【正文】 X 0 0 2 4 B v : X 0 0 2 4 C 0 10 20 30 40 50[ u s ]0100200300400500[ kV ] 圖 輸電線上三相電壓波形 32 ( f ile le id ia n . p l4 。此雷電電壓源的波前時間為 s? ，半峰值時間為 50 s? ，峰值電壓為 500kV。 過電壓仿真 上面的仿真都是基于工頻正常情況下的仿真，輸電線和感應(yīng)線上的電壓都是工頻電壓，不存在高頻成分。 x v a r t ) v : X X 0 0 1 6 0 1 2 3 4 5[ m s ]0 . 1 4 50 . 1 4 90 . 1 5 30 . 1 5 70 . 1 6 10 . 1 6 5[ V ] 圖 感應(yīng)線振蕩部分放大后效果圖 由上可知 ，非接觸式傳感器能夠用來測量直流高壓系統(tǒng)，但是其感應(yīng)線所得的波形會有一定的震蕩，當(dāng)有電阻性負載存在時，震蕩能夠被抑制，衰減掉 ， 沒有電阻性負載時震蕩一直存在 ，其平均值與帶負載時基本相同，但是不帶負載時候的震蕩更加明顯。 x v a r t ) v : X X 0 0 2 0 0 . 0 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0[ s ]0 . 0 00 . 0 20 . 0 40 . 0 60 . 0 80 . 1 00 . 1 20 . 1 40 . 1 6[ V ] 圖 感應(yīng)線上電壓波形 感應(yīng)線電壓 波形開始部分有震蕩，放大后波形如下： 29 ( f i l e z h a n g d c . p l 4 。由此也說明多導(dǎo)線耦合原理的非接觸式傳感器能夠用于測量過電壓 ，且 ATP 仿真的結(jié)果完全正確。 x v a r t ) v : X 0 0 0 1 A v : X 0 0 0 1 B v : X 0 0 0 1 C 0 . 0 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0[ s ]4 03 02 01 0010203040[ m V ] 圖 感應(yīng)線上三相電壓波形 由圖可知， 通過 ATP 的仿真，我們可以看到基于平行多導(dǎo)線耦合原理的非接觸式的傳感器能夠用于測量電力系統(tǒng)過電壓，且耦合線 上的電壓值不大，為三相正弦波， a， c 相的電壓比 b 相的電壓幅值大一些。 三相交流的仿真 仿真 電路圖如下所示： U 圖 三相仿真電路圖 三相線路仿真時， LCC 的模型與圖 一致。 x v a r t ) v : X X 0 0 0 2 0 . 0 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0[ s ]5 0 0 03 7 5 02 5 0 01 2 5 001250250037505000[ V ] 圖 輸電線上電壓波形圖 ( f ile 單相非接觸測量 . p l4 。 23 第四章 非接觸式過電壓仿真及計算 為了驗證原理的可行性和進一步了解基于多導(dǎo)線耦合原理的非接觸式傳感器的特性，我們用 ATPEMTP 軟件對這種非接觸式傳感器進行了仿真，并跟據(jù)實驗原理來編寫程 序計算感應(yīng)線上的電壓，從而來驗證仿真結(jié)果的正確性。 實際的 測量系統(tǒng)中，我們一般都會在三相感應(yīng)線的末端接一個電容 C。 因此 有： 11 2112uu ??? （ ） 式中： 1u 為輸電線電壓； 2u 為感應(yīng)線電壓。 非接觸式傳感器原理 根據(jù)麥克斯韋靜電方程，在與地面平行的 n 根導(dǎo)線中，導(dǎo)線 k 的電位除了與導(dǎo)線本身所帶的電荷有關(guān)外，還與其他 根導(dǎo)線上的電荷有關(guān)。常見的傳輸方式有光纖傳輸、同軸電纜傳輸以及無線傳輸。數(shù)據(jù)采集部分的核心功能是 A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的控制電路。這兩中在電力系統(tǒng)中已經(jīng)被廣泛使用，技術(shù)比較成熟。 四個系統(tǒng)之間的關(guān)系如圖所示： 電 力設(shè) 備遠 程 監(jiān) 控系 統(tǒng)傳 感器信 號處 理數(shù) 據(jù)采 集數(shù) 據(jù)處 理信 號傳 輸診 斷分 級 集 成管 理 系 統(tǒng)信 號 變 送 系 統(tǒng)（ 現(xiàn) 場 ）數(shù) 據(jù) 采 集 系 統(tǒng)（ 設(shè) 備 附 近 ）處 理 和 診 斷 系 統(tǒng)（ 主 控 室 ）集 成 管 理 系 統(tǒng)（ 主 控 室 和 遙 控 室 ） 圖 在線 監(jiān) 測系統(tǒng)的構(gòu)成 信號變送系統(tǒng)是通過傳感器 把 電力設(shè)備上監(jiān)測出反映設(shè)備狀態(tài)的物理量和化學(xué)量轉(zhuǎn)化為電信號；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是把電信號經(jīng)過放大、 A/D 轉(zhuǎn)換等功能，變換成標(biāo)準(zhǔn)信號以便傳輸；信號傳輸單元采用數(shù)字信號傳輸和光信號傳輸，使監(jiān)測的信號無畸變、有效的傳輸?shù)街骺厥业臄?shù)據(jù)處理單元；數(shù)據(jù)處理和診斷系統(tǒng)是把監(jiān)測信 號進行處理和分析，對設(shè)備的狀態(tài) 做出 診斷和判定；集成管理系統(tǒng)就是把診斷數(shù)據(jù)接收到集成系統(tǒng)，或者通過專用電纜或互聯(lián)網(wǎng)往遠程監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送診斷數(shù)據(jù)和接收指令。 15 第三章 非接觸式過電壓在線監(jiān)測的原理 過電壓監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成 目前 國內(nèi)外研究過電壓的方法主要有三種：一、實驗室模擬；二、計算機仿真計算；三、在線監(jiān)測。在實際情況中，這兩種電壓往往交織在一起，對電力系統(tǒng)的絕緣產(chǎn)生危害。由于電流被截斷，從而使儲存在電感中的磁場能量轉(zhuǎn)為電場能量而導(dǎo)致電壓的升高，這稱為截流過電壓。 目前，我國采取帶并聯(lián)電阻的短路器作為限制此種過電壓的主要措施，并用性能良好的氧化鋅避雷器作為后備保護。過電壓系數(shù)一般小于 2，通常為 ～ 。 為了限制線路分閘過電壓可以采取以下措施 ： 改善斷路器的滅弧性能 ； 采用 帶并聯(lián)電阻 的斷路器； 采用 避雷器。 影響過電壓的因素有： 斷路器的滅弧性能及電弧燃滅過程的隨機性； 線路側(cè)的損耗因素 。 空載線路分閘過電壓 切除空載線路過電壓產(chǎn)生的原因是斷路器分閘過程中的重燃現(xiàn)象。這種過電壓持續(xù)時間較長，若不采取措施，可能危機設(shè)備絕緣 ，引起線間短路造成故障 。 在中性點不接地系統(tǒng)中，當(dāng)電網(wǎng)較小，線路不長，線路對地電容電流較小時，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時流過接地點的電流也小，許多臨時性的單相電弧接地故障，接地電流可以自動熄滅 ，系統(tǒng)很快恢復(fù)正常。因此操作過電壓的防護是發(fā)展超高壓、特高壓 電網(wǎng)的重要研究課題之一。 這里所指的操作，包括斷路器的正常操作，例如空載線路的分閘合閘操作、空 載變壓器和電抗器的分閘操作等；還包括故障情況，例如接地故障，短路 故障。諧振過程不僅會產(chǎn)生過電壓使電氣設(shè)備的絕緣，產(chǎn)生持續(xù)的過電流而燒毀設(shè)備，而且還可能影響過電壓保護 裝置的工作條件，如影響閥型避雷器的滅弧條件。研究表明，在不同的條件作用下，鐵磁振蕩回路可產(chǎn)生三種諧振狀態(tài)：諧振頻率等于工頻的工頻諧振，也稱基波諧振；諧振頻率為工頻整數(shù)倍的高頻諧振，也稱高次諧波諧振 ；諧振頻率為工頻分數(shù)倍的分頻諧振，也稱分次諧波諧振。 鐵磁諧振 (非線性諧振 )：是發(fā)生在含有非線性電感元件的串聯(lián)振蕩回路中的 諧振。諧振過 11 電壓的危害性既決定于其幅值大小，也決定于持續(xù)時間長短。 電力系統(tǒng)中包括有許多電感和電容元件，電感元件有電力變壓器、電磁式電壓 互感器、電抗器、發(fā)電機、消弧線圈以及線路導(dǎo)線等的電感；電容元件有線路導(dǎo)線的對地電容和相間電容、補償用的串聯(lián)和并聯(lián)電容器組以及各種高壓設(shè)備的寄生電容等。甩負荷前，由于線路上輸送著相當(dāng)大的有功及感性無功功率，因此系統(tǒng)電源電勢必然高于母線電壓。 中性點不接地系統(tǒng) 包括兩種情況：中性點絕緣、中性點經(jīng)消弧線圈接地。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相或者兩相不對稱接地短路時，短路引起的零序電流會使健全相出現(xiàn)工頻電壓升高，其中單相接地時非故障相的電壓可達到較高的數(shù)值，若同時發(fā)生健全相的避雷器動作，則要求避雷器能在較高的工頻電壓作用下切斷續(xù)流 。 空載長線路的電容效應(yīng) 空載 長 線路末端電壓高于首端電壓的的現(xiàn)象就是所謂的空載 長 線路的電容效應(yīng)而引起的工頻電壓升高。 但是對特高壓、超高壓遠距離輸電系統(tǒng)，工頻過電壓對確定系統(tǒng)絕緣水平卻起著決定性的作用，必須 予以充分的重視。 直擊雷過電壓對電力系統(tǒng)的危害最大。該過電壓由靜電分量和電磁分量兩部分構(gòu)成。由于雷云中的電阻很大，余光放電階段對應(yīng)的電流不大，約為數(shù)百安培，持續(xù)時間則較長（ ~） [7]。 主放電階段：當(dāng)下行先導(dǎo)接近地面時，會從地面較突出的部分發(fā)出向上的迎面先導(dǎo)。 我們以下行雷為例，介紹雷電放電的 三個階段 [11,12]。雷電是一種自然現(xiàn)象，是指雷云放電時所表現(xiàn)出的雷鳴電閃，即帶電荷的雷云與大地之間或帶異號電荷雷云之間的氣體放電。工頻過電壓的形式包括甩負荷過電壓，不對稱接地過電壓，空載長線電容效應(yīng)導(dǎo)致的過電壓。 系統(tǒng)的內(nèi)過電壓分為 暫時過電壓和操作過電壓。 雷擊跳閘率是指取標(biāo)準(zhǔn)雷暴日數(shù)為 40 時，每年每 100km 線路的雷擊跳閘次數(shù) [7]。雷直接擊于線路引起的過電壓，稱為直擊雷過電壓 [7]。 雷電過電壓的能量來源于系統(tǒng)外部的雷電，故又叫大氣過電壓或外部過電壓。通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，進一步的優(yōu)化實驗方案。 了解非接觸式傳感器的原理之后，通過計算來驗證仿真的結(jié)果的正確性，同時也可驗證傳感器原理的可行性。初步 擬定 自己的研究方向。 傳感器裝置頻響特性好 ， 測量精度高 ， 可以捕捉高頻信號 ， 對于采集、測量操作過程中的電壓數(shù)據(jù)十分有效。主 要有基于霍爾效應(yīng)的電壓傳感器，非接觸式電壓傳感器，光電傳感器等 [5]。 電壓互感器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用比較成熟。但這種 設(shè)計受硬件配置的限制，采樣頻率不高，分辨率一般為 12 位，同時容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i效應(yīng)，不利于故障信息的及時傳輸和處理。國外過電壓在線監(jiān)測采集器具有多個串行接口，多個過電壓在線采集器通過以太網(wǎng)連到 1 臺 PC機或?qū)Ｓ锰幚砥魃希瑢崿F(xiàn)對多條母線電壓的監(jiān)測 [2]。 與此同時，通過過電壓在線監(jiān)測，我們可以得到很多過電壓的數(shù)據(jù)，分析系統(tǒng)每個環(huán)節(jié)產(chǎn)生的過電壓幅值，得知系統(tǒng)的設(shè)備所需承受的過電壓大小，從而確定設(shè)備的絕緣配合。 當(dāng)過電壓較小時，電力設(shè)備的絕緣可能不會馬上擊穿，但是這種過電壓會使電力設(shè)備的絕緣老化，降低其耐電強度。可靠性在很大程度上取決于電力系統(tǒng)的耐電沖擊特性，雖然有很多原因?qū)е孪到y(tǒng)供電的中斷， 但是 其中最常見的就是各種短路故障，而這些短路故障有很大一部分是系統(tǒng)中某些電力設(shè)備絕緣 被 擊穿造成的。 關(guān)鍵詞 ：過電壓，在線監(jiān)測，非接觸式傳感器，多導(dǎo)線耦合 Abstract The reliability of Power Supply in the Power System is measured by the frequency of Power Supply interruption and the duration of each time. Power Supply interruption in the Power Systems had occurred the situation, largely because power system malfunctioned,which cause the system to the protective actions. The most obvious phenomenon of the system failure is voltage and current changes. System failure often associates with overvoltage generation. Overvoltage level and its duration are quite different according to the types of system failure. Overvoltage will cause damage to system insulation of the equipment may be aging after the overvoltage and even may be breakdown. So Overvoltage monitoring is very important. In this dissertation,First we talk about the overvoltage generating mechanism of various types ,then we introduce The principle of noncontact sensor and we do the simulation using APTEMTP in order to verify its also program in Matlab to verify the accuracy of simulation. After t