10KV_35KV互感器的性能试验及电磁兼容性研究

10KV_35KV互感器的性能试验及电磁兼容性研究摘要：本文在分析总结电子式电压/电流互感器现有技术和发展趋势的基础上，针对所使用的中压等级的场合，确定了以电阻分压器的原理测量电压和Rogowski线圈原理测量电流的电子式电压/电流互感器为研究对象，并完成了如下工作：选择了一种适合于中压电网测量且性能稳定的高压高阻型厚膜电阻器，从理论上分析了电阻分压器测量误差的来源，进行了相应的屏蔽设计,并制作了10kV和35kV互感器样机。关键词：电子式互感器，电阻分压器，屏蔽引言.................................................................................................................错误!未定义书签。第一章电磁式互感器工作原理及其弊端............................................................21.1电磁式互感器的工作原理.....................................................................................21.2电磁式互感器的弊端..............................................................................................3第二章电阻式电压互感器的性能试验.................................................................42.1主要技术参数和试验依据.......................................................................................42.2试验的实施与结果.....................................................................................................42.3试验结论分析..............................................................................................................6第三章电磁兼容性设计.................................................................................................63.1电路板的抗干扰措施................................................................................................63.2屏蔽................................................................................................................................73.3电源抗干扰措施..........................................................................................................7总结.................................................................................................................................................8参考文献........................................................................................................................................8引言目前电力系统多采用传统的电磁感应式电流互感器、电压互感器和电容式电压互感器实现对电压、电流信号的测量。电磁式互感器基于电磁感应原理工作，从1830年法拉第发现电磁感应定律，1882年第一台互感器设计出来以后，电磁式互感器经历了一百多年的发展，从铁心材料、制作工艺的不断改进，到为提高测量的准确度而采取的各种补偿措施，电磁式电压互感器已经发展到相当成熟的阶段。电磁式互感器具有在线性范围内测量准确度高、制造工艺成熟、试验校验规范、有国家标准可以依据等优势，在很长的时间内适应了电力系统测量要求。但是电磁式互感器受其传感机理的限制，某些性能仍然无法令人满意，主要存在的问题如下：体积大、动态范围小、使用频带窄，电磁式电压互感器存在铁磁谐振，二次侧不能短路，电流互感器在很大的短路电流下磁饱和，二次侧不能开路，采用变压器油绝缘的互感器还存在爆炸危险。随着数字化技术、现代传感技术和微型计算机技术的综合应用，电工测量进一步向自动化、智能化方向迈进。电子式互感器是由一次电压或电流传感器、传输系统和转换器组成，用于传输正比于被测量的量，供给测量仪器仪表和保护或控制装置，其中信号的处理、传输依赖于电子技术。电子式互感器的输出一般只有几伏，传统电磁型继电保护装置和二次测量及其自动装置需要大功率驱动，多年来制约着电子式互感器在电力系统中的应用。而随着微机保护技术和现代测量装置的发展，继保装置、二次测量及其自动装置不再需要大功率输入，为电子式电流互感器在电力系统中的应用扫开了障碍。第一章电磁式互感器工作原理及其弊端电磁感应式的电压互感器（PT）和电流互感器（CT）是电力系统不可缺少的设备，主要用作电压、电流测量和继电保护的信号取样装置。为了准确反映电力系统电压、电流的变化情况，要求电力互感器一次电压、电流和二次电压、电流值能够在较大范围内保持线性关系，按照给定比例(变比)将一次侧的值缩小为二次侧的值。为了防止电力互感器一次侧高电压系统与二次设备有电的直接联系，互感器的一次侧与二次侧必须隔离，并在二次侧设置安全接地以保护人身和二次设备安全。1.1电磁式互感器的工作原理电磁式电压互感器（PT）原理图如图1.1所示，它是一种将高电压变换为低电压的电气设备，一次绕组与高压系统的一次回路并联，二次绕组则与二次设备的负载并联。PT基于电磁感应原理工作，正常运行时其二次负载基本不变，电流很小，接近于空载状态。一般的PT包括测量级和保护级，其基本结构为：一次线圈和二次线圈分别绕在铁心上，在两个线圈之间和线圈与铁心之间都有绝缘隔离。电力系统用的三线圈电压互感器，除了上述的一次线圈和二次线圈外，还有一个零序电压线圈，用来接继电器。在线路出现单相接地故障时，线圈中产生的零序电压使继电器动作，切断线路，以保护线路中的发电机和变压器等贵重设备。电磁式电流互感器（CT）原理图如图1.2所示，它是一种将高压电网大电流变换为小电流的电气设备，一次绕组串联在高压系统的一次回路内，二次绕组则与二次设备的负载相串联。CT也是基于电磁感应的原理工作，但是它的二次负载阻抗很小，接近于短路状态。图1.1PT的原理图图1.2CT的原理图电流互感器也分为测量用与保护用两类，基本结构和PT相似，一次线圈、二次线圈分别绕在铁心上，两个线圈之间及线圈与铁心之间有绝缘隔离。根据电力系统要求切除短路故障和继电保护动作时间的快慢，保护用电流互感器分为稳态保护用与暂态保护用两种，前者用于电压比较低的电网中，称为一般保护用电流互感器；后者则用于高压超高压线路上。1.2电磁式互感器的弊端PT和CT因为带有电感线圈和铁磁材料，故频带不宽，线性范围窄。系统发生短路故障时，短路电流将使CT的铁心饱和，二次侧信号波形发生畸变。PT二次侧直接与电压表连接，相当于运行在变压器的空载状态，短路会引起很大的短路电流，使用中不允许短路；CT二次侧直接与负载和电流表连接，相当于运行在变压器的短路状态，二次侧开路会引起很高电压，使用中不允许开路。电磁式互感器都有一定的额定容量，从电力网中消耗功率，成为系统的负载，存在负荷分担问题。而PT存在的最为严重的问题是可能出现铁磁谐振：PT的铁心电感和系统的电容元件由于感抗与容抗的交换，组成许多复杂的振荡回路，如果满足一定的条件，就可能激发起持续时间较长的铁磁谐振，这种谐振现象，某些元件的电压过高危及设备的绝缘，同时可能在非线性电感元件中产生很大的过电流，使电感线圈引起温度升高，击穿绝缘，以致烧损。我国3～220kV电网，不论中性点接地方式如何，都曾发生过由于电压互感器铁芯饱和引起的铁磁谐振过电压。第二章电阻式电压互感器的性能试验2.1主要技术参数和试验依据电阻式电压互感器设计有10kV和35kV两个电压等级，它们的主要技术参数有：1、额定电压：10/3kV；35/3kV2、设备最高电压：12kV；40.5kV3、额定频率：50Hz4、准确度等级：计量0.2级保护3P5、额定二次输出电压：6.5/3V试验依据：1、国际标准IEC60044-7《电子式电压互感器》2、国家标准GB1207-1997《电压互感器》GB311。1-1997《高压输变电设备的绝缘配合》2.2试验的实施与结果对电阻式电压互感器的试验共分2个阶段：1、实验室阶段。这一阶段主要是进行传感器部分的线性度、角差和稳定性试验。通过试验，考核所设计的传感器能否可能达到测量0.2级，保护3P的准确度。2、委托试验阶段。这一阶段的试验在武汉高压研究所进行。测试内容包括误差试验、绝缘性能等，以确定达到测量0.2级，保护3P的准确度。下面先对在实验室所做试验作介绍，再介绍型式试验情况，然后最后对互感器的性能以及存在的问题进行总结和分析。PT为标准电压互感器，准确度0。05％。EVT为被校验的电阻式电压互感器（包含信号处理电路）。标准电压互感器测量线圈的输出送入6位半数字万用表V1，被校验电压互感器的输出送入数字万用表V2，两个数字万用表型号相同，准确度为0.05％，同时读取两个电压值U1和U2，此处定义分压比为：112KUKU其中K1是标准电压互感器的变比，K1＝350。定义分压比的相对误差为：00%*100%KKK其中K0为实际施加接近于额定电压时的分压比。对电压互感器进行的线性度实验，间隔一段时间先后两次测量2％UN～120％UN范围内的分压比。两次测量的电压百分比-分压比相对误差曲线如下，其中电压百分比是实际施加电压与额定电压的比值。该互感器不能与传统电压互感器校验装置接口。在武汉高压研究所进行的角差、比差测试时，采用该所研制的GHJ-H型光电式互感器校验仪。试验变压器产生试验电压，这个高电压经过准确度为0.05％的标准电压互感器PT和准确度为十万分之一的精密感应分压器GDZ-I后，产生标准电压信号UN，被校验的电子式电压互感器EVT的输出信号经过后续电子线路信号处理模块的放大、相位补偿之后，得到电压信号UX，两个信号同时送入校验仪，校验仪显示两者的比差、角差以及试验电压与于额定电压的百分比。根据IEC60044-7《电子式电压互感器》的要求，对于0.2级的电子式电压互感器，要求如下：根据IEC标准的定义：电压误差％＝*100nsppKUUU相位差usp式中：Kn为额定电压比，Up为实际一次电压，Us为测量条件下施加Up时的实际二次电压。测试结果说明，所研制的电压互感器样机达到测量0.2级、保护3P的准确度要求，并具有良好的稳定性。一次部分绝缘性能试验后，10kV样机复核了准确度，满足标准要求。二、一次部分绝缘性能试验除准确度试验外，还在武汉高压研究所进行了绝缘性能测试、二次端子短路测试和二次设备工频耐压测试。具体内容如下：1、工频耐受电压试