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1、电站雄者白劫把年月第期采用多个电场传感器的光电压互感器摘要光电压互感器已经制成并经过浏试这些互感器采用了三个电场传感器,这些传感器的位和扮出的选择组合,分别按照求积法获得电压浏黄即使有互感器几何外部局部变化引起的电场干扰存在,它们也能满足正级要求和维持级的精确度用在浏试中的几何中的局部变化模拟了在变电站发生的情况,例如,设备的安装和移动。关健词电场作用电场浏量电场高斯求积高压技术积分数学数字分析光学转换器电压浏圣介绍设计和工作原理与传统的感性和容性电压互感器相比,用于电力传输的光电压互感器以下称作具有许多优点。其中有电气绝缘更好、频带更宽、动态范围更大、重量更轻和外形更小。采用光纤载送至或来自
2、传感器头的侧量光信号,在高压环境中与观察者在电气上进行隔离,使测量免受电磁干扰。这里介绍了对采用三个小型电光场传感器精确测量电压的光电压互感器实验室测试结果。正如它们的前辈一样,与绝大多数光电压互感器相比,这些光电压互感器是独特的, 其内部电极以安全距离分隔,避免采用凡气体或其它方法。采用求积方法使这方面的设计成为可能,用高压电极和接地电极之间的现场采样值可以有效地求出有效数字线积分,而得到这些电极之间电压的精确测量值。这些传感器装在一个充满氮气的空心的现成的高压绝缘体内,环境安全,使光电压互感器结构在机械上和电气上非常耐用。采用这种方法,外部的几何变化,例如,变电站中相邻设备的安装,不会影响
3、到光电压互感器的精度,光电压互感器也不需要重新校正。在下一节中,介绍光电压互感器的基本原理。然后,概述为确定存在外部几何变化时光电压互感器精度而进行的标准高压实验室测试和附加测试,并报告结果。光电压互感器功能性后面的核心概念就是用求积的方法将电场进行有效数字积分。针对所需的电压测量精度、特殊的有支座的几何形状和沿着积分线路预期的电场最严重扰动漏电场作用,积分方法用来确定所需的传感器数量、放置的位置、如何加权和组合它们的输出。沿着任意线路,将平行于由点到点之间的那个线路的电场分量积分,得出这两点之间的电压差。让和处在轴,用加权求和所得积分线路是直线并近似于整数,得到下列式子、一凡二一艺,公式中,
4、是沿着轴的电场分量,是采样数量,为是第个采样值位置,。是第个采样值加权。用求积法可以求出和。这包括定义一个无干扰系统和一个最坏情况的受干扰系统。一般情况下,无干扰系统指的是有特殊和之间的,被认为是万罗的导体和介质配置。任何受干扰系统的无干扰系统的变量用倍增比例系数和理表达,即,公了 习二理对于已知的收摘日期加年月译者简介周秉功男从事电站设备自动化方面的英文翻译工作石即,求积法计算和“ ,这样,对于用一或更小级多项式可以准确表达的任意,公式是准确的。由月第期电站该套白劫把首先,因为它在变电站内,我们考虑用安在地上的支架支撑的现成的绝缘器。绝缘体包括一个内径、壁厚的纤维玻璃管,硅酮橡皮被盖在外面,
5、使得结构上坚固。电晕环也放置在绝缘体顶端。在绝缘管内部,有一个较小的纤维玻璃管,内径、壁厚,从上翼缘延伸至底冀,支持电场传感器。在这个内部管的两端是距离保持在的两个电极。这种配置被定义为无干扰系统如图所示。数字积分的线路沿着管轴,或轴方向,由底端电极在点到顶端电极在点尹是沿着这条线路的,适用于的额定电压和高的支架如图所示。变电站中运行期间出现安装或相邻设备安装在外形上有各种几何变化时,要求光电压互感器保持良好的精度,即满足正等级要求。这些被认为是受干扰系统,并且,一般情况下,几何变化距光电压互感器越近,光电压互感器内的电场失真就越大,设定的情况下数字积分精度就越低,或产生更大的值确保精度。这是
6、因为失真越大,就越呈非线性,并且,近似的多项式的级越高。根、据电压等级对于丫大约一般分别为或,变电站设计安全标准规定了安装在不同相上的任意两个结构之间或接地与带电结构之间的最小间隙距离,因此,限定了扰动的严酷程度和所需的传感器数量。图显示了离轴远垂直地平面的扰动轴向电场,图表示了对应于扰动的舫口以】以拍 因圈无千扰和受千扰中沿,积分线路的轴向电场根据光电压互感器规定的精度和受干扰系统中的特性,确定电场传感器数量。当在圈距轴选半无限垂直接地平面的用混合有限元临界积分方法,模拟带扰动的各种绝缘器。所模拟的扰动采样值包括相临相母线、附近的、垂直的接地平面和周围导电范围。针对这些情况,用求积法计算传感
7、器各种数量的采样位置和权重,同时观察出权重和精度。可以看出,三个传感器足以准确测量这些类型的扰动和内部电极间隔大约积分线路长度的绝缘器的电压 小于的误差。表列出包括地平面或附近接地范围的受干扰系统的计算机模型模拟误差。扰动目标距离指的是目标边缘和轴之间的距离,范围高度是其中心相对于绝缘体底部的高度。例如”低”就是在绝缘体底部高度,”高”就是在绝缘体顶部高度。表列出两种模拟情况内三个采样位置的变化。电站该妾白劫才年月第期所以,确立 了需要三个电场传感器,用系统中所算出的尹用求积法确定三个粼和三个、。然后,将电场传感器装进粼的这些内管中,它们的输出用这些加权并用数字式电子设备实时合计,给出的输出。
8、传感器测量它们所处的电场中的分量。表给出了中所用的和。为了进行数字积分,电场传感器在一点理想地测量电场的单个分量。这里,每一个传感器基本上是由微型的、柱状的和作用的晶体组成,其高度为,直径为,轴与绝缘器的轴或轴同轴。用电场轴向分量调整光沿着晶体轴传播。用光纤将光传至或传出每一个传感器。传感器的输出经数字化处理,给出电场测量值,进一步的数字信号处理可实时进行数字积分。衰由于扰动上的模拟变化扰扰动类型型距离离凡伪底端瓦伪夕中间双汀为顶端地地平面面一中中间接地范围围一表公式采样位置、,对于口和权重、为,对中传感器的计算权重的标准化采采样序号号口”抖拟兀旧旧表由于极端扰动而产生的模拟比误差试验测试结果
9、扰扰动一类型型距离离高度度比误差无无无地地平面面一地地平面面一接接地范围围一接接地范围围切一接接地范围围五一接接地范围围一接接地范围围一接接地范围围一传感器输出实际上就是传感器头内电场轴向分量或平均强度的测量值,并且对横向电场分量不敏感。在有限线路长度上求得平均值和在一点即线路中心测量之间的误差是沿着线路的曲度函数。从中可以看出,用沿着中心点在为的长的线路理平均值代替在点点值,用公式导出小于的误差。正如前期介绍和图说明的那样,四台同样的传感器的已经作出,并在实验室测试。充满戴气,压强妙。每台重约。测试期间,它们由大约高的接地平台托着。将电场传感器定位并根据表中的粼和“将它们的输出加权。电缆支持
10、将光送至和送出的光纤,模拟式和数字式电子设备留在控制室内进行数字数据的采集。数字式电子设备的抽出经过一台转换器,并放大给出模拟电压输出,这也是测试所需要的。对于所使用的额定电压,根据联的电压变比,产生。按照正标准对进行各种实验每项实验至少一台,包括误差实验、雷电冲击实验、潮湿实验、工频耐受实验、局部放电实验、芯片冲击实验和机械实验。在出现类似变电站的局部导体几何变化时也进行了专门的实验评估精度。因为结构基本上就是标准的带支撑的绝月第期电站礁李白劫儿更多准确的数字根据当地变电站完全调整情况而定。扰动目标的高度是相对于绝缘器底而言。对于所有扰动情况相移误差小于而。或诩黔划妇官日期邪要缘器结合一些特
11、殊的绝缘元件,所以,它继承了绝缘器的机械和电气上的优势,特别是对于耐高压和耐地顶展而言。成功地经受了所有的标准耐受实验。另外,它还经受了负极全波冲击达一,超出了标准全波冲击实验电压幅度,没有击穿放电或绝缘故障的迹象。对三台进行线性实验,每次试一台,观察其电压测量值与基准的电压输出之比。对进行精度级别测试,这表明比值误差不超过士,并且相移误差在、和额定电压时不超过士拍。显示小于的比值误差,并且相移误差小于等于而,满足 正的标准。所有都有额定。的相延时。未来版的将有用户规定的额定相延时,可根据使用要求设定为任意值,例如,满足标准要求。另外,开关冲击也施加于, 输出正确地跟踪所施加波形,说明频宽和动
12、态范围大。在标准范围外的其它电压下记录了比和相误差。图表示至电压的比和相误差。经过这整个范围,比误差不超过,相误差不超过云。还进行了扰动实验,实验时,在附近放置各种物品的情况下对在额定电压下的精度进行测试。在距的各种距离使用悬挂、垂直并接地的金属屏蔽在相对于的各个高度和距离使用悬挂并接地的金属球直径在附近使用接地移动车使用与所试相位偏出。并相距小于最小相距远的相邻带电。与保持安全距离的接地球和接地屏的情况及移动车和相邻相的情况比值误差小于。不安全情况的比值误差不超过。表是一些安全情况时的误差,表是一些不安全情况时的误差。这里,扰动目标的距离被定为目标边缘和中心轴之间的距离。接地目标的最小安全距
13、离被定为左右或叹圈比误差相误差为了证明用于设计中准确确定电压的加权和的有效性,表列出在传感器的位置受干扰情况相对于无干扰情况下的所测电场变化百分比。该表也列出相邻相情况下所测电场的相变化。应该注意到球有悬挂的情况,球由接地电缆垂直支撑,导致与所模拟的接地球扰动相比扰动更严重。裹由干安全扰动而引起的比值误差扰扰动类型型距离离高度度比值误差无无无接接地屏屏接接地球球低低接接地球球中中相相邻相相凡、电站雄者曲劫把加年月第期表由于不安全扰动而引起的比值误差扰扰动类型型距离离高度度比值误差无无无接接地屏屏,接接地球球高高接接地球球中中价价接接地球球中中接接地球球低低一接接地球球低低一接接地车车一表由于扰
14、动而引起的变化扰扰动类型型距离离五叮尤,底乃杠刃中公伪声顶接接地屏屏一中中接地球球一接接地移动车车一相邻相相一一“。“三个进行实验的已经安装,用作加拿大的水利变电站的三相电压测量系统。它们自仪旧年月投人使用并由水利当局评估。结论四个的已经建成并测试。设计以计算机模型和求积法为依据。它仅用三个电场传感器进行准确的电场数字线积分,以给出电压测量值。对一个或多个进行了各种正电气和机械耐受实验,所有实验均获通过。这些证明了符合标准的等级精度,即,比值误差不超过士,相移误差不超过士。有固定的“的额定相延迟,在未来的中,用户可以自己设定,以满足特殊要求,如以满足标准田一叭护介要求。进一步的实验证明,对于由附近的金属物体和一个相邻的产生的各种情况的电场扰动,的电压测量精度在和而范围内。即使当金属物体被危险地放在靠近的地方,也非常准确范围内。看出由于扰动在电场传感器位置当地电场测量之明显发生变化,表明进行求积法的有效性。周秉功译自动 力传输年月胡金声校
