【導(dǎo)讀】取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已。在文中以明確的方式標(biāo)明。本學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。上是因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)發(fā)生了故障，導(dǎo)致系統(tǒng)的繼電保護(hù)動(dòng)作，從而使系統(tǒng)供電中斷。系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)最明顯的現(xiàn)象就是系統(tǒng)的電壓變化和電流變化。經(jīng)常伴隨過電壓的產(chǎn)生，系統(tǒng)的故障類型不同，發(fā)生的過電壓的類型也就不同，過電壓的程度及其持續(xù)時(shí)間也有很大的差異。因此對過電壓的監(jiān)測十分重要。件對基于平行多導(dǎo)線耦合原理的非接觸式傳感器進(jìn)行仿真，驗(yàn)證其原理的可行性，得出結(jié)論，這種傳感器可用于過電壓在線監(jiān)測，并有很好的發(fā)展前景。

　　

【正文】 （ ） 1?? 為一個(gè)電容矩陣 ，此時(shí)把感應(yīng)線上的三相電容加上去，得到 新的電容矩陣1C ， 21 110000000000000000000 0 0 0 00 0 0 0 000000Cccc? ??????????????? （ ） 接著對 1C 求逆矩 陣 ，得到新的電位系數(shù)矩陣 Z ，則 11ZC?? ，此時(shí)有 112233445566uququqZuququq? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? （ ） 其中： 11 12 13 14 15 1621 22 23 24 25 2631 32 33 34 35 3641 42 43 44 45 4651 52 53 54 55 5661 62 63 64 65 66z z z z z zz z z z z zz z z z z zZz z z z z zz z z z z zz z z z z z????? ?????? （ ） 此時(shí)令 3Z 、 4Z 為兩個(gè) 三階矩陣： 11 12 133 21 22 2331 32 33z z zZ z z zz z z??????? （ ） 41 42 434 51 52 5361 62 63z z zZ z z zz z z??????? （ ） 4 0q? ， 5 0q? ， 6 0q? 。 由此，我們可以得到 ： 112 3 233uqu Z quq? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? （ ） 22 415 4 263uqu Z quq? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? （ ） 故 1412 3 4 536*uuu Z Z uuu?? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? （ ） 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。 23 第四章 非接觸式過電壓仿真及計(jì)算 為了驗(yàn)證原理的可行性和進(jìn)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(jìn)行了仿真，并跟據(jù)實(shí)驗(yàn)原理來編寫程 序計(jì)算感應(yīng)線上的電壓，從而來驗(yàn)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(jìn)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(rèn)識(shí)。 單相交流的仿真 仿真電路圖如下所示： U 圖 單相交流仿真電路圖 上圖中 LCC 模型 如下： 導(dǎo) 線 1 導(dǎo) 線 21 . 0 0 5 m1 . 9 7 5 m 地 面0 . 1 u 圖 單相非接觸式仿真模型 24 LCC 填卡如下所示： 圖 LCC 卡片的填寫 仿真結(jié)果如下所示： ( f ile 單相非接觸測量 . p l4 。 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 。 x v a r t ) v : X X 0 0 0 7 0 . 0 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0[ s ]0 . 1 20 . 0 80 . 0 40 . 0 00 . 0 40 . 0 80 . 1 2[ V ] 圖 感應(yīng)線上電壓波形圖 25 由上述圖形可知，在單相實(shí)驗(yàn)時(shí) ，感應(yīng)線上的電壓值很小 ，幅值只有 ，且單相時(shí)感應(yīng)線上的相位與輸電線的電壓相位相同。 感應(yīng)線上的電壓是輸電線上電壓的 倍，這與 Matlab 計(jì)算的 結(jié)果 完全一致。 Matlab 計(jì)算得到的新 電位系數(shù) 矩陣為 Z =+011 * 所以 2 1 21 1 1 2 . 2 0 0 7 1 0 9 4 1 6 5 1 6 3 2 e 0 0 5uZk uZ? ? ?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： U 圖 三相仿真電路圖 三相線路仿真時(shí)， LCC 的模型與圖 一致。其 LCC 填卡如圖所示。 圖 三相線路時(shí) LCC 填卡圖 26 仿真結(jié)果如下： ( f i l e 三相工頻測量 . p l 4 。 x v a r t ) v : X 0 0 0 8 A v : X 0 0 0 8 B v : X 0 0 0 8 C 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 輸電線上三相電壓波形 ( f i l e 三相工頻測量 . p l 4 。 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。 a， c 相電壓的幅值為 ， b相電壓的幅值為 。對比相位之后，我們可以看到感應(yīng)線上的三相電壓相位 27 與輸電線上的三相電壓相位并不相同，而是存在一定的相位差，這時(shí)因?yàn)樵诮?jīng)過轉(zhuǎn)換矩陣之后，感應(yīng)線上的電壓相位發(fā)生了變化。 用 Matlab 編寫程序計(jì)算三相感應(yīng)線上的電壓 ，得到的三相電壓波形如下圖所示： 0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 6 0 . 0 7 0 . 0 8 0 . 0 9 0 . 1 0 . 0 5 0 . 0 4 0 . 0 3 0 . 0 2 0 . 0 100 . 0 10 . 0 20 . 0 30 . 0 40 . 0 5時(shí)間（ t ）電壓（v）a 相b 相c 相 圖 感應(yīng)線上三相電壓 對比圖 410 和圖 49 可知， Matlab 仿真的結(jié)果與 ATPEMTP 仿真的結(jié)果完全吻合，都是 b 相 電壓低， a， c 相電壓高 。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。 由 Matlab 得到的 變換矩陣為： Z= * 感應(yīng)線上的三相電壓 等于變換矩陣乘以 輸電線上三相電壓。 反之，我們通過實(shí)驗(yàn)測量得到的感應(yīng)線三相電壓，然后 再 乘以變換矩陣的逆矩陣即可得到輸電線上 28 的三相電壓。 單相直流的 仿真 帶負(fù)載的直流電路仿真： 仿真電路圖 ： U 圖 直流帶負(fù)載仿真電路 仿真中采用的電源 為 10kv 的直流 的直流電源 ，仿真后感應(yīng)線的電壓波形如下圖所示： ( f i l e z h a n g d c . p l 4 。 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 。 x v a r t ) v : X X 0 0 2 0 0 . 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0[ m s ]0 . 1 4 90 . 1 5 00 . 1 5 10 . 1 5 20 . 1 5 30 . 1 5 40 . 1 5 50 . 1 5 60 . 1 5 7[ V ] 圖 振蕩部分放大后效果圖 不帶 負(fù)載直流測量系統(tǒng)仿真： U 圖 直流不帶負(fù)載仿真電路圖 仿真中采用的電源依然是 10kv 的直流電源。 感應(yīng)線上電壓波形如下所示： ( f ile z h a n g d c . p l4 。 x v a r t ) v : X X 0 0 1 6 0 . 0 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0[ s ]0 . 0 00 . 0 40 . 0 80 . 1 20 . 1 60 . 2 0[ V ] 圖 不帶負(fù)載時(shí)感應(yīng)線電壓波形 低壓側(cè)波形有震蕩，放大后波形如下： 30 ( f ile z h a n g d c . p l4 。 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(huì)有一定的震蕩，當(dāng)有電阻性負(fù)載存在時(shí)，震蕩能夠被抑制，衰減掉 ， 沒有電阻性負(fù)載時(shí)震蕩一直存在 ，其平均值與帶負(fù)載時(shí)基本相同，但是不帶負(fù)載時(shí)候的震蕩更加明顯。 與 單相交流的仿真比較之后， 我們可以發(fā)現(xiàn)， 當(dāng) 交流電壓的幅值與直流電壓的平均值相同時(shí)，交流系統(tǒng)感應(yīng)線上交流電壓的幅值與直流系統(tǒng)感應(yīng)線上直流電壓的平均值也一樣。 對此進(jìn)行分析，我們認(rèn)為這是因?yàn)檫@種非接觸式傳感器實(shí)際上是應(yīng)用靜電耦合的原理， 這 對于直流和交流都是適用的。 由上述仿真及計(jì)算結(jié)果，我們可以推知，基于多導(dǎo)線耦合的非接觸式傳感器能夠用于測量高壓 ，具有可行性。 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。因此為了了解高頻情況下此種傳感器的特性 ，我們對雷電過電壓 進(jìn)行了 仿 真 。 仿真電路中的 LCC 模型依然采用工頻試驗(yàn)中的三相 LCC 模型。在輸電線路的a相施加一個(gè)雷電電壓源。此雷電電壓源的波前時(shí)間為 s? ，半峰值時(shí)間為 50 s? ，峰值電壓為 500kV。 31 U 圖 雷電過電壓仿真電路圖 圖 雷電電壓源卡片 輸電線上三相電壓波形如下所示： ( f ile le id ia n . p l4 。 x v a r t ) v : X 0 0 2 4 A v : 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 。 x v a r t ) v : X 0 0 0 1 A v : X 0 0 0 1 B v : X