【正文】 設(shè)備，如何與二次設(shè)備接口等問題研究的很少。重點對其中的關(guān)鍵技術(shù)：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。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(shè)備。當(dāng)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(fù)荷。U1U2一次繞組二次繞組鐵芯二次負(fù)載ZbI1I2 電壓互感器工作原理圖根據(jù)電力線路的電壓等級，感器的一、。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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(gòu)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(guān)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(yīng)小于額定頻率的1個周期(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(yīng)特性變差。這是因為在線路末端短路時，裝設(shè)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(shè)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?dāng)_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(yīng)用限制主要在于絕緣問題、負(fù)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(dāng)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(zhǔn)確度取決于電阻的準(zhǔn)確度，或更準(zhǔn)確地說，取決于分壓比的準(zhǔn)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?dāng)_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(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。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。(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(dāng)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。是指發(fā)電機突然甩負(fù)荷而引起的飛轉(zhuǎn)，長線電容效應(yīng)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(yīng)過大。這種電壓互感。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。②系統(tǒng)出現(xiàn)工頻電壓升高時，互感器鐵心不應(yīng)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。另外，中性點非有效接地系統(tǒng)中互感器可能引起并聯(lián)鐵磁諧振，僅以鐵磁諧振要求，鐵心額定磁通密度愈小愈好。①測量用繞組在兩個極限電壓下空載誤差的差值不應(yīng)過大。③系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時，互感器鐵心不應(yīng)過飽和。四點要求中起決定性作用的是c、d兩點。為此，三相磁路不對稱的三相接地電壓互感器，額定磁通密度還應(yīng)適當(dāng)降低。為了出所需要的心柱及鐵軛的截面積。心柱截面積： （） （） 鐵軛截面積： （） 如:= 式中 et 繞組的每匝電壓，V/匝，取D=115mm(標(biāo)準(zhǔn)直徑) et每匝電壓，V f 額定頻率， HZ 額定磁通密度，T BC 鐵心柱磁通密度，T 心柱空間利用系數(shù) By 鐵軛磁通密度， T ()疊片鐵心的心柱疊裝成呈外接圓型的多級形狀，級數(shù)愈多，心柱填充繞線筒內(nèi)孔空間的填充系數(shù)愈大，填充系數(shù)α=外接圓面積/鐵心柱截面積。為了便于生產(chǎn)管理，硅鋼片合理剪裁，使鐵心片寬標(biāo)準(zhǔn)化，片寬取整數(shù)且為5mm進級，如片寬為2340mm等等。根據(jù)確定的尺寸計算鐵心柱的有效截面積。疊片系數(shù)是鐵心柱或鐵軛有效截面積與其幾何截面積的比值?！?，～。根據(jù)需要的AC和Ay，選取心柱及鐵軛標(biāo)準(zhǔn)尺寸。通常Ay應(yīng)大于AC5%～10%。確定鐵心尺寸還應(yīng)考慮油箱形狀及產(chǎn)品選型的要求。）心柱磁密（T） （）鐵軛磁密（T） Be = AC BC/Ae （）單相單柱帶雙旁軛鐵心，鐵軛截面積按心柱的1/2再適當(dāng)放大；而三相三柱帶雙旁軛鐵心，鐵軛截面則按心柱截面的1/3再作適當(dāng)放大。et值直接影響產(chǎn)品的誤差性能和經(jīng)濟指標(biāo)。用多方案計算比較，以求得到最佳每匝電壓值。一次繞組額定匝數(shù)計算公式為N1n=U1n/et匝。在輸出容量和準(zhǔn)確定給定（約束條件）時，最佳變量的組合可獲得成本最低和重量最輕的最優(yōu)方案；而在幾何尺寸和準(zhǔn)確度給定時，則可獲得輸出容量最大的最佳方案。應(yīng)著重考慮導(dǎo)線的機械強度和短路電流。如果有性能良好的繞線設(shè)備，也可以選擇線徑更小的導(dǎo)線，但在二次短路時銅導(dǎo)線的電流密度不應(yīng)大于160/：S1=πr12,mm2 r1—導(dǎo)線半徑, mm.(3) 一次繞組設(shè)計與絕緣計算電壓互感器大都采用多層同心圓筒式繞組。徑向尺寸大的繞組其導(dǎo)線電阻及漏電抗較大。總之，需要綜合考慮各種因素而設(shè)計繞組形狀。調(diào)整每層匝數(shù)，改變繞組軸向和徑向尺寸，直到滿足要求為止。有時二次繞組及剩余電壓繞組采用截面大的紙包線，、 mm等。如果繞組直徑很大或漆包線針孔較多，還應(yīng)在漆包線外增加絲包絕緣層或紗包絕緣層。式中的脹包系數(shù)與導(dǎo)線的絕緣直徑有關(guān)，～，～。① 層間絕緣厚度計算首先需確定產(chǎn)品安全運行所允許的層間絕緣平均電場強度。層間絕緣厚度=層間電壓/允許平均電場強度， 式中層間電壓=（工頻試驗電壓/一次繞組實際匝數(shù)）二層的匝數(shù)。這個計算出來的絕緣材料層數(shù)絕大多數(shù)不是整數(shù)值，應(yīng)取其近于且大于計算值的整數(shù)值。實際層間平均電場強度=層間電壓/（絕緣材料每層厚度絕緣材料層數(shù)）③一次繞組厚度計算接在繞組高壓端的靜電屏用銅箔或鋁箔制做。靜電屏外包幾層絕緣紙，在端部形成絕緣覆蓋。改善繞組的端部電場。④一次繞組端部絕緣計算一次繞組高壓端對繞組低壓端、主鐵軛及旁鐵軛間的絕緣強度，在產(chǎn)品絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計中占有十分重要的位置。通常采用使層間絕緣伸出線層端部一定長度的方法來增長二者之間的沿面距離。 如果層間絕緣伸出線層端部的長度太大，過分的加大了繞組的幾何尺寸，可在線層間增設(shè)一個或幾個軟角環(huán)。如果放電路徑是沿著各種絕緣介質(zhì)表面進行，那么最小沿面距離=一次繞組與主鐵軛的工頻試驗電壓/沿面允許的平均電場強度式中的絕緣介質(zhì)沿面允許的平均電場強度與(4)相同。軟角環(huán)選用的平均電場強度與層間絕緣相同。如果是擊穿各種絕緣介質(zhì)對主鐵軛放電，那么最小絕緣厚度=一次繞組與主鐵軛的工頻試驗電壓/介質(zhì)允許的平均電場強度式中的介質(zhì)允許的平均電場強度，應(yīng)比層間絕緣的選用值低些。(6)一次繞組對旁鐵軛之間的絕緣計算油浸式電壓互感器的一次繞組與旁鐵軛之間主要是變壓器油隙作為絕緣。最小變壓器間隙=一次繞組與旁鐵軛的工頻試驗電壓/變壓器油允許的平均電場強度欲壓縮鐵心尺寸，沿鐵心內(nèi)側(cè)設(shè)絕緣隔板以減小變壓器油間隙，可以奏效。(7)導(dǎo)線質(zhì)量計算G1=L1N1S1γ0(導(dǎo)線引線絕緣的系數(shù)) 103 ()式中L1 一次繞組導(dǎo)線平均匝長，cm,L1=（繞組內(nèi)徑+繞組外徑）π/剩余電壓繞組和保護繞組(1)匝數(shù)和導(dǎo)線選擇 N2n=U2n/et,匝 N3n=U3n/et,匝 N4n=U4n/et,匝 二次繞組、剩余電壓繞組和保護繞組均可采用漆包圓導(dǎo)線或扁導(dǎo)線，油浸式電壓互感器也可采用紙包圓導(dǎo)線或扁導(dǎo)線。 電壓互感器二次繞組導(dǎo)線主要取決于短路電流和誤差的要求。S2=I2m/(～3), Cm2 式中I2m 極限輸出時的二次繞組電流，I2m=極限輸出/ U2n，A。再計算實際的電流密度。短路電流密度不大于160A/ mm2。(2)二次繞組、剩余電壓繞組和保護繞組設(shè)計及絕緣計算三個繞組的導(dǎo)線高度盡量和一次繞組相同, 減少繞組間的橫向漏磁通。三個繞組之間對地工頻試驗電壓為2KV。三個繞組的高度、度及導(dǎo)線質(zhì)量計算與一次繞組相同。 額定電壓35KV及以上電壓互感器，一次繞組接地端對二次繞組工頻試驗電壓為5KV。(2)不接地電壓互感器。4 阻容分壓型互感器 阻容分壓器。C2C1U Z1 Y180。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 () () 若1/Rw(C+CE)，則du2與du1成正比，即，利用電子電路對u2(t)積分變換即可求得u1(t)。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。電容多用第一類材料。有機材料電容器中，聚砜材料的溫度特性最好，但在55℃—+60（或80）℃范圍內(nèi)，其電容量的變化率仍然在2%以上。電容元件在交流下總是有一定的介質(zhì)損耗，電容元件兩端的固定引線也有一定的電阻和分布電感，：在介質(zhì)損耗甚小可以忽略的情況下（介質(zhì)損耗的等效電阻RC→∞），元件的等效電容： ()其中C是固有電容（采購元件的設(shè)計值）；Ln：引線的電感；當(dāng)Ln很小時，Ce = C。 電容測量：傳統(tǒng)的測量電容的方法有諧振法和電橋法，也可以用變壓器電橋和數(shù)字阻抗儀等儀器來測量。選擇數(shù)字式測量儀讀取方便，電容的數(shù)字化測量方法有恒流法和比較法。工頻的電容測量值與直流電容接近。對于低壓分壓電容的并聯(lián)電阻R是組成傳感頭的基本元件，所以該并聯(lián)電阻不但在阻值上要滿足實驗中的要求，還必須對采購進來的電阻器件，測量在不同的耐受電壓下與環(huán)境溫度下的穩(wěn)定性與可靠性，并分析出主要影響因素，對今后更高電壓等級下阻容分壓傳感頭并聯(lián)電阻的選擇提供參考。另外，電阻元件還有一定的寄生電感和分布電容存在，但工頻頻率下可以忽略。電阻的測量同樣也可以采用傳統(tǒng)的交流電橋和數(shù)字阻抗儀等儀器來測量，其中電阻的數(shù)字化測量方法