【正文】 開發(fā)了一種光學(xué)電壓互感器。美國、日本、法國和前蘇聯(lián)等國先后研制出實(shí)用性的電子式互感器樣機(jī)，并掛網(wǎng)運(yùn)行取得成功。 20世紀(jì)80年代，發(fā)達(dá)國家的電氣公司就已投入大量人力和物力從事電子式電壓互感器的研發(fā)，加拿大NxtPHASE公司設(shè)計(jì)的光電式電壓互感器基于Pockels效應(yīng)。利用電容分壓器作為傳感頭的互感器，主要由電容分壓器、中間變壓器、補(bǔ)償電抗器、阻尼器等部分組成。目前我國高壓及超高壓電力網(wǎng)廣泛采用電磁式電壓互感器PT和電容式電壓互感器CVT 作為電壓測量元件。 count。然后通過有源光學(xué)電壓傳感器設(shè)計(jì)，使其滿足電力系統(tǒng)測控和繼電保護(hù)對(duì)電壓信號(hào)的取樣要求。電力系統(tǒng)輸電容量的不斷擴(kuò)大，遠(yuǎn)距離輸電迅速增加，電網(wǎng)等級(jí)的不斷提高。為了使變電站自動(dòng)化的技術(shù)進(jìn)一步改善，互感器不斷的改良更新，使二次系統(tǒng)起到更精確的測量和監(jiān)控作用。最后通過對(duì)傳感頭和信號(hào)處理器的屏蔽，系統(tǒng)懸浮接地，在電路板上的電源與地線間加去耦電容等方法，使其電磁兼容措施得到完善，讓系統(tǒng)的可靠性得到進(jìn)一步的保證和提高。 MATLABsimilation 43目 錄摘 要 IAbstract II1緒論 1 題目背景及目的 1 國內(nèi)外研究狀況 12 電壓互感器原理 4 電壓互感器工作原理 4 電容式電壓互感器工作原理 5 電阻式電壓互感器工作原理 6 阻容分壓型互感器工作原理及參數(shù)計(jì)算 7 電壓互感器的分類 93 電壓互感器設(shè)計(jì)計(jì)算 11 計(jì)算依據(jù) 11 鐵心設(shè)計(jì)計(jì)算 11 鐵心截面確定 12 繞組設(shè)計(jì)計(jì)算 154 阻容分壓型互感器 19 阻容分壓器 19 阻容分壓式互感器原理接線圖 19 阻容分壓互感器的元件選擇及測量 20 電阻元件的器件選擇及測量 215 電子式電壓互感器的信號(hào)處理系統(tǒng) 22 引言 22 濾波電路 22 積分電路 22 模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì) 246 電磁兼容設(shè)計(jì) 25 電磁兼容的分類 25 我國的電磁兼容技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系 25 部分電磁兼容技術(shù)介紹 25 電磁兼容初步設(shè)計(jì) 267 MATLAB仿真 27 引言 27 仿真原理圖 27 仿真參數(shù)設(shè)置 28 仿真波形 .......................................31總結(jié) 32參考文獻(xiàn) 33致謝 341 緒論 題目背景及目的隨著生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)電力的需求量越來越大、電壓等級(jí)越來越高，使得傳統(tǒng)電壓互感器（PT）的體積越來越大、造價(jià)越來越高，同時(shí)也給PT的防爆和電力系統(tǒng)的安全帶來很大的困難。電磁式電壓互感器可以說是最初的互感器，其工作原理和變壓器相同，電壓互感器一次繞組并聯(lián)在高壓電電網(wǎng)上，二次繞組外部并接測量儀表和繼電保護(hù)裝置等負(fù)荷，儀表和機(jī)電器的阻抗都很大，二次負(fù)荷電流小，且負(fù)荷一般都比較恒定。電容分壓器具有電磁電壓互感器的所有功能，同時(shí)可以兼作載波通信的耦合電容器之用；其耐雷沖擊性能也比一般的PT要優(yōu)越；同時(shí)CVT不存在電磁式電壓互感器與斷口電容的串聯(lián)鐵磁諧振問題。其導(dǎo)體上的電壓產(chǎn)生電場，并從光發(fā)射二極管中發(fā)射出光信號(hào)，且通過光纖。九十年代以后，光學(xué)電力互感器的研究進(jìn)入實(shí)用化階段，美國、法國和日本等技術(shù)發(fā)達(dá)國家陸續(xù)公布了他們研制的各種光學(xué)電力互感器運(yùn)行及鑒定數(shù)據(jù)。其對(duì)傳感頭的設(shè)計(jì)提出了模塊化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，光路系統(tǒng)采用雙光路互補(bǔ)的結(jié)構(gòu)，信號(hào)處理采用DSP技術(shù)。大約在二十世紀(jì)末，我國光學(xué)電壓互感器開始取得了較大的發(fā)展。可以說，光電技術(shù)的運(yùn)用及其與IT技術(shù)的結(jié)合，正使傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)面臨一場重大的技術(shù)變革。如光電轉(zhuǎn)換中的響應(yīng)電流十分微弱，信號(hào)處理電路應(yīng)該嚴(yán)格限制溫漂的影響和外界電磁場的干擾。由以上的內(nèi)容可見，我國電子式電壓互感器雖然取得了很大的進(jìn)步，但大部分研究仍然處于理論研究中，實(shí)際投入使用并不多，但我相信，以這樣的發(fā)展速度，在未來不久，我國將這些理論廣泛投入實(shí)用中，到時(shí)，我國互感器的水平將會(huì)進(jìn)入另外一個(gè)飛躍階段。這些設(shè)備就是電壓互感器的二次負(fù)荷。電力線路的電壓各不相同。普通的電磁式電壓互感器，由于在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，技術(shù)已經(jīng)完全成熟，這里不作介紹。調(diào)節(jié)抽頭越多，誤差調(diào)節(jié)越精確。而且整個(gè)互感器為全密封結(jié)構(gòu)，運(yùn)行不需要定期檢修，維護(hù)工作量少，絕緣檢測也比較容易，產(chǎn)品價(jià)格也比較低。阻尼裝置可以使電阻型，諧振型，速飽和型等，合理設(shè)計(jì)阻尼器參數(shù)，可有效抑制鐵磁諧振，但會(huì)使誤差增大，影響暫態(tài)穩(wěn)定。諧振型和速飽和型的CVT均可以滿足IEC的要求，不過在系統(tǒng)一次電壓從零到零的情況下，速飽和型CVT的輸出存在周期較長的低頻振蕩；而在系統(tǒng)一次電壓從最大到零的變化情況下，諧振型CVT的輸出振蕩幅值較大，測試誤差較大。由于電容式電壓互感器無法消除諧振現(xiàn)象，而且其暫態(tài)諧振問題會(huì)導(dǎo)致保護(hù)裝置不能正常動(dòng)作。目前應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)為R1在100MΩ左右，而R2在10kΩ上下。%的準(zhǔn)確度。電阻分壓式電壓傳感器與電磁式電壓互感器相比，其無飽和、良好的線性、符合各種外形設(shè)計(jì)要求、重量輕、不會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振現(xiàn)象及只用一個(gè)分壓器就能滿足所有測量和保護(hù)的要求等優(yōu)點(diǎn)使其得到重視。鑒于電容式分壓器存在著系統(tǒng)短路后，分壓電容的等效接地電容上積聚的電荷在重合閘時(shí)不能完全釋放，在系統(tǒng)工作電壓上疊加一個(gè)誤差分量，影響到測量結(jié)果的正確性以及繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作，且長期工作時(shí)等效接地電容也會(huì)因溫度等因素的影響而變得不夠穩(wěn)定，所以，可以考慮對(duì)電容分壓的基本測量原理進(jìn)行了改進(jìn)：在等效接地電容上并聯(lián)一個(gè)小電阻R以消除上述影響，從而構(gòu)成新的阻容分壓式電壓互感器。 阻容分壓型電壓互感器RCVT傳感頭部分分壓比K與電容，電阻關(guān)系：RCVT的傳感頭高壓部分和CVT一樣由一定值的電容C1組成，而低壓端則由一低壓電容C2和精確電阻R并聯(lián)組成，對(duì)結(jié)點(diǎn)p利用KCL，電容元件的電流i與電壓u取關(guān)聯(lián)參考方向，因此得出一下的函數(shù)關(guān)系： （）化成傳遞函數(shù)形式： （）拉普拉斯變換后 （）若1/RC1+C2)，則du2與du1成正比，即，拉氏變換后。(5)按一次繞組對(duì)地狀態(tài)分①接地電壓互感器，在一次繞組的一端準(zhǔn)備直接接地的單相電壓互感器，一次繞組的星形聯(lián)結(jié)點(diǎn)（中性點(diǎn)）準(zhǔn)備直接接地的三相電壓互感器。(8)按絕緣介質(zhì)分①干式電壓互感器，其絕緣主要由紙、纖維編織材料或薄膜繞包，經(jīng)浸漆干燥而成。3 電壓互感器設(shè)計(jì)計(jì)算電壓互感器計(jì)算依據(jù)是：（1） 額定一次電壓（2） 額定二次電壓（3） 剩余電壓繞組（如果有）額定電壓（4） 二次繞組準(zhǔn)確級(jí)及額定電壓，極限輸出（5） 剩余電壓繞組（如果有）準(zhǔn)確級(jí)及額定電壓（6） 額定頻率（7） 絕緣水平額定磁通密度是一個(gè)選擇性很強(qiáng)的基本設(shè)計(jì)參數(shù)。因此這兩種電壓互感器并不承受系統(tǒng)故障所引起的工頻電壓升高。②系統(tǒng)出現(xiàn)工頻電壓升高時(shí)，互感器鐵心不應(yīng)過飽和。①測量用繞組在兩個(gè)極限電壓下空載誤差的差值不應(yīng)過大。這種電壓互感器選取額定磁通密度時(shí)應(yīng)不大于1T。選取這種電壓互感器額定磁通密度時(shí)，需滿足以下四點(diǎn)要求。④互感器具有良好的過勵(lì)磁特性，以盡量防止并聯(lián)鐵磁諧振發(fā)生。根據(jù)選定的磁通密度，初步計(jì)算電壓互感器鐵心直徑確定的原理和方法與變壓器相似。用積分方法計(jì)算出不同級(jí)數(shù)時(shí)，填充系數(shù)最大時(shí)的各級(jí)鐵心片寬?！驳谝患?jí)（厚度片寬）＋第二級(jí)（厚度片寬）＋第三級(jí)（厚度片寬級(jí)）＋第四級(jí)……〕疊片系數(shù)。矩形卷鐵心，“c”型鐵心及疊片鐵心的鐵軛多為矩形截面，其有效截面為：鐵心片寬鐵心厚度疊片系數(shù)，鐵心片寬應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)尺寸。 鐵芯尺寸確定根據(jù)繞組的高度、直徑，繞組到鐵心各部分的絕緣距離以及繞組之間的絕緣距離，來確定鐵心總的尺寸。 (1)單相雙柱鐵心 其重量計(jì)算如下： 鐵心柱重量：Gc=2HAC103 （） 鐵軛重量：Gy=2MOAy103+2HyAC103 () 鐵心重量：G= Gc+Gy , kg 式中硅鋼片比重，g/cm3 (2) 單相三柱鐵心 其重量計(jì)算如下： 鐵心柱重量：Gc=HAC103 () 鐵軛重量：Gy=(MB+H+2Hy)Ay103 () 鐵心重量：G= Gc+Gy , kg 式中硅鋼片比重，g/cm3 (3) 三相三柱鐵心 其重量計(jì)算如下： 鐵心柱重量： Gc=HAC103 () 鐵軛重量：Gy=2MOAy103+HyAC103 ()鐵心重量：G= 3Gc+2Gy , kg 式中硅鋼片比重，g/cm3 (4) 三相五柱鐵心 其重量計(jì)算如下： 鐵心柱重量：Gc=2HAC103 () 主鐵軛重量：Gy=2MOAy103 ()旁鐵軛重量：Gb=(2MOb+H+Hb)Ab103 () 鐵心重量：G= 3Gc+2Gy+2Gb () (1) 匝數(shù)確定首先需要選取合理的每匝電壓et。選擇et值還應(yīng)使二次繞組為整數(shù)匝，剩余電壓繞組、保護(hù)繞組和其它二次繞組亦應(yīng)盡量為整數(shù)匝，以減少因非整數(shù)匝所造成的誤差。(2) 導(dǎo)線選擇 電壓互感器一次繞組采用漆包圓銅線，因額定負(fù)荷及極限輸出都很小，不能完全根據(jù)溫升限值選擇導(dǎo)尺寸。根據(jù)造型需要，一次繞組可以布置成軸向尺寸大于徑向尺寸，也可以使徑向尺寸大于軸向尺寸。 計(jì)算多層同心圓筒繞組尺寸，首先選定每層線匝數(shù)，再計(jì)算導(dǎo)線層數(shù)及層間絕緣，最后計(jì)算繞組軸向和徑向尺寸。根據(jù)繞組匝間絕緣要求選用不同的紙層厚度。對(duì)于澆注互感器及干式互感器，線層高度應(yīng)盡可能小，樹脂或絕緣漆容易充滿繞組線層之間。層間絕緣厚度值除以絕緣材料每層的厚度得出所需絕緣材料層數(shù)。銅箔或鋁箔兩端應(yīng)折疊一次，境加靜電屏端部電極的曲率。一次繞組厚度=[（導(dǎo)線絕緣直徑導(dǎo)線層數(shù)）+（層間絕緣厚度導(dǎo)線層數(shù)）+靜電屏厚度+繞組外包厚度]脹包系數(shù) 式中的脹包系數(shù)與導(dǎo)線直徑、層間絕緣材料及層間絕緣包扎方法有關(guān)，～。實(shí)驗(yàn)證明，工頻試驗(yàn)電壓下沿絕緣材料表面允許的平均電場強(qiáng)度，在變壓器油中不大于600V/mm，在空氣中不大于300V/mm,那么，最小沿面距離=第一層與最后一層導(dǎo)線間工頻試驗(yàn)電壓/沿面允許的平均電場強(qiáng)度。為避免不合理的增加繞組幾何尺寸，也可增設(shè)軟角環(huán)或絕緣隔板，以增加其絕緣強(qiáng)度，或者所有的層間絕緣均用軟角環(huán)來代替，一次繞組與主鐵軛的距離將大大縮短。如果一次繞組與主鐵軛之間是樹脂絕緣的樹脂澆注電壓互感器，那么樹脂層最小厚度=一次繞組與主鐵軛的工頻試驗(yàn)電壓/樹脂層允許的平均電場強(qiáng)度式中的樹脂層允許的平均電場強(qiáng)度推薦選用4～5KV/mm。樹脂澆注電壓互感器，一次繞組與旁鐵軛之間為樹脂層絕緣，那么 樹脂層最小厚度=一次繞組與旁鐵軛的工頻試驗(yàn)電壓/樹脂層允許的平均電場強(qiáng)度式中的樹脂層允許的平均電場強(qiáng)度也推薦選用4～5KV/mm。開始計(jì)算時(shí)短路電流和誤差都不知道，～3A/ Cm2選取最小導(dǎo)線截面。還應(yīng)計(jì)算短路電流密度，然而視短路電流密度及誤差的大小，反過來調(diào)整二次導(dǎo)線尺寸。如果也是多層排列導(dǎo)線，也應(yīng)有層間絕緣，兩層間電壓很低。 一、二次繞組間的絕緣計(jì)算 (1)接地電壓互感器 額定電壓10KV及以下電壓互感器，一次繞組接地端對(duì)二次繞組工頻試驗(yàn)電壓為2KV。一次繞組和二次繞組間的絕緣介質(zhì)厚度計(jì)算：絕緣介質(zhì)厚度=工頻試驗(yàn)電壓/介質(zhì)允許的平均電場強(qiáng)度。 R A Zm 電壓傳感器等效電路圖 阻容分壓型電壓互感器原理接線阻容分壓型電壓互感器（RCVT）由阻容分壓器和電磁式變換器兩部分組成，采用一小阻值精密取樣電阻R與電容分壓器的低壓分壓電容C2并聯(lián)。電容器根據(jù)介電常數(shù)ε隨溫度變化的情況分為兩類：與溫度有線性關(guān)系的介質(zhì)材料和與溫度呈強(qiáng)烈非線性關(guān)系的介質(zhì)材料（如II型陶瓷材料）。一次側(cè)傳感單元采用阻電容分壓的形式，在電容分壓型電壓互感器的測量準(zhǔn)確度主要決定于分壓電容器，精密電阻，電容分壓器受對(duì)地雜散電容Cs和電容溫度系數(shù)α影響，所以高、低壓分壓電容選用α小、電容值穩(wěn)定的電容器（例如聚丙烯CBB）。傳統(tǒng)方法在測量精度和使用方便等方面不及后者。但目前試驗(yàn)室可能缺少數(shù)字阻抗儀設(shè)備，可以采用雙邊式變壓器電橋測量電容。要考慮到所用電阻的線性，選擇電阻為中值電阻（KΩ金屬電阻）測量。這樣可以最大限度地保證信號(hào)本身的特性而不受后續(xù)環(huán)節(jié)的影響。信息合并單元成為研究的重點(diǎn)。為使元件測量精確，運(yùn)行可靠，必須對(duì)高次諧波進(jìn)行濾波。積分器是傳感器信號(hào)處理環(huán)節(jié)的關(guān)鍵部分，其積分精度直接關(guān)系到傳感器輸出的準(zhǔn)確度。當(dāng)傳感器用于測量用途時(shí)，被測量的頻率范圍在千赫茲以下，用一般的高速采樣系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字積分器。 圖 無源RC積分器 有源積分器數(shù)字積分器需要解決高