【正文】 、孤立的各發(fā)、變、配、送、用電系統(tǒng)融合為一個整體；光纖傳感技術與故障診斷技術的結合為電力主設備的安全可靠運行提供了強有力的保障；全新的光電互感器的研究及其二次設備的研制使得 “數(shù)字化電力系統(tǒng) ”的前景更加光明。 經(jīng)過 20 多年的研究，光學電壓互感器原理和種類已趨于成熟，從目前已研制邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 3 出的光學電壓互感器來看，基本原理都相同，信號處理部分也基本一樣，不同之處主要在于一次部分的結構及 光學電壓傳感器的結構。如使用純凈且經(jīng)過多次提拉的BGO 晶體； (3)采取光學和電學多種有效補償措施，消除光功率波動、溫度變化等對測量結果的影響。 最近幾年光電互感器的研究和產(chǎn)品化受到廣泛的關注，目前國內(nèi)對光電互感器的研究大多局限于實驗室和試運行階段，還沒有完全實現(xiàn)產(chǎn)品化的相關報道，此外研究主要集中在互感器 本身的特性和計量應用等方面，而對于如何將光電互感器運用于變電站自動化系統(tǒng)及其設備，如何與二次設備接口等問題研究的很少。重點對其中的關鍵技術：數(shù)字化以太網(wǎng)接口系統(tǒng)的模式和編程等方面展開分析和研究。 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 4 2 電壓互感器原理 電壓互感器工作原理 電 壓 互感器是一種專門用作變換電壓的特種變壓器。 電壓互感器的一次繞組并聯(lián)接在電力系統(tǒng)的線路中 ，二次繞組接有測量儀器、儀表、繼電器的設備。 當電力系統(tǒng)的電壓發(fā)生變化時，電壓互感器即將此變化的信息傳遞給其二次繞組所接的負荷。 根據(jù)電力線路的電壓等級 ， 感器的一、二次繞組之間設置有足夠的絕緣 .以保證所有低壓設備與髙電壓 設備隔離。 通過電壓互感器一、二次繞組匝數(shù)比的配置，將不同的線路電壓變換成較低的標準電壓 值 一般是 100V 或 173V。所以說電壓 互感器的主要作用是： ① 給測量儀器、儀表或繼電保護，控制裝置傳遞信息 ： ② 使測量 ，保護和控制裝置與髙電壓相隔離； ③ 有利于測量儀器、儀表和繼電保護，控制裝置小型化、標準化 。 電容式電壓互感器主要由電容分壓器、中壓變壓器、補償電抗器、阻尼器等部分組成，整個電容式電壓互感器就由電容分壓單元和電磁單元組成，通過電容分壓單元獲得系統(tǒng)電壓的分壓，通過電磁單元實現(xiàn)一次與二次的隔離和電壓變換，即由系統(tǒng)一次電壓 Up 分壓為中壓 Um，再由 Um 變換為二次電壓 Ub。電容式電壓互感器調(diào)整誤差方便、靈活，借助于補償電抗器線圈和中壓變壓器一次繞組上的若干調(diào)節(jié)抽頭來實現(xiàn)。其絕緣可靠性高：耦合電容器耐雷電沖擊能力強。且電容與系統(tǒng)連接不像電磁式電壓互感器那樣可能與斷路器斷口電容產(chǎn)生鐵磁諧振，可確保系統(tǒng)安全可靠運行。 電容式電 壓互感器的主要構成是電容器件和電感器件，而且電感器件為鐵磁非線性電感器件。由于電容式電壓互感器本身回路電阻很少，不可能抑制分次諧波諧振，所以必須投入外接阻尼裝置。 此外，在一次系統(tǒng)出現(xiàn)短路的情況下，電容式電壓互感器的輸出端出現(xiàn)了振蕩過程。根據(jù) IEC 的相關規(guī)定，在一次端子與接地端之間的電源短路， CVT 的二次輸出電壓衰減到短路前的電壓峰值的 10％ 所需的時間應小于額定頻率的 1 個周期邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 6 (50Hz 系統(tǒng)為 20ms)。同時他們在 1000Hz 附近都存在一個諧振點，使得響應特性變差。這是因為在線路末端短路時，裝設距離保護的母線電壓極低，于是暫態(tài)二次電壓附加分量起了決定性的作用，這就不可避免地引起距離保護瞬時第一段的不正確動作。針對以上缺點，電力系統(tǒng)提出一種新型分壓型互感器－電阻式電壓互感器（如下圖所示）。 一般而言，電阻的絕對值可任意選擇，除非實際情況的限制。由于電阻分壓器不會在一次和二次側(cè)產(chǎn)生任何獨立的電勢，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，完全適用于中低壓配電柜的電壓U R1 U2 R2 A Ri GND 圖 電阻分壓器原理圖 測量和保護設備 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 7 傳感。通常用這種方法可以實現(xiàn)177。如果要進一步提高精度，則必須作其它的特殊處理，如通過電阻器的材料選擇和機械設計處理溫度補償和電阻電壓系數(shù)、通過使用計算程序?qū)﹄s散電容和串擾進行計算校正等方法。 阻容分壓型互感器工作原理及參數(shù)計算 傳統(tǒng) 電磁式電壓互感器的應用限制主要在于絕緣問題、負載誤差影響較大、故障狀況下可能產(chǎn)生飽和輸出問題及操作失當隱患，在現(xiàn)今要求高精度，低故障的的電力系統(tǒng)中已經(jīng)較少使用。但阻容式電壓傳感器的準確度取決于電阻的準確度，或更準確地說，取決于分壓比的準確度，其轉(zhuǎn)換誤差主要源自電阻溫度系數(shù)、電阻電壓系數(shù)、電阻器因電壓、溫度引起的漂移、雜散電容及相鄰 相線之間的串擾影響 ， 所以使用起來有很大的限制性。在高壓側(cè)出現(xiàn)短路或斷路故障時，儲存在電容中的能量沒有一個合適的通路供其快速釋放，也就是通常所指的 “電荷俘獲現(xiàn)象 ”。 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跟邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 8 蹤測量。 下面是 RCVT 的電路圖。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。 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，而邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 9 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，簡化了設計方案，提高了方案的可行性和實用性。 (1)按用途分 ① 測量用電壓互感器 ② 保護用電壓互感器 (2)按相 數(shù) 分 ① 單相電壓 互感器 ② 三相電壓互感器 (3)按變換原理分 ① 電磁式電壓互感器（簡稱 VT） ② 電容式電壓互感器（簡稱 CVT) (4)按 繞 組個數(shù)分 ① 雙繞組電壓互感器，其低壓側(cè)只有 一 個二次繞組的電壓互感器。 ③ 四繞組電壓互感器，有三個分開的二次繞組的電壓互感器 。 ② 不接地電壓互感器 ， 一次繞組的各部分，包括接線端子在內(nèi) ，都是按額定絕緣水 平對地絕緣的電 壓 互感器。 ② 串級式電壓互感器，一次繞組由幾個匝數(shù)相等、幾何尺寸相同的級繞組串聯(lián)而成， 各級繞組對地絕緣是自線路端到接地端逐級降低的電壓互感器在這種電壓互邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 10 感器中 ， 二次繞組與一次繞組的接地端級（即最下級）在同一鐵心柱上。 ② 澆注式電壓互感器，其絕緣主要是絕緣樹脂混合膠，經(jīng)固化成型。 ④ 氣體絕緣電壓互感器，其絕緣主要是具有一定壓力的絕緣氣體 。不同的電壓互感器其額定磁通密度值差別很大。 (1)單相及三相不接地電壓互感器通常用于測量過壓、壓保護，當系統(tǒng)發(fā)生故障時并不改變互感器相間電壓或線端與中心點的電壓。它們可能承受的最大工頻電壓升高幅度一般不超過 倍額定電壓，是指發(fā)電機突然甩負荷而引起的飛轉(zhuǎn)，長線電容效應等所引起的工頻 電壓升高。這種電壓互感器選擇磁通密度時需滿足以下兩點要求 ① 電壓互感器在兩個極限電壓空載誤差的差值不應過大。這種電壓互感 選取額定磁通密度應不大于 。兩種過電壓都是瞬時的，選擇這種互感器額定磁通密度時，需滿足以下三點要求。 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 12 ② 系統(tǒng)出現(xiàn)工頻電壓升高時，互感器鐵心不應過飽和。 三點要求中起決定性作用的是 c 點。 (3)供中性點非有效接地系統(tǒng)使用的單相電壓互感器和三相電壓感器，它們所承受的過電壓也有兩種 。前一種過電 壓是瞬時的，而后一種過電壓可持續(xù)數(shù)小時。 選取這種電壓互感器額定磁通密度時，需滿足以下四點要求。 ② 系統(tǒng)出現(xiàn)工頻電壓升高時，互感器鐵心不應過飽和。 ④ 互感器具有良好的過勵磁特性，以盡量防止并聯(lián)鐵磁諧振發(fā)生。必須指出，三相 鐵心不對稱，三相勵磁特性不相同，這對防止鐵磁諧振不利。 鐵心截面確定 按磁通密度確定鐵心截面 根據(jù)選定的磁通密度，初步計算電壓互感器鐵心直徑確定的原理和方法與變壓器相似。為了確定鐵心 D 必須選取合適的磁通密度 BN 與每匝電勢 et。用積分方法計算出不同級數(shù)時，填充系數(shù)最大時的各級鐵心片寬。計算出的片寬大多數(shù)不是標準值，此時應取與其數(shù)值相近的標準片寬，每級厚度也應盡量取成整數(shù)?！驳谝患墸ê穸?片寬）＋第二級（厚度 片寬）＋第三級（厚度 片寬級）＋第四級 …… 〕疊片系數(shù)。硅鋼片厚度一定時，疊片系數(shù)與鐵心疊片的波浪度，絕緣厚度與鐵心夾緊程度有關。 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)，鐵心片寬應取標準尺寸。如果 AC、 Ay 與標準尺寸的截面積有差別，應調(diào)整 BC、 By 使二著截面積相同，但標準尺寸的截面積應不小于 AC、 Ay。 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。 鐵心柱及鐵軛磁密的確定：對單相雙柱鐵心和三相三 柱鐵心（忽略三相磁路不對稱的影響。 鐵心重量計算 (1)單相雙柱鐵心 其重量計算如下： 鐵心柱重量： Gc=2HAC g? 103 （ ） 鐵軛重量： Gy=2MOAy g? 103+2HyAC g? 103 () 鐵心重量： G= Gc+Gy , kg 式中 g? 硅鋼片比重， g/cm3 (2) 單相三柱鐵心 其重量計算如下： 鐵心柱重量： Gc=HAC g? 103 () 鐵軛重量： Gy=(MB+H+2Hy)Ay g? 103 () 鐵心重量： G= Gc+Gy , kg 式中 g? 硅鋼片比重， g/cm3 (3) 三相三柱鐵心 其重量計算如下： 鐵心柱重量： Gc=HAC g? 103 () 鐵軛重量： Gy=2MOAy g? 103+HyAC g? 103 () 鐵心重量： G= 3Gc+2Gy , kg 式中 g? 硅鋼片比重， g/cm3 (4) 三相五柱鐵心 其重量計算如下： 鐵心柱重量： Gc=2HAC g? 103 () 主鐵軛重量： Gy=2MOAy g? 103 () 旁鐵軛重量： 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 15 Gb=(2MOb+H+Hb)Ab g? 103 () 鐵心重量： G= 3Gc+2Gy+2Gb () 繞組設計計算 一次繞組 (1) 匝數(shù)確定 首先需要選取合理的每匝電壓 et。在確定磁通密度已經(jīng)確定的情況下， et 值愈大鐵心愈大，硅鋼片用量多，空載誤差大， et 值愈小繞組匝數(shù)愈多，導線用量多，繞組阻抗壓降大，誤差大。選擇 et 值還應使二次繞組為整數(shù)匝，剩余電壓繞組、保護繞組和其它二次繞組亦應盡量為整數(shù)匝，以減少因非整數(shù)匝所造成的誤差。在選擇每匝電壓時，要特別注意使輸出側(cè)的二次繞組和三次繞組的匝數(shù)都接近整數(shù)匝，以減少匝數(shù)比的誤差。 (2) 導線選擇 電壓互感器一次繞組采用漆包圓銅線，因額定負荷及極限輸出都很小，不 能完全根據(jù)溫升限值選擇導 尺寸。一般導線直徑不小于 過細繞線時容易拉斷，或在繞線過程線徑變細而影響產(chǎn)品性能。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。為了增加繞組至主鐵軛的距離，一次繞組也可布置成截面為寶塔形狀。 計算多層同心圓筒繞組尺寸，首先選定每層線匝數(shù)，再計算導線層數(shù)及層間絕緣，最后計算繞組軸向和徑向尺寸。 設計一次繞組應進行下列計算： 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 16 ① 線層高度計算 一次繞組加靜電屏補償后，一般情況下 ， 2 型縮醛漆包線和 QZ2 型聚酯漆包線可以滿足各種電壓互感器一、二次繞組匝間絕緣的要求。根據(jù)繞組匝間絕緣要求選用不同的紙層厚度。每層導線高度 = 導線絕緣直徑 （每層匝數(shù) +1） 脹包系數(shù) 。對于澆注互感器