基于電阻分壓原理的電子式電壓互感器研究.pdf

1、電壓互感器是電力系統(tǒng)中用于電能計量和繼電保護(hù)的重要設(shè)備之一，其測量精度及可靠性對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行有著重要的影響。目前，電力系統(tǒng)中主要采用電磁式電壓互感器PT和電容分壓式電壓互感器CVT實現(xiàn)對電壓測量。傳統(tǒng)的電壓互感器具有體積大、容易發(fā)生鐵磁諧振、絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、頻帶窄、線性范圍小以及二次不能短路等缺點。隨著微機繼電保護(hù)技術(shù)和現(xiàn)代微電子技術(shù)的快速發(fā)展，繼電保護(hù)和二次測量裝置不再需要大功率驅(qū)動，傳統(tǒng)的電壓互感器二次輸出的100V

2、或100/平方根3V電壓信號不能直接和微機相連，難以適應(yīng)電力系統(tǒng)自動化、數(shù)字化和智能化的發(fā)展趨勢。因此，研制開發(fā)新型的電壓互感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電壓互感器成了電力系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的需要。 本文從理論上分析了電阻式電壓傳感器的誤差，建立等效電路定性的研究了影響電阻分壓器誤差的主要因素。在理論分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了電阻分壓器結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計；基于該設(shè)計，為了更好地確定屏蔽罩結(jié)構(gòu)和安裝位置，采用Ansoft公司的有限元軟件包Maxwell 2D建立

3、電阻分壓器的有限元模型，計算其電場強度和分布電容。根據(jù)有限元計算結(jié)果，比較了幾種結(jié)構(gòu)方案的最大場強值分布，從而得到分壓器的初步設(shè)計方案；通過分壓器高、低壓臂屏蔽罩間的雜散電容關(guān)系獲得到分壓器的最佳方案。電阻分壓器在理想情況下二次電壓和一次電壓相位相同，然而，對地雜散電容的存在使分壓器產(chǎn)生了相位誤差。為了消除相位誤差，增加相應(yīng)的屏蔽措施以減小雜散電容的影響是必要的，但仍不能完全消除相位誤差。針對以上問題，必須采用二次電子電路進(jìn)行幅值和相位

4、的調(diào)節(jié)。二次電路的第一級為同相跟隨器，輸入阻抗很高，與低壓臂電阻并聯(lián)，對分壓比的影響很小。采用簡單的放大電路，對低壓臂輸出的電壓信號進(jìn)行幅值調(diào)整，使之等于標(biāo)準(zhǔn)值325/平方根3V。移相環(huán)節(jié)則可對相位進(jìn)行補償。在理論分析基礎(chǔ)上，制作了基于電阻分壓器的10kV電子式電壓互感器樣機，其額定輸出電壓為3.25/平方根3V，測量部分的準(zhǔn)確級為0.2級，保護(hù)部分的準(zhǔn)確級為3P。在研制過程中，為了考核電子式電壓互感器的絕緣性能、準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，先后在

5、實驗室、四川電器有限責(zé)任公司和成都旭光電子股份有限公司進(jìn)行了一系列的試驗。其中，電壓互感器所進(jìn)行的試驗包括傳感器誤差試驗(比差、角差)、絕緣性能測試(工頻耐壓、雷電沖擊、局部放電等)。測試裝置用0.01％的精密電阻取樣標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器二次輸出，由虛擬儀器控制16位同步采集卡對標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器和被測電子式電壓互感器輸出進(jìn)行同步采樣、存儲、計算和顯示比差、角差等信息。測試結(jié)果表明，設(shè)計的電子式電壓互感器樣機的比差和角差均滿足IEC 60044-