PWM 的光电隔离转换 由发射光纤座 E1 发射的信号经 光纤输送，完成输出电压板发送电路与 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 接受电路的隔离，因为发射电路是处于 高压环境，对地电压高，通过光纤传送， 可以对接收电路起到隔离高压的作用。 3.2 接收电路 接收电路主要完成相电压的还原， 把发送电路送来的信号还原出相电压信 号，送入主控板。此通过压控式 2 阶低 通电路滤除载波，完成相电压正弦波的 还原，然后进行信号的放大滤波处理， 将信号输送到主控板去。 4 结语 基于光纤传输的电子式电压互感