基于羅氏線圈的行波傳變特性與應(yīng)用技術(shù)研究.pdf

1、電子式互感器具有響應(yīng)頻帶寬、測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍大、信號(hào)傳變準(zhǔn)確、無鐵芯飽和、絕緣特性好等優(yōu)點(diǎn)，已在智能（數(shù)字化）變電站中得到大量應(yīng)用。這種非常規(guī)互感器對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行就地采樣并實(shí)現(xiàn)數(shù)字化輸出，為電壓電流信息的數(shù)據(jù)共享提供了條件，被認(rèn)為是符合智能電網(wǎng)發(fā)展要求的下一代互感器。目前由于對(duì)電子式互感器的行波傳變特性把握不準(zhǔn)，缺乏對(duì)后續(xù)電路和數(shù)據(jù)采樣傳輸技術(shù)的系統(tǒng)研究，使得電子式互感器只被用于傳變工頻和一定次諧波量，沒有被應(yīng)用到頻率更高的行波信號(hào)領(lǐng)域，致

2、使已經(jīng)實(shí)用化的行波故障測(cè)距技術(shù)和未來可能得以應(yīng)用的行波保護(hù)技術(shù)無法應(yīng)用到智能變電站中。為解決這一問題，本文以羅氏線圈電子式電流互感器為突破口進(jìn)行分析和研究，完成了以下工作:
　　 (1)建立了羅氏線圈高頻暫態(tài)電路模型和后續(xù)寬頻積分電路模型，深入分析了其對(duì)行波信號(hào)的傳變特性并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。從羅氏線圈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和傳變?cè)沓霭l(fā)，對(duì)影響其傳變準(zhǔn)確性的干擾因素及電磁屏蔽技術(shù)進(jìn)行了研究，表明其具備準(zhǔn)確傳變行波信號(hào)的能力;建立了羅氏線圈集中

3、參數(shù)和分布參數(shù)兩種高頻暫態(tài)電路模型，對(duì)它們的傳遞函數(shù)和依頻特性進(jìn)行了對(duì)比分析，并利用分布參數(shù)模型研究了行波到達(dá)初始時(shí)刻的電壓分布特點(diǎn);對(duì)兩種模型輸入行波信號(hào)時(shí)的響應(yīng)特性進(jìn)行了仿真，分析了它們各自的傳變特點(diǎn)，驗(yàn)證了羅氏線圈具有很好的行波傳變能力;對(duì)羅氏線圈后續(xù)放大、積分和濾波電路等進(jìn)行了建模，其中積分電路采用了無源和有源積分電路相互配合的復(fù)合積分方案，以保證后續(xù)電路的寬頻響應(yīng)特性;通過對(duì)包括羅氏線圈和后續(xù)模擬電路的整體模型進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了

4、所建模型滿足行波傳變的要求。
　　 (2)在理論分析的基礎(chǔ)上，對(duì)適合行波信號(hào)傳變的羅氏線圈進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)和傳感器試制，完成了行波傳變特性等方面的試驗(yàn)測(cè)試。依據(jù)羅氏線圈自積分和微分兩種工作模式的不同，對(duì)微分型羅氏線圈參數(shù)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)出滿足行波傳變要求的羅氏線圈物理參數(shù)和電氣參數(shù)并進(jìn)行了線圈試制;通過搭建不同的測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)試制的羅氏線圈分別進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性、雷擊浪涌響應(yīng)特性和故障行波響應(yīng)特性的測(cè)試;試驗(yàn)結(jié)果表明，羅氏線

5、圈對(duì)行波浪涌信號(hào)具有優(yōu)良的傳變能力。
　　 (3)提出了基于羅氏線圈微分輸出的行波波頭識(shí)別新方法。實(shí)現(xiàn)行波測(cè)距的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確提取行波浪涌（特別是初始行波）的突變點(diǎn)，而羅氏線圈恰能給出一次信號(hào)的微分;因此直接利用其輸出的微分行波信號(hào)進(jìn)行判斷，即可省去積分環(huán)節(jié)，又能提高行波信號(hào)的識(shí)別能力。研究了微分行波的信號(hào)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了利用微分行波實(shí)現(xiàn)行波故障測(cè)距的判據(jù)，對(duì)基于微分行波的雙端法和單端法測(cè)距方案進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了方案的可行性。

6、
　　 (4)根據(jù)智能變電站應(yīng)用行波信號(hào)實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距或繼電保護(hù)功能的技術(shù)要求，研究提出行波數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸方案。在分析智能變電站分層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和數(shù)據(jù)傳輸模式的基礎(chǔ)上，提出了智能變電站行波應(yīng)用的總體方案構(gòu)架;針對(duì)行波信號(hào)采樣率要求高、實(shí)現(xiàn)難度大的問題，提出了滿足行波保護(hù)算法要求的最低采樣率計(jì)算方法;設(shè)計(jì)了A/D+FPGA+DSP的高速采樣電路，并對(duì)高速A/D的接線形式進(jìn)行了分析;研究了IEEE1588在行波應(yīng)用體系中的數(shù)據(jù)同步方案

7、，針對(duì)同步信號(hào)丟失時(shí)現(xiàn)有插值同步算法誤差較大的問題，提出一種基于調(diào)整基準(zhǔn)采樣時(shí)刻的改進(jìn)插值算法，使同步效果顯著提高。
　　 (5)實(shí)現(xiàn)了基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的行波應(yīng)用系統(tǒng)的通信建模。智能變電站中的IED之間其通信必須符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn);針對(duì)智能變電站行波應(yīng)用的需要，建立了行波故障測(cè)距和行波保護(hù)邏輯節(jié)點(diǎn)并完善了它們的數(shù)據(jù)對(duì)象;建立了符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的行波應(yīng)用體系通信模型;對(duì)基于9-2標(biāo)準(zhǔn)的行波采樣數(shù)據(jù)幀格式進(jìn)行了