【原创】智能型故障指示器之电场测量

【原创】智能型故障指示器之电场测量1.架空配电线路电场分析

架空配电线路下方的工频电场由配电导线上的电荷产生，其计算可以采用等效电荷法，该方法以静电场的镜像法为基础，把导体表面不连续分布的电荷用其内部一组等效电荷来代替，计算式如下：式中，[U]——各导线对地电压的单列矩阵；[Q]——各导线上等效电荷密度的单列矩阵；[λ]——各导线自电位系数和互电位系数组成的方阵。其中：式中，ε0——空气介电常数，hi——i导线离地高度；Lij——i,j导线之间的距离；L’ij——i,j’(j导线的镜像)导线之间的距离；Ri——送电导线的半径。空间任意一点（x，y）的电场强度可表达为式中，xi,yi——导线i的坐标（i=1,2…m）；m——导线数目；Li，Li’——分别为导线i及其镜像至计算点的距离。上述系列公式适合同塔多相导线及多回路导线空间电场的分析，也代表了当前智能型故障指示器所安装点位置的实际电场测量环境。2.单架空导线正下方的电场分析

在空旷环境下架设的单架空导线，导线可近似与大地平行，可将导线上的电荷等效为点电荷或线电荷，其正下方与大地之间的电场呈均匀分布，其电场强度E满足公式：其中：d1、d2分别为测试点距导线和大地间的距离。安装点位置P与被测相导线间的电压ui1满足：智能型故障指示器正式基于上述原理，通过测量安装点位置P与被测相导线间的电压来计算出被测相导线对大地电压ui的。实际应用时，由于系统结构和空间介质不一样等因素，安装点位置P的电压ui1并不能和距离d1、d2成上述简单比例关系，而是和其等效电容相关，即关系如下：其中：C1为安装点位置P与导线间的等效电容，C2为安装点位置P与大地间的等效电容。在系统结构和空间介质一定的情况下，上式中C1和C2的参数值相对固定，因此利用ui1的测量值来计算相导线对大地电压ui仍然是合理可靠的。3.智能型故障指示器之电场测量

智能型故障指示器通过测量安装点位置电场以间接测量被测相导线的对地电压ui1，实际电场的测量依赖测量安装点位置P与被测相导线间的电压来实现，即采用前述单架空导线正下方的电场分析方法来获得被测相导线的对地电压，具体实现方法如图：在信号测量电路设计时，应把被测相导线作为电路的信号地，以提高电路自身的抗干扰能力，并尽可能选用输入阻抗较高的运算放大器作为被检信号的输入回路。4.工频电场干扰的屏蔽

10kV架空线路的典型排列方式包括：水平排列、三角排列、垂直排列、同塔双回垂直排列、同塔多回垂直排列等多种方式，其线路空间任意点的实际工频电场均是各相导线在该处所产生工频电场的综合叠加，即智能型故障指示器所测的安装点电场不仅包含被测相导线在该处感应的工频电场，还包含邻相导线以及同塔其它回路在该处的工频电场分量，尤其在同塔混合电压多回线路送电的情况下，其它高压导线产生的工频电场分量可能较大，严重干扰被测导线的电场测量结果，需采取措施对被测点的工频电场干扰分量进行屏蔽，方法如图：针对不同的10KV架空线路排列方式，采用前述屏蔽措施后的智能型故障指示器安装后的电场屏蔽方式如图。5.小结

电场测量值为智能型故障指示器的故障录波启动信号，其测量的准确性具有重要意义，而安装点的工频电场为各相导线在该处所感应工频电场的叠加，应用环境复杂多变，采用可靠的测量方法和良好的干扰分量屏蔽措施，是保障智能型故障指示器可靠工作的前提