【毕业学位论文】电流型电子式电压互感器关键技术及其应用研究-电子式互感器及数字化变电站技术博士论文

学校代号 10532 学 号 分 类 号 密 级 公 开 博士学位论文 电流型电子式电压互感器关键技术 及其应用研究 学位申请人姓名 邵 霞 培 养 单 位 电气与信息工程学院 导师姓名及职称 周有庆教授、戴瑜兴教授 学 科 专 业 电气工程 研 究 方 向 电子式互感器及数字化变电站技术 论文提交日期 2013 年 10 月 11 日 学校代号 ： 10532 学号： 级：公 开 湖南大学博士学位论文 电流型电子式电压互感器关键技术及其应用研究 学位申请人姓名： 邵霞 导师姓名及职称： 周有庆教授、戴瑜兴教授 培养单位： 电气与信息工程学院 专业名称： 电气工程 论文提交日期： 2013 年 10 月 11 日 论文答辩日期： 2013 年 12 月 4 日 答辩委员会主席： 黄守道教授 (000 003 A in of in 2013电流型电子式电压互感器关键技术及其应用研究 要 电子式电压互感器（ 有体小质轻、无铁磁谐 振、绝缘性能好、频率响应范围宽以及采用数字量输出等优点，被认为是传统电压互感器的替代产品，代表着高性能电压互感器技术的发展方向。 虽然国内外研究人员在 理论和应用研究方面已经取得了很大进展，但是目前 技术尚不成熟，现场在运行的 遍存在受温度和电磁干扰影响较大、故障率偏高等问题。本文以开发性能稳定可靠的 目标， 提出了直测电流型 设计思想， 围绕电流型 功研制出 110流型 文完成的主要工作如下： （ 1）针对分压型 传输分压信号过程中易受电磁干扰的问题，提出了一种通过直接检测电容电流实现一次电压传感和测量的电流型 成方案。 该方案利用电容传感头将待测高电压直接变换为电容电流信号，再进行信号还原从而实现电压测量。由于传输电流信号几乎不受电磁场干扰的影响，因此从传感机理上保证了电流型 好的抗干扰性能。 （ 2）高压电容传感头是电流型 现信号传感的核心部件，针对常用的油浸式高压电容器易受杂散电容影响和介质损耗偏大的问题，提出了一种具有集中结构的独立式 立了电容传感头的数学模型和电场模型，利用有限元法对其电场分布和受杂散电容的影响情况进行了仿真分析。系统地研究了 度、电极几何参数等因素对电容传感头性能的影响，并提出相应的改进方法。仿 真分析及样机试验结果表明， 质损耗小、极间电场均匀、绝缘性能强。 （ 3）信号积分是电流型 现电压信号还原的关键环节，其工作特性直接影响 稳态和暂态性能。 针对常用积分电路不能兼顾宽频带响应特性和快速暂态响应的问题，提出了一种基于系统状态的自适应积分电路。自适应积分电路通过判别系统处于稳态或暂态情况，自动控制两种不同性能的积分器工作状态的切换，可以同时实现稳态宽频带响应性 能和快速暂态响应性能，满足电流型信号积分电路在工频信号高精度测量、谐波测量和暂态性能等各方面的要求。仿真分析结果验证了自适应积分电路的正确性和有效性。 （ 4）研究了提高电流型 作稳定性的误差补偿方法。针对温度和 用多传感器信息融合方法对电容传感头进行误差补偿。建立了包含温度、气体压力和电容传感头理想电容量的三元回归信息融合模型，采用最小二乘法获取最优的回归模型参数，计算电容传感头电容量的估计值，并利用该估计值对电流型 输出电压进行修正，博士学位论文 而实现电容传感头的误差补偿，仿真结果验证了信息融合方法的有效性。针对模拟信号处理电路的温度漂移问题，建立了模拟信号处理电路的温度误差模型，提出了基于铂电阻的温度补偿方法，温度误差试验结果表明该方法能有效提高模拟信号处理电路的温度稳定性。 （ 5）对电流型 高压电容传感头和信号处理单元进行了设计；分析了变电站电磁干扰侵入电流型 途径，研究了提高电流型 磁兼容性能的措施， 电磁兼容试验结果验证了所采取电磁兼容措施的有效性； 对研制的 110机进行了多项试验，试验结果表明，电流型 机的测量准确度达到 ，保护准确度达到 3P 级，而且符合 准的其它相关性能要求。 本文提出的电流型 用基于直测电容电流进行 高电压测量的传感原理和方法，具有抗干扰能力强、温度稳定性好、暂态性能好、带宽满足谐波测量要求的优点。本文的研究为 实现提供了新的思路和解决方案，研制的电流型机性能指标达到了预期的设计目标，能够满足工程实用化的要求，具有广阔的应用前景。 关键词：电流型电子式电压互感器；电容电流；电容传感头；自适应积分；信息融合；误差补偿；电磁兼容 电流型电子式电压互感器关键技术及其应用研究 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 士学位论文 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 流型电子式电压互感器关键技术及其应用研究 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 士学位论文 录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书 . I 摘 要 . . 图索引 . X 附表索引 . 1 章 绪 论 . 1 题背景及意义 . 1子式电压互感器的类型和基本原理 . 2源型 分类和基本原理 . 2源型 分类和基本原理 . 5研究与应用现状 . 8源型 研究与应用现状 . 8源型 研究与应用现状 . 9 程实用中存在的主要问题 . 10题来源及本文主要研究内容 . 12 第 2 章 电流型 组成原理研究 . 14 言 . 14流型 传感原理 . 14 于电流检测的电流型 感原理 . 14流型 感头电流直测方式的提出 . 17流型 组成及理论分析 . 19测电阻电流型 组成及理论分析 . 19测电容电流型 组成及理论分析 . 21章小结 . 26第 3 章 电流型 高压电容传感头理论与结构研究 . 27 言 . 27用油浸式高压电容器的性能局限性分析 . 27立式 . 32. 33. 34 . 37电流型电子式电压互感器关键技术及其应用研究 . 37. 40 . 41. 43. 43 度变化的影响 . 45 、低压电极几何参数的影响 . 47 进方法 . 49 章小结 . 50 第 4 章 电流型 自适应积分电路研究 . 51 言 . 51流型 信号积分的要求 . 51 于系统状态的自适应积分电路 . 52 适应积分电路的构成原理 . 53 态积分器和暂态积分器的特性分析 . 54 适应积分控制模块原理及关键技术 . 59 用自适应积分电路的电流型 能仿真 . 62 统工频稳态特性仿真 . 62 统谐波测量特性仿真 . 63 统暂态性能仿真 . 64 章小结 . 65 第 5 章 电流型 误差补偿方法研究 . 66 言 . 66于信息融合的电容传感头误差补偿方法研究 . 66 于回归分析的信息融合原理 . 67于信息融合的电容传感头误差补偿方法 . 68真及结果分析 . 72拟信号处理电路的温度误差控制方法研究 . 75 放失调温漂对积分电路的影响及改进方法 . 75拟信号处理电路的温度特性 . 76于铂电阻的温度补偿方法 . 78章小结 . 80 第 6 章 电流型 设计及样机试验 . 81 言 . 81流型 技术指标 . 81 博士学位论文 流型 设计 . 82 . 82号处理单元的设计 . 84流型 电磁兼容设计 . 90 电站的电磁干扰源 . 90磁干扰侵入电流型 途径分析 . 91压电容传感头及其引线的电磁兼容设计 . 91号处理单元的电磁兼容设计 . 94 流型 样机试验 . 98 容传感头性能测试 . 98 确度试验 . 99 度稳定性试验 . 102 间稳定性试验 . 102 态性能试验 . 103 压试验及电磁兼容试验 . 105 章小结 . 106总结与展望 . 107 参考文献 . 109 致 谢 . 120 附录 A 攻读博士学位期间发表的学术论文目录 . 121 附录 B 攻读博士学位期间承担的科研项目及成果目录 . 122 电流型电子式电压互感器关键技术及应用研究 X 插图索引 图 于 应的光学电压互感器原理图 . 2 图 向调制式光学电压互感器结构 . 3 图 向调制式光学电压互感器结构 . 4 图 于逆压电效应的光学电压互感器结构 . 5 图 阻分压型 构示意图 . 6 图 容分压器结构示意图 . 7 图 压信号的电磁干扰耦合模型 . 14 图 流源系统的电磁干扰耦合模型 . 15 图 流型 感原理示意图 . 16 图 用小 空心线圈检测电容电流的电路示意图 . 17 图 用小 测电容电流方式的一次等效电路图 . 18 图 感头电流直测电路 . 19 图 测电阻电流型 整体构成方案 . 19 图 测电容电流型 整体构成方案 . 21 图 想积分器结构示意图 . 22 图 测电容电流型 次等效电路图 . 23 图 流型 次侧短路的