互感器宽频传递特性的散射参数测量法.doc

互感器宽频传递特性的散射参数测量法 电气应用?第卷第期互感器宽频传递特性的散射参数测?法陈少伟崔翔由建吴茂?（华?电?大学电气工程学院）摘要为了建立互感器的宽频电?模型，准确预测变电站内由开关操作对二次设备形成的传导干扰，需要先知互感器的宽频传递特性。 本文提出测?电压互感器宽频传递特性的散射参数方法，并对测?结果进?级联分析，消除引线误差，最终得到该互感器的散射参数。 测?结果表明，该方法与脉冲法的测?结果一致，且测?结果信噪比高、范围宽，方法简单快捷。 关键词互感器宽频传递特性散射参数级联引言进?对比，验证该方法的有效性。 为了准确预测变电站内由开关操作而在母线产生的瞬态电压或电流通过互感器在二次设备形成的传导干扰，需建立这些互感器的宽频电?模型?。 互感器结构复杂，根据其物?结构进?直接建模非常困难。 切实可?的办法是对互感器进?实际测?，通过测?得到互感器的宽频传输特性，在此基础上用网络综合的方法?于建立其模型。 传统的频域测?方法有扫频法和脉冲测?法。 扫频法是利用信号发生器对互感器施加一系列的频率?同的正弦波，互感器两个端口电压（或电流）的幅值和相角之比即为该设备的幅频和相频特性。 脉冲测?法是利用信号发生器在互感器的端口产生一个幅值适宜的脉冲信号，同时测?两个端口的电压（或电流）波形，并对数据进?傅?叶变换，其比值即为该设备的频率响应特性，这种方法所用到的冲击信号的频谱一般?能满足互感器宽频带的要求，需要多次测?，这就造成了测?工作的繁重。 上述两种方法只能测?得到互感器的传输特性，而?能得到互感器的阻抗方面的特性，而且在频率要求较高的情况下，?想的开?和短?难以实现，这会给测?结果带来误差。 本文提出了散射参数测?法测?互感器的宽频传递特性，并通过二端口网络参数的级联分析消除了引线的误差，?但方?地得到了互感器的传递特性，而且得到了互感器的阻抗特性，最后与脉冲响应法，?结果国家杰出青?科学基金（）资助。 散射参数测?方法原?散射参数（参数）如上所述，在测?频率要求较宽的情况下，?想的开?和短?条件难以实现，人们针对这种问题和在许多工作场合研究的对象是功率信号的传递这一需要，提出了散射参数的概念，这一参数的物?意义与功率的传输密切相关。 对于二端口网络，一般需要个参数（散射参数）即、才能对其性能全面表征。 已知二端口散射方程组为口（）首先来看二端口网络的参数及等效流向图，如图所示。 其中、分别为端口和端口的入射?波的复数表示值（幅度和相位），、分别为两端口的反射或出射?波的复数表示值。 图二端口网络的散射参数及其信号流图当，即端口接有匹配负载时，它反映了当端口匹配时，端口输入功率时的失配程度；，它反映了当端口匹配时，由端口到端口的功率增益。 反之，当，即互感器宽频传递特性的散射参数测?法电气应用?第卷第期端口以匹配负载端接时，端的复反射系数和方向传输系数分别为、。 参数的级联分析在分析两个子网络级联组成的合成网络的散射矩阵时，宜使用传输散射矩阵（）对该网络的端特性进?分析，由式（）可以得“，），一式中一联立式（）和式（）可求得散射矩阵与传输散射矩阵元素的关系如下，一，￥（）图是由两个二端网络级联组成的网络。 两个子网络和的相应参考阻抗为。 级联的兼容条件如下，（）式中，和分别为级联后网络的参考阻抗。 图两个二端口网络的级联对于子网络和，根据式（）分别可得其各自传输散射矩阵由图可知，“。 ，。 “在满足级联兼容的条件下，有，（）由式（）、式（）、式（）可得丁丁；在得到级联网络的传输散射矩阵后，可以根据式（）求得级联网络的散射参数。 参数与传输特性的关系研究互感器的传输特性是希望得到其低压侧与高压侧电压或电流在宽频率范围内的比值，因此宜采用互感器的参数，其表示形式为（）其中参数同参数之间的关系为（）（）（）这?是二端网络的端接阻抗，用矩阵形式表示为，得到二端口网络的参数之后，?可以得到该网络的电压传递特性（）（）（）式中，（）和（）分别代表二端网络低压侧和高压侧的电压。 也可以在将测?到的参数转换为参数，二端网络的电流传递特性可以由式（）求出。 （）（）（）测?实例本文采用网络分析仪测?一台的电磁式电压互感器，测?时采用的端接阻抗是。 该网络分析仪的频谱范围为，频率最小分辨率为。 对于空气绝缘变电站，开关操作在高压母线上产生的快速瞬态过电压的频谱主要集中在的频率范围内，因此本次测?频率选为，这个范围能满足工程需要。 校准能消除误差，提高测?精度。 在实际测?之前应做好以下两步校准工作，第一步为反射测?校准，包括开?、短?和标准负载校准；第二步为传输测?校准，包括前向传输校准和前向匹配校准。 校准工作完成后，将网络分析仪的初始频率设为，终止频率设为，横坐标采用对数电气应用?第卷第期互感器宽频传递特性的散射参数测?法形式。 首先对两根相同的、长为的引线（型号为、特性阻抗为的细同轴电缆）分别做了测?，然后将两根引线分别连接在互感器的两端，对该互感器进?了测?。 因为两根引线相同，所以其散射参数也是一致的。 图和图分别给出了其中一根引线和该互感器（包括引线）四个散射参数、和的测?结果。 ?囟图长引线的散射参数图电压互感器散射参数测?得到引线的散射参数、和连接引线的互感器散射参数之后，根据式（）将其分别转换为传输散射参数。 、。 和，它们有如下的关系（）根据式（），可求出互感器的传输散射参数，然后由式（）可以得到该互感器的参数，之后再根据式（）、式（）和式（）进?计算，将参数转化为参数，就得到了互感器的宽频电压传递特性。 图给出了该互感器在频率范围内宽频电压传递特性。 为了验证该方法的有效性，本文用脉冲法对互感器进?了测?。 脉冲源采用了信号，为了满足宽频带（）的要求，共进?了六次测?，交叉覆盖了本文的宽频带范围。 由图可以看出，这两种测?方法所得到的电压传递特性基本上一致，但参数法?为简单、快捷方?，并能得到互感器的阻抗特性。 结束语本文提出了测?互感器宽频传递特性的散射参数法，对一台的电磁式电压互感器进?了测?。 通过对测?结果的级联分析，得到了互感器的散射参数，并将散射参数转换为参数，得到了互感器的宽频传递特性。 通过与脉冲法相比较，散射参数法具有测?信噪比高、能通过校准自动消除