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1、邵阳学院毕业设计（论文）摘 要随着中国社会主义经济的飞速发展，电力技术也必须不断发展，使得它能适应中国农工商业的用电需求。电力系统输电容量的不断扩大，远距离输电迅速增加，电网等级的不断提高。为了使变电站自动化的技术进一步改善，互感器不断的改良更新，使二次系统起到更精确的测量和监控作用。本文通过对几种电压互感器的结构分析，比较其各自的优缺点，最终选择了阻容式电压互感器作为本文的研究对象。通过初步电路设计，原理分析，参数计算，确定阻容式分压式传感器的结构组成，通过仿真和实验，证明出其测量准确度高，暂态相应特性好，线性无饱和等一系列优点。然后通过有源光学电压传感器设计，使其满足电力系统测控和继电保护
2、对电压信号的取样要求。最后通过对传感头和信号处理器的屏蔽，系统悬浮接地，在电路板上的电源与地线间加去耦电容等方法，使其电磁兼容措施得到完善，让系统的可靠性得到进一步的保证和提高。关键词：电压互感器；计算；MATLAB仿真AbstractWith socialism in Chinas rapid economic development, power technology must continue to develop, make it to the Chinese agricultural trade demand. Power transmission system capacity c
3、ontinues to expand, a rapid increase in long-distance power transmission, power grids levels rising. For substation automation technology to further improve the transformer constantly improved update so that the second system has played a more precise measurement and monitoring role. Based on severa
4、l voltage transformer structure analysis and comparison of their respective merits, finally chose the RCVT transformer, as this study. The initial circuit design, principle analysis, parameter calculation, to determine R-pressure sensor structure and Through simulation and experiment, has demonstrat
5、ed this kind of AOVT has advantages of high accuracy, better transient response characteristics, well linearity and no saturation etc. Then through an ideal project in the design of AOVT, make it responsive to the power system protection and control of the voltage signal sampling requirements. Final
6、ly, the sensor and signal processor shielding, grounding suspension system, circuit filter into the methods, EMC measures to enable it to be perfect, so that the reliability of the system is further assured and improved. Keywords: tension transformer; count; MATLABsimilation 35目 录摘 要IAbstractII1绪论11
7、.1 题目背景及目的11.2 国内外研究状况12 电压互感器原理42.1 电压互感器工作原理42.2 电容式电压互感器工作原理52.3 电阻式电压互感器工作原理62.4 阻容分压型互感器工作原理及参数计算72.5 电压互感器的分类93 电压互感器设计计算113.1 计算依据113.2 铁心设计计算113.3 铁心截面确定123.4 绕组设计计算154 阻容分压型互感器194.1 阻容分压器194.2 阻容分压式互感器原理接线图194.3 阻容分压互感器的元件选择及测量204.4 电阻元件的器件选择及测量215 电子式电压互感器的信号处理系统225.1 引言225.2 滤波电路225.3 积分电
8、路225.4 模数转换环节的设计246 电磁兼容设计256.1 电磁兼容的分类256.2 我国的电磁兼容技术标准体系256.3 部分电磁兼容技术介绍256.4 电磁兼容初步设计267 MATLAB仿真277.1 引言277.2 仿真原理图277.3 仿真参数设置287.4 仿真波形.31总结32参考文献33致谢341 绪论1.1 题目背景及目的随着生产的发展，对电力的需求量越来越大、电压等级越来越高，使得传统电压互感器（PT）的体积越来越大、造价越来越高，同时也给PT的防爆和电力系统的安全带来很大的困难。在高压输电系统中，绝缘和抗电磁干扰是两个重要课题，多年来人们一直在寻求可以替代传统电压互感
9、器的电压测量设备。随着计算机的广泛应用，通信技术，传感技术的飞跃发展，电力系统控制保护技术也发生了重大的变化，传统的电磁式继电保护正转变为微机处理机分级监控保护，在电网中心系统管理下，实现分级管理，组成智能化远动终端，电压传感器在电力系统控制保护和监控中起枢纽作用，因此现代电网的发展对电压互感器不仅提出了绝缘密封温度热稳定安全可靠，有良好的限制谐震过电压设计，还要求它具有高、低压完全隔离，抗电磁干扰性能好，频带宽及无铁磁饱和等优点。目前我国高压及超高压电力网广泛采用电磁式电压互感器PT和电容式电压互感器CVT 作为电压测量元件。电磁式电压互感器可以说是最初的互感器，其工作原理和变压器相同，电压
10、互感器一次绕组并联在高压电电网上，二次绕组外部并接测量仪表和继电保护装置等负荷，仪表和机电器的阻抗都很大，二次负荷电流小，且负荷一般都比较恒定。PT的容量很小，接近于变压器空载运行情况，运行中电压互感器一次电压不受二次负荷的影响，二次电压在正常使用条件下实质上与一次电压成正比。但由于其适应高电压等级和耐雷电水平差和串联谐振问题，逐渐被电容式电压互感器CVT所取代。利用电容分压器作为传感头的互感器，主要由电容分压器、中间变压器、补偿电抗器、阻尼器等部分组成。电容分压器具有电磁电压互感器的所有功能，同时可以兼作载波通信的耦合电容器之用；其耐雷冲击性能也比一般的PT要优越；同时CVT不存在电磁式电压
11、互感器与断口电容的串联铁磁谐振问题。但以电容分压作为工作原理的传感头不能解决暂态过程中瞬变响应差的问题，此外，有源型光电传感器在高压端传感头部分采用电子线路实现对模拟信号的处理及模数和光电转换，而这部分电子线路的供能必须依靠外界电源实现，所以工作电源稳定可靠的获取直接关系到该类传感器的实用性。1.2 国内外研究状况在现代电力系统中，随着变电站对互感器精度要求的不断提高，依靠微机进行系统参量智能检测是必然的结果，从而产生了电子式电压互感器。 20世纪80年代，发达国家的电气公司就已投入大量人力和物力从事电子式电压互感器的研发，加拿大NxtPHASE公司设计的光电式电压互感器基于Pockels效应
12、。其导体上的电压产生电场，并从光发射二极管中发射出光信号，且通过光纤。由传感器产生的数据经结合可进行高精度电压测试。国际著名公司ABB公司作为国际上提供标准化光学电流和电压传感设备的领先者之一，其中光电式电压互感器使用光学传感器，电压范围72.5kV至550kV，使用了中空管成分绝缘体和SF6气体绝缘体，使体积小，并便于安装。美国、日本、法国和前苏联等国先后研制出实用性的电子式互感器样机，并挂网运行取得成功。九十年代以后，光学电力互感器的研究进入实用化阶段，美国、法国和日本等技术发达国家陆续公布了他们研制的各种光学电力互感器运行及鉴定数据。如ABB跨国公司、法国ALSTOM公司、日本东电、东芝
13、、住友等公司，研制出123765kV的OPT系列产品，并有一批产品在许多国家的电力系统中投入使用。而我国对电子式电压互感器的研究起步较慢，于20世纪80年代，其中机电部26所，清华大学，华中理工大学，上海科技大学等对其做了较多的工作，取得了不少宝贵经验。2001年华中科技大学开发了一种光学电压互感器。其对传感头的设计提出了模块化结构的设计思想，光路系统采用双光路互补的结构，信号处理采用DSP技术。此后对新方案的性能进行了测试，实验结果表明：新型光学电压互感器具有良好的性能，双光路结构具有很好的温度补偿特性，稳定性很好，线性度在0.2%以内，比差在0.2%以内，通过了一系列绝缘耐压试验。大约在二
14、十世纪末，我国光学电压互感器开始取得了较大的发展。光纤通信、光电信息存储、激光技术、光纤传感等新型的研究成果已渗入到国民经济发展和人民日常生活的各个领域。作为国家能源工业支柱的电力系统，在近十年的发展历程中，同样受到了光电技术发展的强烈冲击，一大批基于光电技术的成熟产品在系统中得到运用，并以其优异的性能和全新的模式迅速改变着传统电力工业的面貌。如电力光纤通信网的普及使原来分布的、孤立的各发、变、配、送、用电系统融合为一个整体；光纤传感技术与故障诊断技术的结合为电力主设备的安全可靠运行提供了强有力的保障；全新的光电互感器的研究及其二次设备的研制使得“数字化电力系统”的前景更加光明。可以说，光电技
15、术的运用及其与IT技术的结合，正使传统的电力系统面临一场重大的技术变革。经过20多年的研究，光学电压互感器原理和种类已趋于成熟，从目前已研制出的光学电压互感器来看，基本原理都相同，信号处理部分也基本一样，不同之处主要在于一次部分的结构及光学电压传感器的结构。光纤电压互感器要实现实用化、产业化尚需解决以下几个问题：(1)长期运行的可靠性与稳定性；(2)具有足够的测量精度的研究。如使用纯净且经过多次提拉的BGO晶体；(3)采取光学和电学多种有效补偿措施，消除光功率波动、温度变化等对测量结果的影响。如光电转换中的响应电流十分微弱，信号处理电路应该严格限制温漂的影响和外界电磁场的干扰。最近几年光电互感器的研究和产品化受到广泛的关注，目前国内对光电互感器的研究大多局限于实验室和试运行阶段，还没有完全实现产品化的相关报道，此外研究主要集中在互感器本身的特性和计量应用等方面，而对于如何将光电互感器运用于变电站自动化系统及其设备，如何与二次设备接口等问题研究的很少。本文对变电站引入光电互感器后，如何与继电保护装置连接、如何建立一个带光纤数字接口的继电保护装置的问题进行了研究。重点对其中的关键技术：数字化以太
