陳文玲

摘 要：電壓互感器指的是進(jìn)行電力系統(tǒng)基本續(xù)電保護(hù)以及電能計(jì)量的測(cè)試設(shè)備，電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中要想具有經(jīng)濟(jì)性、可靠性、安全性，就必須讓電壓互感器具有可靠性和準(zhǔn)確性。目前我國(guó)傳統(tǒng)形式的電壓互感器不僅不能滿足電壓電網(wǎng)的提升和傳輸電力容量的增大，還不能讓自動(dòng)化的電力系統(tǒng)得到滿足，再加上工藝問題，使得電壓互感器光學(xué)技術(shù)不夠可靠、成熟。文章主要設(shè)計(jì)了一種新型電壓電子互感器，并通過與電壓電容互感器和光纖的結(jié)合，成功解決了傳輸過程中出現(xiàn)的抗電磁干擾和絕緣等問題。

關(guān)鍵詞：電容分壓；電壓互感器；數(shù)據(jù)采集；光纖

電力市場(chǎng)交易以及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行、安全運(yùn)行是保證電力系統(tǒng)的功率、電流、電壓等測(cè)量電參數(shù)擁有可靠、準(zhǔn)確的先決條件[1]。電壓互感器主要是連接二次電氣回路和一次電氣回路，它可以讓一次系統(tǒng)電氣隔離、二次系統(tǒng)電氣隔離得到實(shí)現(xiàn)，并且進(jìn)行了高電壓一次側(cè)的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為電氣測(cè)量?jī)x表、續(xù)電保護(hù)裝置等適合的低電壓。

1 電壓互感器電子式的基本原理

電壓互感器從有源電子式進(jìn)行分析主要有三種分壓形式，分別是阻容分壓式、電容分壓式以及電阻分壓式。

1.1 阻容分壓式

阻容分壓式是指進(jìn)行交流高壓分壓測(cè)量和直流高壓分壓測(cè)量的其它方法，它測(cè)試高低壓臂時(shí)需要電容元件和電阻元件，也就是說它是阻容混合，是通過交流高壓分壓器和直流高壓分壓器來進(jìn)行發(fā)展改進(jìn)的。分壓器的使用主要是為了讓測(cè)量電壓達(dá)到一定等級(jí)，一般情況下是由多個(gè)串聯(lián)元件形成，此外，還有一些混合阻容分壓器的單元是由每個(gè)并聯(lián)阻容元件組成。串聯(lián)阻容分壓和并聯(lián)阻容分壓組成阻容分壓器，其中串聯(lián)阻容分壓主要應(yīng)用于交流工頻電壓測(cè)量以及雷電沖擊電壓測(cè)量，并且在交流工頻電壓測(cè)量時(shí)要求電壓等級(jí)不高，而并聯(lián)阻容分壓主要應(yīng)用于直流高壓測(cè)量或者雷電沖擊測(cè)量[2]。

1.2 電容分壓式

電容分壓器是系獲取CTV系統(tǒng)的單元信號(hào)，它是比較理想的高電壓系統(tǒng)信號(hào)獲取方法，它的原理公式為UC2=KU1，其中U1為兩個(gè)串聯(lián)電容，它是Uc1+Uc2，K為分壓比，它是C2/（C1+C2），也就是說只要C1、C2電容量的選擇合適，分壓比就可以得到。U1是指一次被側(cè)電壓，Uc1、Uc2是指電容分壓器的電壓，C1、C2是指分壓器低壓臂和分壓器高壓臂。

1.3 電阻分壓式

電阻分壓式主要是利用電阻分壓器進(jìn)行的，它的電壓信號(hào)由低壓側(cè)進(jìn)行取出，它的低壓臂電阻和高壓臂電阻形成分壓器。為了保護(hù)測(cè)量二次側(cè)裝置，防止出現(xiàn)地壓過電壓現(xiàn)象，就必須加裝一個(gè)穩(wěn)壓管或者放電管于低壓電阻上，這樣可以讓放電電量正好等于或者小于允許的低壓側(cè)最大電壓。電阻分壓式的理想分壓比公式為k=1+R1/R2，R1、R2是指低壓臂電阻和高壓臂電阻。實(shí)際操作中電阻分壓器自身存在的誤差是無法避免的，測(cè)量誤差產(chǎn)生的主要原因是周圍電位物體和分壓器之間的固有電場(chǎng)導(dǎo)致雜散電容出現(xiàn)，此外，絕緣支架出現(xiàn)的電流泄漏、高壓電極的電暈放點(diǎn)現(xiàn)象以及電阻元件自身的穩(wěn)定性等都是引起測(cè)量誤差的主要原因[3]。

2 電壓互感器電子式的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

2.1 電容分壓器

電容分壓器指的是系統(tǒng)獲取的單元信號(hào)，并通過并聯(lián)、串聯(lián)電容器的方式進(jìn)行高電壓電網(wǎng)分壓。目前電容分壓器主要存在兩方面錯(cuò)誤，第一，電容分壓器的安裝一般是在室外，這就使得溫度一旦出現(xiàn)大范圍變化直接導(dǎo)致電容分壓器分壓比受到影響，分壓比呈現(xiàn)出不穩(wěn)定，不能保證測(cè)量的精準(zhǔn)度；第二，分壓電容器所產(chǎn)生的相位差，這種差異可以通過并聯(lián)、串聯(lián)電容器的分壓方式來讓分壓比受溫度的影響得到減少[4]。從系統(tǒng)軟件上來看，溫度是一個(gè)進(jìn)行電壓信號(hào)信息融合的重要參數(shù)，它可以消除整個(gè)系統(tǒng)受到溫度變化的影響。

2.2 電子高壓側(cè)單元

電子高壓側(cè)單元在系統(tǒng)中起到外核的作用，它主要有光發(fā)射模塊、預(yù)處理信號(hào)模塊、兩個(gè)單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換以及一片先出先進(jìn)的存儲(chǔ)器等。電子高壓側(cè)單元利用兩個(gè)單片機(jī)來進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的提升，其中一個(gè)單片機(jī)是專門進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，它是快速的利用光纖來進(jìn)行FIFO數(shù)據(jù)主控室的傳輸，另一個(gè)單片機(jī)是進(jìn)行采樣責(zé)任，它是進(jìn)行FIFO數(shù)據(jù)暫存，此外，電子高壓側(cè)單元還進(jìn)行溫度傳感器的控制，通過數(shù)據(jù)傳輸來進(jìn)行主控室溫度信號(hào)的傳輸。電子高壓側(cè)單元利用16位AD高速采樣芯片進(jìn)行系統(tǒng)采樣精度的提升，通過每周期64個(gè)點(diǎn)的采樣。兩個(gè)單片機(jī)在運(yùn)行過程中要滿足，在第一個(gè)采樣單片機(jī)進(jìn)行一周期之內(nèi)，保證第二個(gè)采樣單片機(jī)把一周64個(gè)數(shù)據(jù)采樣全部傳完，并且兼顧溫度數(shù)值傳輸和溫度傳感器測(cè)量[5]。采取一線芯片技術(shù)進(jìn)行溫度傳感器，這種技術(shù)不僅轉(zhuǎn)換速度快、接線簡(jiǎn)單，還直接顯示數(shù)字測(cè)量信號(hào)結(jié)果。電子高壓側(cè)單元是在強(qiáng)干擾電磁環(huán)境下進(jìn)行工作的，所以必須讓高壓側(cè)電子具備快速處理功能、強(qiáng)抗干擾能力以及處理精度。

2.3 低壓側(cè)主控室

低壓側(cè)主控室的作用為進(jìn)行光信號(hào)的接受，并進(jìn)行電轉(zhuǎn)化、光轉(zhuǎn)換，還可以進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)處理、融合溫度值處理、電壓數(shù)據(jù)處理、濾波值融合處理、電壓信號(hào)融合處理以及相位補(bǔ)償融合處理等。低壓側(cè)主控室不僅可以讓系統(tǒng)受到溫度影響范圍進(jìn)行降低，還可以讓分壓相位差進(jìn)行補(bǔ)償，從而使得整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量穩(wěn)定性和測(cè)量準(zhǔn)確度得到提升。通過有效定義來計(jì)算出被測(cè)電壓波形和給出計(jì)量值，并根據(jù)模擬接口和數(shù)字接口讓續(xù)電保護(hù)系統(tǒng)以及便捷快速系統(tǒng)形成一體。低壓側(cè)主控室采取穩(wěn)定性高、哈佛結(jié)構(gòu)、編程簡(jiǎn)單、操作流水線、接口便捷、運(yùn)算速度快以及專用硬件乘法器的芯片來進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，使得數(shù)字化控制受到非常廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。

2.4 光纖傳輸

光纖自身具備的優(yōu)點(diǎn)是不受電磁干擾、絕緣性能好等，這些優(yōu)點(diǎn)正好可以讓高壓傳輸中的系統(tǒng)隔離矛盾、系統(tǒng)傳輸矛盾得到新解決途徑。光纖傳輸主要是對(duì)攜帶溫度測(cè)試數(shù)字光信號(hào)和電壓測(cè)試信息進(jìn)行傳送的，它讓高電壓與低電壓之間的電隔離得到實(shí)現(xiàn)，從而提升了整個(gè)系統(tǒng)的安全保護(hù)，此外，光纖傳輸使用的高靈敏度接受光組件和單模光纖組件，這種傳輸?shù)暮锰幨强煽啃愿?、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)[6]。光纖傳輸性能可以受到光源光功率穩(wěn)定性的影響，所以引入一個(gè)自動(dòng)控制光功率的電路于光發(fā)射模塊內(nèi)。

3 測(cè)試結(jié)果分析

3.1線性測(cè)試和誤差測(cè)試

一次電壓數(shù)值的TV額定是127KV，通過升壓器的調(diào)節(jié)讓TV電壓增加到190KV，從ETV線性特性測(cè)試和誤差測(cè)試分析，可以知道當(dāng)電壓為3.048KV時(shí)，比差為0.54%，角差為13.4'；當(dāng)電壓為5.997KV時(shí)，比差為0.33%，角差為5.61'；當(dāng)電壓為100.53KV時(shí)，比差為0.01%，角差為3.3'；當(dāng)電壓為126.483KV時(shí)，比差為-0.01%，角差為4.2'；當(dāng)電壓為154.554KV時(shí)，比差為0.01%，角差為4.4'；當(dāng)電壓為191.386KV時(shí)，比差為0.01%，角差為5.3'。通過上述數(shù)據(jù)表明了ETV的角差和比差滿足3P級(jí)保護(hù)和0.2級(jí)計(jì)量的要求，它的線性測(cè)試比較好。

3.2 溫度特性測(cè)試

在溫度控制室內(nèi)放入互感器，并將溫度調(diào)節(jié)為零下15℃與45℃之間，取四個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行TV溫度特性測(cè)試的額定電壓施加，可以知道當(dāng)溫度為44.35℃時(shí)，比差為-0.1279%，角差為2.35'；當(dāng)溫度為29.69℃時(shí)，比差為-0.1437%，角差為3.045'；當(dāng)溫度為-6.13℃時(shí)，比差為-0.045%，角差為5.31'；當(dāng)溫度為-16.31℃時(shí)，比差為0.047%，角差為5.98'。通過上述數(shù)據(jù)表明了互感器的角差以及比差在試驗(yàn)溫度內(nèi)存在一定變化，它發(fā)生變化的原因主要是數(shù)字變換模擬器的運(yùn)放器件、電容器件以及電阻器件等。

4 結(jié)束語

目前我國(guó)傳統(tǒng)形式的電壓互感器不僅不能滿足電壓電網(wǎng)的提升和傳輸電力容量的增大，還不能讓自動(dòng)化的電力系統(tǒng)得到滿足，再加上工藝問題，使得電壓互感器光學(xué)技術(shù)不夠可靠、成熟。電壓電容互感器和光纖的結(jié)合，不僅成功解決了傳輸過程中出現(xiàn)的抗電磁干擾和決絕等問題，還讓電力系統(tǒng)具備經(jīng)濟(jì)性、可靠性、安全性，電壓互感器具有可靠性和準(zhǔn)確性。

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