|
摘要：綜述了國內(nèi)外電子式電壓互感器研究的現(xiàn)狀，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，介紹了幾種典型的電子式電壓互感器。
1 引言
電壓互感器是電力系統(tǒng)中一次電氣回路與二次電氣回路間不可缺少的連接設(shè)備， 其精度及可靠性與電力系統(tǒng)的可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行密切相關(guān)。目前，電網(wǎng)中普遍采用電磁式電壓互感器或電容分壓式電壓互感器進(jìn)行電壓測量、電能計(jì)量和繼電保護(hù)。由于傳統(tǒng)的電壓互感器二次輸出的100V 或100/姨3 V 的電壓信號(hào)不能直接和微機(jī)相連， 因此已難以適應(yīng)電力系統(tǒng)自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化的發(fā)展趨勢(shì)。而由于現(xiàn)代電子測量技術(shù)能實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱信號(hào)的精確測量，繼電保護(hù)和二次測量裝置不再需要大功率大驅(qū)動(dòng)，僅需幾伏的電壓信號(hào), 即系統(tǒng)對(duì)互感器的參數(shù)要求發(fā)生了變化，因而出現(xiàn)了電子式電壓互感器，并且電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)測控技術(shù)以及數(shù)字化電力技術(shù)的快速發(fā)展也不斷促進(jìn)電子式電壓互感器的改進(jìn)和發(fā)展。
2 電壓互感器研究現(xiàn)狀
國外對(duì)光學(xué)電壓互感器的研究起步于20 世紀(jì)60 年代。七十年代隨著光導(dǎo)纖維的出現(xiàn)，電力系統(tǒng)中出現(xiàn)了研究光學(xué)電壓互感器的熱潮。日本、瑞士和法國等國家的許多公司投入了大量的人力和財(cái)力從事這方面的研究。八十年代后期，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及光纖傳感技術(shù)的深入發(fā)展， 光學(xué)電壓互感器在高電壓系統(tǒng)中的應(yīng)用取得了突破性的進(jìn)展。九十年代后， 光學(xué)電壓互感器的研究進(jìn)入實(shí)用化階段，國外已經(jīng)研制出123kV～765kV 的系列光學(xué)電壓互感器。國內(nèi)對(duì)光學(xué)電壓互感器的研究始于20 世紀(jì)80 年代，經(jīng)過近30 年的研究,我國已研制出110kV的光學(xué)電壓互感器。
由于有源電子式電壓互感器在技術(shù)和成本等方面的要求均比較低，易取得實(shí)用化進(jìn)展，因而成為我國電子式電壓互感器的研究熱點(diǎn)。目前，我國許多大學(xué)和科研單位都在從事有源電子式電壓互感器的研制工作，并已達(dá)到較實(shí)用的水平。同時(shí)一些公司已可小規(guī)模地生產(chǎn)符合國標(biāo)的有源電子式電壓互感器。為了規(guī)范和推動(dòng)電子式互感器的發(fā)展， 國際電工委員(IEC)在1999 年制定了電子式電壓互感器和電子式電流互感器標(biāo)準(zhǔn)IEC60044 -7 和IEC60044-8。2007 年我國在沈陽變壓器研究所全國互感器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)的主持下, 參照國際電工委員會(huì)制定的標(biāo)準(zhǔn)IEC60044-7 和IEC60044-8 并結(jié)合我國的實(shí)際情況, 頒布了基于IEC 標(biāo)準(zhǔn)的電子式互感器國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20840.7 -2007 和GB/T20840.8-2007。制定和發(fā)布這些標(biāo)準(zhǔn)說明我國電子式互感器已經(jīng)從研發(fā)階段進(jìn)入到了實(shí)用階段。
3 光學(xué)電壓互感器
3.1 光學(xué)電壓互感器的原理
光學(xué)電壓互感器研究的起始階段， 主要是基于電光效應(yīng)的純光學(xué)式的光學(xué)電壓互感器的研究，但是由于這種互感器光學(xué)轉(zhuǎn)換器件的溫度的特性，一直無法滿足戶外環(huán)境下0.2 級(jí)精度的要求，因此，目前已改為研究電子式的光學(xué)電壓互感器。光學(xué)電壓互感器的測量原理大致可分為基于Pockels 效應(yīng)和基于逆壓電效應(yīng)或電致伸縮效應(yīng)兩種。目前研究的光學(xué)電壓互感器大多是基于Pockels效應(yīng)。Pockels 效應(yīng)就是電光晶體在沒有外加電場作用時(shí)是各向同性的，而在外加電壓作用下，晶體變?yōu)楦飨虍愋缘碾p軸晶體， 從而導(dǎo)致其折射率和通過晶體的光偏振態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生雙折射，一束光變成兩束偏振光，且這兩束光的速率不同。借助雙折射效應(yīng)和干涉的方法進(jìn)行精確地測量，進(jìn)而得到所要測量的電壓值。
光學(xué)電壓互感器具有尺寸小、重量輕、絕緣性好、頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、不受電磁干擾和安全性好等優(yōu)點(diǎn)。因此，各國都在尋求把光電子學(xué)技術(shù)用于特高壓大電流電網(wǎng)中的方法。
3.2 存在的問題
(1)需要較多的精度要求比較高的光學(xué)部件，光學(xué)系統(tǒng)的封裝校準(zhǔn)困難，不易進(jìn)行批量生產(chǎn)，運(yùn)輸過程中易損壞，給現(xiàn)場安裝、運(yùn)行和調(diào)試帶來了困難。
(2)影響光學(xué)電壓互感器可靠性與精度的最關(guān)鍵的溫度和光電轉(zhuǎn)換的非線性問題有待解決。
(3)電源供電模塊應(yīng)做進(jìn)一步改進(jìn)。
4 電容分壓電子式電壓互感器
4.1 電容分壓電子式電壓互感器的原理
電容分壓電子式電壓互感器的關(guān)鍵是電容分壓器。電容分壓器由高壓臂電容C1和低壓臂電容C2組成。電容分壓器利用電容分壓原理實(shí)現(xiàn)電壓變換，將高壓分為低壓并進(jìn)行A/D 變換，經(jīng)電/光轉(zhuǎn)換耦合進(jìn)行光纖傳輸， 傳至信號(hào)處理單元進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換，經(jīng)微機(jī)系統(tǒng)處理輸出數(shù)字信號(hào)或進(jìn)行D/A 轉(zhuǎn)換輸出模擬信號(hào)。
該互感器由光纖傳送信號(hào)， 解決了絕緣和抗電磁干擾問題，并且無鐵心，因此不存在由于鐵心飽和引起的一系列問題，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，二次負(fù)載的變化對(duì)暫態(tài)過程影響不大。
4.2 存在的問題
(1)其傳感元件為電容分壓器，最突出的暫態(tài)問題是高壓側(cè)出口短路和電荷俘獲現(xiàn)象。
(2)電容分壓器的電容隨環(huán)境溫度的變化而變化。如果沿著電容分壓器高度方向溫度不均勻,電容的分壓比將發(fā)生改變，電壓互感器的誤差就會(huì)增大。
(3)電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定，使得串聯(lián)在電路中的電抗器和并聯(lián)在電路中的電容器之間可能發(fā)生不平衡諧振。
(4)一次電壓過零短路將產(chǎn)生較大誤差。
5 電阻分壓電子式電壓互感器
5.1 電阻分壓電子式電壓互感器原理
其中由高壓臂電阻R1和低壓臂電阻R2組成電阻分壓器，并獲取電壓信號(hào)。為防止低壓部分過電壓和保護(hù)二次側(cè)測量裝置，在低壓電阻上加裝一個(gè)放電管S，
使其放電電壓略小于或等于低壓側(cè)允許的最大電壓。該電壓傳感器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、傳輸頻帶寬、線性度好、無諧振、克服了鐵心飽和的缺點(diǎn)、無負(fù)載分擔(dān)、允許短路開路和具有較高的可靠性，并且一個(gè)傳感器可以同時(shí)滿足測量和保護(hù)的要求。因此在中低壓系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。
|
