CVT暂态过电压响应研究_文艺
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
electromagnetic induction process
电容式电压互感器在冲击电压作用时，初始 电压（ 静电感应电压） 分布和稳态电压（ 电磁感应 电压） 分布不同，一次线圈中将产生自由振荡，一 次线圈的自由振荡电压会感应到二次线圈当中， 在二次线圈产生自由振荡电压。初始电压分布和 稳态电压分布相差越大，自由振荡分量越大，振荡 越厉害。一、二次侧自由振荡电压的传递特性还 与一、二次侧绕组的对地电容和绕组自电感组成 的振荡回路有关［6-9］。
器绕组中形成后，随着时间的推移，流过线圈绕组
的电流会产生磁通，就会在别的绕组中感应出电
压，因而电磁感应电压与绕组间的变比有关，代表
着电压互感器中的最终电压分布。由于线圈电感
中电流不会突变，铁心存在磁滞效应，故二次侧电
磁 感 应 电 压 不 能 突 变，滞 后 于 一 次 侧 电 压 信 号。
在冲击电压作用下，铁心损耗会很大，所以一、二
0 引言
电压互感器作为一种变换和隔离装置，能够 将高电压转换为低电压，供给仪表和继电保护装 置实现测量、计量、保护等。在暂态过电压在线监 测系统中，电容式电压互感器（ CVT） 作为过电压 分压系统的主要组成设备，也是一次系统和二次 系统之间的联接单元，其暂态响应特性对整个在
线监测系统测量的精确度和可靠性有重要影响。 由于 CVT 中有电感、电容等储能元件、铁心等非 线性元件以及高频状态下杂散电容的存在。当一 次系 统 发 生 雷 击 或 操 作 时，暂 态 过 电 压 会 通 过 CVT 的静电感应和电磁感应作用传递到低压侧， 并伴随有剧烈的振荡过程［1-2］。高频状态下不仅 低压侧输出的电压与工频状态下有较大差别，而 且高压侧过电压经过电压互感器后电压波形也会
图 4 1 kV 冲击电压下 220 kV CVT 高、低压侧电压实测波形 Fig． 4 Actually measured voltage waveform at high and low voltage side of 220 kV CVT under impulse voltage of 1 kV
Study on Transient Overvoltage Ｒesponse of CVT WEN Yi1 ，CHEN Shaoqing2
（ 1． School of Electrical and Information Engineering，Xihua University，Chengdu 610039，China； 2． Sichuan Electric Power Test ＆ Ｒesearch Institute，Chengdu 610027，China）
·47·
2014 年第 1 期
电力电容器与无功补偿
第 35 卷
表 1 暂态过电压响应波形数据记录 Tab． 1 Data record of transient overvoltage response waveform
图 1 绕组静电感应简化等值电路 Fig． 1 Simplified equivalent circuit of winding with
electrostatic induction
图中 C1 、C2 为一、二次绕组的对地电容； C1＇ 、 C2＇ 为一、二次绕组的纵向电容； C12 为一、二次绕 组之间的电容； U1 为一次侧入侵过电压； U2 为二 次侧输出地静电感应电压。
（ 总第 151 期）
应特性。 2． 1 试验原理
试验冲击电压应施加在高压端子与地之间。 试验时，标准电压互感器的低压端子、电容式电压 互感器的低压端子、各二次绕组的一个端子和底 座均应接地［10］，并使用 Tek 示波器分别记录电压 互感器高压侧和低压侧的波形。试验接线如图 3 所示。
图 3 暂态过电压试验接线图 Fig 3 Wiring diagram for transient overvoltage test
图 5 500 V 冲击电压下 220 kV CVT 高、低压侧电压实测波形 Fig． 5 Actually measued voltage waveform at high and low voltage side of 220 kV CVT under impulse voltage of 500 V
电压互感器的静电感应分量是由于互感器存 在绕组纵向电容和对地电容，该电容可将过电压 以静电传递的方式耦合到互感器的低压测，其大 小与互感器的变比没有关系。静电感应电压瞬间 形成，与原冲击信号出现时间相同、极性相同，是 电压互感器绕组中的初始电压分布。在冲击电压 作用下，电压互感器电感中的电流不能突变，相当 于是断开的。因而整个电压互感器的等值电路可 以简化为一个电容链。假定电容参数沿线圈均匀 分布，冲击过电压入侵互感器绕组的电容耦合电 路如图 1 所示。
DOI:10.14044/j.1674-1757.pcrpc.2014.01.009
第 35 卷 第 1 期 2014 年 2 月
wenku.baidu.com
电力电容器与无功补偿 Power Capacitor ＆ Ｒeactive Power Compensation
CVT 暂态过电压响应研究
檶殞
檶檶檶檶檶檶檶殞
Vol． 35 No． 1 Feb． 2014
收稿日期： 2013-08-12
·45·
2014 年第 1 期
电力电容器与无功补偿
第 35 卷
发生失真现象。所以，有必要对 CVT 暂态过电压 的响应特性进行研究。
1 CVT 的过电压传递特性
正常使用时，CVT 一次侧输入为电容分压器 低压臂得到工频电压，其二次侧为按一定变比降 低的同频率电压，其基本工作原理与变压器相似， 因此，可以通过对单相变压器绕组波过程理论的 分析，得到电容式电压互感器在冲击电压作用下 线圈中过电压的传播特性。暂态过电压传播主要 包括静 电 感 应、电 磁 感 应 和 自 由 振 荡 3 个 过 程［3-4］，一般情况下，这 3 个过程不是同时发生同 时消失的，而是某一时刻以某一种过程为主。
图 6 500 V 冲击电压下 110 kV CVT 高、低压侧电压实测波形 Fig． 6 Actually measued voltage waveform at high and low voltage side of 110 kV CVT under impulse voltage of 500 V
当 U1 作用于一次侧首端时，若二次侧首端开 路，电流为 0，由等值电路得静电感应电压分量见 下式，式中，Cn2 = C12 + C2 ，
·46·
槡 U2 = Cn2 +
C12
C2＇ C1＇
（
C1 Cn2
+
C2 C12 ）
。
在不考虑互感器内部杂散电容时，CVT 可以
看作是理想的变压器。初始电压分布在电压互感
Abstract： In case of lightning or operation process in the power system，its high-frequency transient overvoltage can be transferred from high voltage system to low voltage system by the electrostatic induction and electromagnetic coupling mode，which will cause serious influence on the measurement and protection device of secondary system，the secondary equipment itself and operation． In this paper，the transfer feature of high frequency overvoltage in CVT is discussed and analyzed by way of comparison of test and simulation analysis of transient overvoltage response characteristic of capacitor voltage transformer（ CVT） ，and the problem encountered during response test and simulation is summarized，which provides reference for such works as overvoltage online monitoring． Keywords： transient overvoltage； electrostatic induction； electromagnetic coupling； capacitor voltage transformer（ CVT） ； response characteristic
次侧电磁感应电压并不是与变比成正比关系的，
该过程主要取决于互感器的匝数比、漏电感和负
载阻抗［5］。变压 器 电 磁 感 应 过 程 传 统 集 中 参 数
模型如图 2 所示。
U1 、U2 — 一、二次侧电压； L1 、L2 — 一、二次侧线 圈绕组自感； M— 一、二次侧绕组间的互感
图 2 电磁感应过程集中参数等值电路 Fig． 2 Lumped parameter equivalent circuit of
2 暂态过电压试验研究
本次试验主要是针对 110 kV 和 220 kV 2 个 等级的电容式电压互感器施加不同的冲击电压， 通过在一次侧和二次侧并联电阻来调节波形的基 本参数，然后通过示波器记录的一、二次侧电压波 形来分析冲击电压时电压互感器的暂态过电压响
2014 年第 1 期
·试验与研究· 文艺，等 CVT 暂态过电压响应研究
本次试验用设备主要包括： 冲击电压发生器、 标准电压互感器、电容式电压互感器、泰克示波器 等。冲击电压发生器采用 ZDI300 冲击接地阻抗
测试仪，该装置能够提供最高 1． 5 kV 的冲击电 压，波前时间为 0． 5 ～ 10 μs； 电容式电压互感器选 用 110 kV 等级和 220 kV 等级两种进行检测； 示 波器为泰克示波器 tektronix DPO 7054，该装置最 多能同时精确记录 4 个通道的波形。 2． 2 试验波形图及结果分析
檶檶檶檶檶檶檶殞
试验与研究
檶殞
文艺1 ，陈少卿2
（ 1． 西华大学电气信息学院，四川 成都 610039； 2． 四川电力科学研究院，四川 成都 610027）
摘 要： 当电力系统中存在雷击或操作过程时，其高频暂态过电压会以静电感应和电磁耦合的 方式从高压系统传递到低压系统，会对二次系统的测量装置、保护装置以及二次设备本身和运 行造成严重的影响。本文通过对比电容式电压互感器( CVT) 暂态过电压响应特性的试验研究 和仿真分析，对高频过电压在 CVT 中的传递特性作了一定的探讨和分析，并对响应试验和仿 真过程遇到的问题作出了归纳总结，为过电压在线监测等工作提供了参考。 关键词： 暂态过电压; 静电感应; 电磁耦合; 电容式电压互感器( CVT) ; 响应特性 中图分类号： TM451 + ． 2 文献标识码： A 文章编号： 1674-1757（ 2014） 01-0045-06
试验中，先后用冲击电压发生器产生波头时 间为 2 μs，幅值为 1 kV 和 500 V 的冲击电压输入 电容式电压互感器的高压侧，并分别在电压互感 器的高压侧和低压侧并联不同阻值的调压电阻 （ 高压侧为 Ｒp，低压侧为 Ｒs ） ，再用 Tek 示波器同 时 记 录 电 压 互 感 器 高、低 压 侧 的 电 压 波 形。 图 4、5分别为 220 kV CVT 在 U0 = 1 kV 和 U0 = 500 V 冲击电压作用下高压侧电压波形和低压侧 响应的电压波形； 图 6 为 110 kV CVT 在 500 V 冲 击电压作用下高压侧电压波形和低压侧响应的电 压波形。图中通道 1 记录低压侧响应电压波形， 通道 2 记录高压侧电压波形。示波器记录的过电 压响应波形数据见表 1。
电容式电压互感器在冲击电压作用时，初始 电压（ 静电感应电压） 分布和稳态电压（ 电磁感应 电压） 分布不同，一次线圈中将产生自由振荡，一 次线圈的自由振荡电压会感应到二次线圈当中， 在二次线圈产生自由振荡电压。初始电压分布和 稳态电压分布相差越大，自由振荡分量越大，振荡 越厉害。一、二次侧自由振荡电压的传递特性还 与一、二次侧绕组的对地电容和绕组自电感组成 的振荡回路有关［6-9］。
器绕组中形成后，随着时间的推移，流过线圈绕组
的电流会产生磁通，就会在别的绕组中感应出电
压，因而电磁感应电压与绕组间的变比有关，代表
着电压互感器中的最终电压分布。由于线圈电感
中电流不会突变，铁心存在磁滞效应，故二次侧电
磁 感 应 电 压 不 能 突 变，滞 后 于 一 次 侧 电 压 信 号。
在冲击电压作用下，铁心损耗会很大，所以一、二
0 引言
电压互感器作为一种变换和隔离装置，能够 将高电压转换为低电压，供给仪表和继电保护装 置实现测量、计量、保护等。在暂态过电压在线监 测系统中，电容式电压互感器（ CVT） 作为过电压 分压系统的主要组成设备，也是一次系统和二次 系统之间的联接单元，其暂态响应特性对整个在
线监测系统测量的精确度和可靠性有重要影响。 由于 CVT 中有电感、电容等储能元件、铁心等非 线性元件以及高频状态下杂散电容的存在。当一 次系 统 发 生 雷 击 或 操 作 时，暂 态 过 电 压 会 通 过 CVT 的静电感应和电磁感应作用传递到低压侧， 并伴随有剧烈的振荡过程［1-2］。高频状态下不仅 低压侧输出的电压与工频状态下有较大差别，而 且高压侧过电压经过电压互感器后电压波形也会
图 4 1 kV 冲击电压下 220 kV CVT 高、低压侧电压实测波形 Fig． 4 Actually measured voltage waveform at high and low voltage side of 220 kV CVT under impulse voltage of 1 kV
Study on Transient Overvoltage Ｒesponse of CVT WEN Yi1 ，CHEN Shaoqing2
（ 1． School of Electrical and Information Engineering，Xihua University，Chengdu 610039，China； 2． Sichuan Electric Power Test ＆ Ｒesearch Institute，Chengdu 610027，China）
·47·
2014 年第 1 期
电力电容器与无功补偿
第 35 卷
表 1 暂态过电压响应波形数据记录 Tab． 1 Data record of transient overvoltage response waveform
图 1 绕组静电感应简化等值电路 Fig． 1 Simplified equivalent circuit of winding with
electrostatic induction
图中 C1 、C2 为一、二次绕组的对地电容； C1＇ 、 C2＇ 为一、二次绕组的纵向电容； C12 为一、二次绕 组之间的电容； U1 为一次侧入侵过电压； U2 为二 次侧输出地静电感应电压。
（ 总第 151 期）
应特性。 2． 1 试验原理
试验冲击电压应施加在高压端子与地之间。 试验时，标准电压互感器的低压端子、电容式电压 互感器的低压端子、各二次绕组的一个端子和底 座均应接地［10］，并使用 Tek 示波器分别记录电压 互感器高压侧和低压侧的波形。试验接线如图 3 所示。
图 3 暂态过电压试验接线图 Fig 3 Wiring diagram for transient overvoltage test
图 5 500 V 冲击电压下 220 kV CVT 高、低压侧电压实测波形 Fig． 5 Actually measued voltage waveform at high and low voltage side of 220 kV CVT under impulse voltage of 500 V
电压互感器的静电感应分量是由于互感器存 在绕组纵向电容和对地电容，该电容可将过电压 以静电传递的方式耦合到互感器的低压测，其大 小与互感器的变比没有关系。静电感应电压瞬间 形成，与原冲击信号出现时间相同、极性相同，是 电压互感器绕组中的初始电压分布。在冲击电压 作用下，电压互感器电感中的电流不能突变，相当 于是断开的。因而整个电压互感器的等值电路可 以简化为一个电容链。假定电容参数沿线圈均匀 分布，冲击过电压入侵互感器绕组的电容耦合电 路如图 1 所示。
DOI:10.14044/j.1674-1757.pcrpc.2014.01.009
第 35 卷 第 1 期 2014 年 2 月
wenku.baidu.com
电力电容器与无功补偿 Power Capacitor ＆ Ｒeactive Power Compensation
CVT 暂态过电压响应研究
檶殞
檶檶檶檶檶檶檶殞
Vol． 35 No． 1 Feb． 2014
收稿日期： 2013-08-12
·45·
2014 年第 1 期
电力电容器与无功补偿
第 35 卷
发生失真现象。所以，有必要对 CVT 暂态过电压 的响应特性进行研究。
1 CVT 的过电压传递特性
正常使用时，CVT 一次侧输入为电容分压器 低压臂得到工频电压，其二次侧为按一定变比降 低的同频率电压，其基本工作原理与变压器相似， 因此，可以通过对单相变压器绕组波过程理论的 分析，得到电容式电压互感器在冲击电压作用下 线圈中过电压的传播特性。暂态过电压传播主要 包括静 电 感 应、电 磁 感 应 和 自 由 振 荡 3 个 过 程［3-4］，一般情况下，这 3 个过程不是同时发生同 时消失的，而是某一时刻以某一种过程为主。
图 6 500 V 冲击电压下 110 kV CVT 高、低压侧电压实测波形 Fig． 6 Actually measued voltage waveform at high and low voltage side of 110 kV CVT under impulse voltage of 500 V
当 U1 作用于一次侧首端时，若二次侧首端开 路，电流为 0，由等值电路得静电感应电压分量见 下式，式中，Cn2 = C12 + C2 ，
·46·
槡 U2 = Cn2 +
C12
C2＇ C1＇
（
C1 Cn2
+
C2 C12 ）
。
在不考虑互感器内部杂散电容时，CVT 可以
看作是理想的变压器。初始电压分布在电压互感
Abstract： In case of lightning or operation process in the power system，its high-frequency transient overvoltage can be transferred from high voltage system to low voltage system by the electrostatic induction and electromagnetic coupling mode，which will cause serious influence on the measurement and protection device of secondary system，the secondary equipment itself and operation． In this paper，the transfer feature of high frequency overvoltage in CVT is discussed and analyzed by way of comparison of test and simulation analysis of transient overvoltage response characteristic of capacitor voltage transformer（ CVT） ，and the problem encountered during response test and simulation is summarized，which provides reference for such works as overvoltage online monitoring． Keywords： transient overvoltage； electrostatic induction； electromagnetic coupling； capacitor voltage transformer（ CVT） ； response characteristic
次侧电磁感应电压并不是与变比成正比关系的，
该过程主要取决于互感器的匝数比、漏电感和负
载阻抗［5］。变压 器 电 磁 感 应 过 程 传 统 集 中 参 数
模型如图 2 所示。
U1 、U2 — 一、二次侧电压； L1 、L2 — 一、二次侧线 圈绕组自感； M— 一、二次侧绕组间的互感
图 2 电磁感应过程集中参数等值电路 Fig． 2 Lumped parameter equivalent circuit of
2 暂态过电压试验研究
本次试验主要是针对 110 kV 和 220 kV 2 个 等级的电容式电压互感器施加不同的冲击电压， 通过在一次侧和二次侧并联电阻来调节波形的基 本参数，然后通过示波器记录的一、二次侧电压波 形来分析冲击电压时电压互感器的暂态过电压响
2014 年第 1 期
·试验与研究· 文艺，等 CVT 暂态过电压响应研究
本次试验用设备主要包括： 冲击电压发生器、 标准电压互感器、电容式电压互感器、泰克示波器 等。冲击电压发生器采用 ZDI300 冲击接地阻抗
测试仪，该装置能够提供最高 1． 5 kV 的冲击电 压，波前时间为 0． 5 ～ 10 μs； 电容式电压互感器选 用 110 kV 等级和 220 kV 等级两种进行检测； 示 波器为泰克示波器 tektronix DPO 7054，该装置最 多能同时精确记录 4 个通道的波形。 2． 2 试验波形图及结果分析
檶檶檶檶檶檶檶殞
试验与研究
檶殞
文艺1 ，陈少卿2
（ 1． 西华大学电气信息学院，四川 成都 610039； 2． 四川电力科学研究院，四川 成都 610027）
摘 要： 当电力系统中存在雷击或操作过程时，其高频暂态过电压会以静电感应和电磁耦合的 方式从高压系统传递到低压系统，会对二次系统的测量装置、保护装置以及二次设备本身和运 行造成严重的影响。本文通过对比电容式电压互感器( CVT) 暂态过电压响应特性的试验研究 和仿真分析，对高频过电压在 CVT 中的传递特性作了一定的探讨和分析，并对响应试验和仿 真过程遇到的问题作出了归纳总结，为过电压在线监测等工作提供了参考。 关键词： 暂态过电压; 静电感应; 电磁耦合; 电容式电压互感器( CVT) ; 响应特性 中图分类号： TM451 + ． 2 文献标识码： A 文章编号： 1674-1757（ 2014） 01-0045-06
试验中，先后用冲击电压发生器产生波头时 间为 2 μs，幅值为 1 kV 和 500 V 的冲击电压输入 电容式电压互感器的高压侧，并分别在电压互感 器的高压侧和低压侧并联不同阻值的调压电阻 （ 高压侧为 Ｒp，低压侧为 Ｒs ） ，再用 Tek 示波器同 时 记 录 电 压 互 感 器 高、低 压 侧 的 电 压 波 形。 图 4、5分别为 220 kV CVT 在 U0 = 1 kV 和 U0 = 500 V 冲击电压作用下高压侧电压波形和低压侧 响应的电压波形； 图 6 为 110 kV CVT 在 500 V 冲 击电压作用下高压侧电压波形和低压侧响应的电 压波形。图中通道 1 记录低压侧响应电压波形， 通道 2 记录高压侧电压波形。示波器记录的过电 压响应波形数据见表 1。