【文章內(nèi)容簡介】 路分閘過電壓不僅幅值高，而且持續(xù)時間長，~1 個工頻周期以上。而且斷路器滅弧能力越差，重燃幾率越大，過電壓幅值越高[9]。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。線路側(cè)的損耗，尤其是有功損耗能起到阻尼振蕩的作用，從而使過電壓減小。中性點接地方式。中性點不接地時，因三相斷路器動作的不同期，會形成瞬時的不對稱，產(chǎn)生中性點位移電壓，使過電壓增大。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。 空載線路合閘過電壓 空載線路的合閘有兩種不同的形式：一種是計劃性合閘操作；另一種是自動重合閘操作?？蛰d線路無論是計劃性合閘還是自動重合閘，都將使線路從一種穩(wěn)態(tài)過渡到另一種穩(wěn)態(tài)，又由于系統(tǒng)中L、C的存在，會產(chǎn)生振蕩過電壓。由于長線路的分布參數(shù)特性，過電壓將由工頻穩(wěn)態(tài)分量和無限個迅速衰減的分量疊加組成。過電壓系數(shù)一般小于2，～。；[7]。 影響空載線路合閘過電壓的影響因素有合閘時電源電壓的相位角和線路上的殘余電壓的極性和大小。此外，線路參數(shù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、母線的出線數(shù)、斷路器合閘時三相的同期性和導(dǎo)線的電暈都對空載線路合閘過電壓有影響。 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。此外我們也可采取專門的同步合閘控制裝置，使斷路器在觸頭間的電位差接近零時完成合閘操作，這將使過電壓大大減弱。 空載變壓器分閘過電壓電力系統(tǒng)中利用斷路器切除空載變壓器、并聯(lián)電抗器及電動機等都是常見的操作方式，它們屬于切斷感性小電流的情況。用斷路器開斷感性負荷時，當(dāng)流過感性負荷的電流在達到自然零值之前被斷路器強行切斷，電弧熄滅，這就是截流現(xiàn)象[7]。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。如果截流過電壓作用在斷路器的觸頭上，由于此時觸頭間距很小，因而容易被擊穿，即發(fā)生復(fù)燃。在復(fù)燃的過程中將產(chǎn)生高頻振蕩，產(chǎn)生高頻振蕩過電壓。這兩種過電壓都稱為空載變壓器分閘過電壓。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。 中給出了電流被截斷時變壓器上的電壓波形，圖中為截斷電流，截斷的結(jié)果使電流迅速下降到零，使回路中電流變化率很大，如是電感上的壓降很大，這就形成了過電壓，考慮到變壓器的損耗，回路中電壓、電流呈衰減振蕩。(a)截流發(fā)生在電流上升部分 (b)截流發(fā)生在電流下降部分 截流前后變壓器電壓波形 斷路器的滅弧能力對切空變過電壓有很大的影響，此外中性點的接地方式也會影響過電壓的大小，中性點不接地的三相變壓器，由于斷路器動作的不同期性，切空變時會出現(xiàn)復(fù)雜的相間電磁聯(lián)系，引起中性點位移，在不利的情況下，開斷三相空載變壓器產(chǎn)生的過電壓會比單相高出50%. 目前，限制空載變壓器分閘過電壓的主要措施是采用避雷器。且避雷器應(yīng)接在斷路器的變壓器側(cè)，還可以采用相對地加裝并聯(lián)電容器和相對地加裝阻容吸收裝置來限制。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。前兩種方法都有其缺陷，有時候不能真實反應(yīng)實際情況。因此，在線監(jiān)測的方法尤其重要。 在線監(jiān)測系統(tǒng)包含四個要素：信號變送系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、處理和診斷系統(tǒng)、集成管理系統(tǒng)。四個系統(tǒng)之間的關(guān)系如圖所示： 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。 電力系統(tǒng)在線監(jiān)測系統(tǒng)原理圖電力系統(tǒng)過電壓在線監(jiān)測技術(shù)主要由傳感器、信號采集單元、信號處理傳輸、數(shù)據(jù)處理與診斷單元構(gòu)成。 目前測量電壓的傳感器非常多，常見的主要是電磁式電壓互感器、電容式分壓器。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。隨著科技的發(fā)展，各種新型的傳感器也被研發(fā)出來了，主要有霍爾電壓傳感器、光電傳感器以及各種基于其他原理的非接觸式傳感器。本文研究的傳感器是基于平行多導(dǎo)線耦合原理的非接觸式傳感器。 數(shù)據(jù)采集是將來自傳感器的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，送往后臺數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以便對監(jiān)測到的信號進行分析和處理。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?？梢詫崿F(xiàn)A/D 轉(zhuǎn)換的器件有單片機、DSP、數(shù)據(jù)采集卡或者數(shù)據(jù)采集模塊等。我們在實驗中采用的數(shù)據(jù)采集裝置是數(shù)據(jù)采集卡。 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是對采集到的數(shù)據(jù)以電信號或者光信號的形式傳輸?shù)叫盘柼幚砗驮\斷系統(tǒng)上去。常見的傳輸方式有光纖傳輸、同軸電纜傳輸以及無線傳輸。在過電壓監(jiān)測的實驗中，我們?yōu)榱耸剐盘柲軌蝽樌麄鬏?，采用無線傳輸。 數(shù)據(jù)處理與診斷單元是整個系統(tǒng)的軟件核心。有多種技術(shù)可以對得到的信號進行處理，在本次實驗中，我們采用的是分形理論來處理得到的電壓波形，從而判斷過電壓的類型。 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)。因此，可以利用疊加原理，把這n根導(dǎo)線上的電荷在第k根導(dǎo)線上產(chǎn)生的對地電位相加，得到： （）上式中 為各導(dǎo)線單位長度上的電荷； 為導(dǎo)線k單位長度的自電位系數(shù)； 為導(dǎo)線k與導(dǎo)線m單位長度的互電位系數(shù)。其中： （）式中： 為第k根導(dǎo)線的對地平均高度，m； 為第k根導(dǎo)線的半徑，m； 為第k根導(dǎo)線與第m根導(dǎo)線的鏡像之間的距離，m； 為第k根導(dǎo)線與第m根導(dǎo)線之間的距離，m。 電位系數(shù)計算模型 單相線路原理對于單相線路有： （） 單相非接觸式傳感器模型其中：由于感應(yīng)線與輸電線沒有直接的電氣聯(lián)系，感應(yīng)線上的電荷為感應(yīng)得到的電荷，因此對于整個感應(yīng)線來說，其上的總電荷為零，故＝0。 因此有： （）式中：為輸電線電壓； 為感應(yīng)線電壓。因此，我們可以通過測量從而推算出的電壓，并且與呈線性關(guān)系。 三相線路原理 三相非接觸式傳感器模型 根據(jù)麥克斯韋方程有： （）則令，矩陣為兩個33矩陣，且 由于感應(yīng)線上電荷為靜電感應(yīng)得到的，故。由此，我們可以得到： （） （） 故我們可以推導(dǎo)出： （） 這樣，我們就可以通過測量感應(yīng)線上三相的電壓通過變換矩陣來反推出實際三相輸電線上的電壓。 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。在此種情況下，我們還需考慮所加電容對測量系統(tǒng)的影響，下面就在三相感應(yīng)線上加裝電容C之后的情況加以分析。 加裝電容后三相非接觸式傳感器模型 加裝電容前有： （） 其中矩陣為： （） （）為一個電容矩陣，此時把感應(yīng)線上的三相電容加上去，得到新的電容矩陣， （） 接著對求逆矩陣，得到新的電位系數(shù)矩陣，則，此時有 （）其中： （）此時令、為兩個三階矩陣： （） （）。由此，我們可以得到： （） （）故 （） 同樣可以通過測量感應(yīng)線上的電壓求得輸電線上的三相電壓。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。 正常工作狀態(tài)下電壓仿真 我們首先通過ATPEMTP軟件對正常工作狀態(tài)下的電壓進行仿真，包括單相交流，三相交流，以及單相直流。通過這三種情況的仿真，我們可以對這種非接觸式電壓傳感器有更加深入的認識。 單相交流的仿真 仿真電路圖如下所示： 單相交流仿真電路圖 上圖中LCC模型如下： 單相非接觸式仿真模型 LCC填卡如下所示： LCC卡片的填寫 仿真結(jié)果如下所示： 輸電線上電壓波形圖 感應(yīng)線上電壓波形圖 由上述圖形可知，在單相實驗時，感應(yīng)線上的電壓值很小，且單相時感應(yīng)線上的相位與輸電線的電壓相位相同。，這與Matlab計算的結(jié)果完全一致。Matlab計算得到的新電位系數(shù)矩陣為Z =+011 * 所以與ATPEMTP仿真結(jié)果一致。 三相交流的仿真 仿真電路圖如下所示： 三相仿真電路圖三相線路仿真時。其LCC填卡如圖所示。 三相線路時LCC填卡圖 仿真結(jié)果如下： 輸電線上三相電壓波形 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，