【文章內(nèi)容簡介】 電荷在重合閘時不能完全釋放，在系統(tǒng)工作電壓上疊加一個誤差分量，影響到測量結(jié)果的正確性以及繼電保護(hù)裝置的正確動作，且長期工作時等效接地電容也會因溫度等因素的影響而變得不夠穩(wěn)定，所以，可以考慮對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 [8]。 阻容分壓型電壓互感器（ RCVT）是 在電容分壓型電壓互感器的基礎(chǔ)上，對低壓電容C2并聯(lián)一個電阻 R，使線路出現(xiàn)短路或斷路故障時，存儲在分壓電容中的能量可以通 過該電阻來快速釋放，從而實現(xiàn)了對輸電線路上的電壓變化快速響應(yīng)跟蹤測量。這種傳感頭的設(shè)計方案是對目前已生產(chǎn)的電容式電壓互感器（ CVT）所進(jìn)行的局部改進(jìn)，設(shè)計選型要遵從 CVT 的構(gòu)架，不但可以繼承電容分壓器的原有優(yōu)點，而且降低了研發(fā)的成本。下面是 RCVT 的電路圖。 圖 2－ 3 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 9 電容 C2和精確電阻 R并聯(lián)組成， 對結(jié)點 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： dt tutudCdt tduCR tu ))()(()()( 211222 ??? 化成傳遞函數(shù)形式： )(1)( 121 12 tuRCjRCj RCjtu ???? ?? ? 拉普拉斯變換后 1)()( )()( 21 112 ???? RCCs RsCsU sUsH 若 1/R C1+C2 ，則 du2與 du1成正比，即dt tduRCtu )()( 112 ? (4)，拉氏變換后)()( 112 SSURCSU ?? 。顯然，電壓傳感器的輸出 U2 是被測電壓信號的微分，即輸出電壓的相位超前被測電壓 90176。，故 需要加入積分及相位補(bǔ)償處理 使其 原、副方的相位一致。 目前提出的各種類型的電子式電壓互感器，為了保證原、副方電氣隔離，都是采用電 /光 —— 光 /電轉(zhuǎn)換的電路，因此都必須考慮到高壓側(cè)電子電路的電源問題，而本課題所提出的阻容使電壓互感器采用一個小 PT(可以稱之為電磁隔離單元 )來實現(xiàn)高低壓信號的傳遞，既保證兩側(cè)電路的電氣隔離，又去掉了高壓側(cè)電源，簡化了設(shè)計方案，提高了方案的可行性和實用性 [9]。 10 3 阻容分壓型互感器計算機(jī) 的 仿真 前言 本次仿真主要運用 MATLAB 作為計算軟件， MATLAB 是一種以矩陣為基礎(chǔ)的交互 式程序計算語言。早期的 MATLAB 主要用于解決科學(xué)和工程的復(fù)雜數(shù)學(xué)計算問題。由于它使用方便、輸入便捷、運算高效、適應(yīng)科學(xué)人員的思維方式，并且有繪圖功能，有用戶自行擴(kuò)展的空間，因此特別受到用戶的歡迎，使它成為在科技界廣為使用的軟件，也是國內(nèi)外高校教學(xué)和科學(xué)研究的常用軟件。 以前電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)，往往局限研究人員自己進(jìn)行建模與仿真。其數(shù)學(xué)模型是否真實描述實際情況，將很大程序上影響到仿真是否取得成功。在 MATLAB 涉及電力系統(tǒng)仿真方面以后，憑借其自身的技術(shù)優(yōu)勢，聯(lián)合眾多電力領(lǐng)域的專家， 開發(fā)了這款電力系統(tǒng)仿真工 具箱。使用 MATLAB軟件進(jìn)行電力系統(tǒng)數(shù)字仿真，具有三個突出的優(yōu)勢。第一，電力系統(tǒng)仿真工具箱功能強(qiáng)大，工具箱內(nèi)部的軟件庫提供了經(jīng)常 使用的各種電力元件數(shù)學(xué)模型 ，并且提供了可以自己編程的方式創(chuàng)建適合的元件模型。第二，強(qiáng)大的 MATLAB 平臺。 MATLAB 的數(shù)值運算功能為進(jìn)行電力工程方面的運算提供了強(qiáng)有力的后盾。隨著信號處理 技術(shù)的成熟，各種信號處理方法在電力方面的應(yīng)用尤為重要。 MATLAB 提供的信號處理工具箱、數(shù)字信號處理模塊、濾波器設(shè)計工具箱、小波分析工具箱和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱，為經(jīng)過電力仿真后的數(shù)據(jù)處理提供了功能齊 全的分析手段。第三，友好的界面。友好的界面充分體現(xiàn)了軟件使用的難易程度。從電力系統(tǒng)仿真、到數(shù)值計算、圖形處理、再到信號分析。 MATLAB 提供給技術(shù)人員和科研人員的不僅僅是各類問題的解決方案，更重要的是這些技術(shù)的使用變得尤為輕松簡單 [10]。 本次使用計算機(jī)仿真的目的是 ,通過計算機(jī)軟件 MATLAB 進(jìn)行互感器暫態(tài)響應(yīng) ,階躍響 應(yīng)等仿真 , 測試 RCVT 互感器測量準(zhǔn)確度，暫態(tài)相應(yīng)特性 ， 穩(wěn)定性等的好壞 。 阻容分壓器暫 態(tài) 響應(yīng) 特性仿真 采用一個小 PT 實現(xiàn)原副方電氣隔離的阻容式電壓傳感器等效電路圖如圖 3－ 1 所示。 內(nèi)置的過電壓吸收器 A可以確保在高電壓電阻出現(xiàn)故障的極端情況下，輸出端也不會出現(xiàn)不允許的高電壓。 11 C2 C1 U Z1 ?1I ?39。2I 39。2Z ?1U ?1E ?39。2E ?39。2U Y180。 R A ?0I Zm 圖 3－ 1. 電壓傳感器等效電路圖 圖 32 暫態(tài)輸入信號的響應(yīng)曲線 圖 17. 暫態(tài)輸入信號的響應(yīng)曲線 圖 3－ 3 暫態(tài)輸入信號與輸出信號比較曲線 12 圖 32的輸入信號為 ))100co s ((22 2 0 0 0)( 1/ tetu Tt ??? ? ，其中 T1= 50、 100ms 的 工 頻 暫 態(tài) 響 應(yīng) 情 況 。 圖 33 為))700co s ()500co s ()300co s ()100co s ((222021)( 1/ ttttetu Tt ???? ????? ? 輸入時的輸入輸出跟隨特性仿真，其中原方信號在作了比例縮小后再適當(dāng)下移 格。由圖可見傳感器能忠實跟隨原方輸入信號。 不同元件對阻容分壓器輸出的誤差 影響 整個互感器可以等效看成是多個電容 ， 電阻 和電感線圈 通過一定的方式組成 如圖 3－ 1，下面通過仿真估算不同元件對阻容分壓器的誤差影響。 圖 3－ 4 R變化對輸出結(jié)果的影響 圖 3－ 5 RL變化對輸出結(jié)果的影響 圖 3－ 6 Lm變化對輸出結(jié)果的影響 圖 3－ 7 C1變化對輸出結(jié)果的影響 13 從圖 3－ 4 到 圖 3－ 9的 仿真 結(jié)果可以看出， R、 C1的變化對于輸出結(jié)果的影響 很大 ，這兩個參數(shù)的變化對傳感器輸出結(jié)果的相位差的影響不是特別顯著，約為 176。 ,但對輸出比差的影響則是近乎線性關(guān)系；另外，從計算結(jié)果也可以看到， R、 C1 的變化對輸出結(jié)果的影響是相反的，即：電容量的增加引入輸出 負(fù)誤差，而電阻值的增大則帶來正誤差。這就為實際設(shè)計消除因外界環(huán)境變化造成傳感器輸出誤差變化指出了一條思路，通過選擇取樣電阻和高壓側(cè)分壓電容的溫度系數(shù)分別為正、負(fù)溫度系數(shù)且溫度系數(shù)相近有效減少因為溫度變化引起的參數(shù)變化帶來的傳變誤差。 RL、 Lm、 C2對傳感器輸出的誤差影響極小，在177。 20%范圍內(nèi)變化時，這些參數(shù)對輸出結(jié)果的比差影響最大的也不超過 %，也就是說，這些參數(shù)一旦選定，其因溫度或外界其它環(huán)境變化影響造成的參數(shù)變化對傳感器輸出結(jié)果的影響可以忽略不計；至于相位差方面，從圖中也可以看出，最大影響因素 是 Lm，但其影響在177。 20%范圍內(nèi)也只有 176。 ,不到 1′的相差對于傳感器的總誤差也幾乎可以忽略。 阻容分壓器的階躍響應(yīng)仿真 為了測試阻容分壓器的穩(wěn)定性，階躍響應(yīng)仿真是必須的 。公式（ 1）為總的傳遞函數(shù)。不難看出 阻容分壓信號的輸出與輸入之間呈微分關(guān)系 ， 輸出電壓大概滯后輸入 90176。，必須加入理想積分器對輸出作 出補(bǔ)償 ，使輸入電壓和輸出電壓相位基本一致。圖 3－ 4 是加入理想積分器前系統(tǒng)的階躍響應(yīng)仿真，圖 3－ 5 是加入理想積分器后的系統(tǒng)階躍響應(yīng)仿真 [1112]。 圖 3－ 8. C2變化對輸出結(jié)果的影響 圖 3－ 9 Lm寬范圍變化對輸出結(jié)果的影響 14 總傳遞函數(shù)：ss ssRCCs RsCsG ?? ?????? ??255211 )()( （ 1） 階躍響應(yīng)： Bode 圖 ： 圖 3－ 10 未加 入理想 積分器前系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 階躍響應(yīng)： Bode 圖： 圖 3－ 11 加入 理想 積分器后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 由 圖 3－ 10 到圖 3－ 11看出， 無論是否加入理想積分器加入階 躍輸入信號，當(dāng)系統(tǒng)的輸入信號為一階躍信號時，輸出的幅頻和相角都能基本保持同步， 而且能較快地達(dá)到一個穩(wěn)定值。 證明阻容分壓器在不同輸入時， 穩(wěn)定性能較好。 15 頻率對阻容分壓器的影響 圖 3－ 13 不同頻率下高壓電容對輸出的影響 圖 3－ 12和圖 3－ 13 對頻率變化造成輸出結(jié)果變化的影響進(jìn)行了計算，由于計算結(jié)果幾乎完全重合，為顯示方便的目的，以 48Hz 的計算為基準(zhǔn)，在圖 27 中，對不同頻率的輸出，人為在每條比差曲線之間增加 1，在相差曲線間加 ；在圖 28 中，對不同頻率的輸出，人為在每條比差曲線之間增加 1，在相差曲線間加 ；從計算結(jié)果可以看出，頻率變化時， R、 C1 的變化對輸出結(jié)果的影響幾乎是一樣的。圖 3－ 14 給出了在同一參數(shù)情況下，頻率變化對輸出結(jié)果影響的誤差曲線。從圖中可以看出，頻率變化對傳感器輸出結(jié)果幾乎沒有影響。 圖 3－ 12 不同頻率下低壓并聯(lián)電阻對輸出誤差的影響 16 圖 3－ 14 頻率變化對輸出結(jié)果影響誤差曲線 17 4 實驗部分 4..1 試驗?zāi)康? 通過試驗測試互感器的實際變比，并與方案設(shè)計所確定該電壓互感器的額定變比數(shù)值比進(jìn)行比較，做出容許誤 差范圍，對系統(tǒng)誤差來源進(jìn)行分析說明。驗證這種新型傳變原理下的互感器，在給定的高電壓下是否能夠具有理論分析中的優(yōu)良的傳變特性，瞬變響應(yīng)特性，達(dá)到所期望的準(zhǔn)確等級。找到合理的矯正誤差的方法；對傳變過程中相差，能夠提出減少相差的校正電路。 對阻容分壓型電壓 互感器 傳感頭 的工作原理、 元件的選擇 情況， 互感器測量系統(tǒng)的輸入輸出電壓之間的關(guān)系 ， 試驗 方案，以及 暫態(tài)響應(yīng)特性 做出 分析 說明 試驗樣品介紹 本次試驗主要用的是阻容分壓式互感器 ,簡稱 圖 41 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 ，其傳感頭的原理接線如圖 2所示， 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)。 電壓輸出 u2與 u1的關(guān)系如下： 對 p 結(jié)點利用 KCL，電容元件的電流 i 與電壓 u 取關(guān)聯(lián)參考方向，于是有)/(/)(/ 122 dtduCdtduCCRu E ??? （ 1）；（ dtduCiC? ） 若 1/R C+CE ，則 du2與 du1成正比，即 dt tduRCtu )()( 112 ?，利用電子電路對 u2(t)積分變換即可求得 u1(t)。 18 傳遞函數(shù)： )(1)( 121 12 tuRCjRCj RCjtu ???? ?? ? （ 2）； 1)()( )()( 21 112 ???? RCCs RsCsU sUsH （ 3）； 阻容分壓互感器的元件 電容元件的器件選擇及測量 電容元件存在時漂、溫漂，其電容量與濕度、頻率也存在相應(yīng)的變化關(guān)系，所以在進(jìn)行了一段時間的實驗后，需要對電容量進(jìn)行測定。 高、低壓臂電容采用相同介質(zhì)材料組成，可以 提高 分壓比的溫度穩(wěn)定性 ，但是 用相同材料制造不同電容量的電容器，其溫度系數(shù)都是不同的。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