[发明专利]分布式电容法测量高电压电网暂态过电压的方法和系统有效

专利信息
申请号: 201010209837.9 申请日: 2010-06-25
公开(公告)号: CN101893654A 公开(公告)日: 2010-11-24
发明(设计)人: 王晓琪;李璿;吴士普;余春雨;汪本进;陈晓明;毛安澜;王玲;费晔;冯宇;陈心佳;王欢 申请(专利权)人: 国网电力科学研究院
主分类号: G01R19/165 分类号: G01R19/165;G01R15/16
代理公司: 武汉帅丞知识产权代理有限公司 42220 代理人: 朱必武;周瑾
地址: 430074 湖*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 分布式 电容 测量 电压 电网 过电压 方法 系统
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种测量高电压电网暂态过电压的方法和系统,可用于1000kV及以下电网暂态过电压的测量,可用于1000kV及以下电网暂态过电压在线监测及保护,为电力系统安全运行提供监控手段。

背景技术

电力系统过电压是发展高压和超高压电网所必须解决的重要课题,它不仅关系到发电机、变压器、输电线路等电力设备绝缘强度的合理设计,而且直接影响到电力系统的安全运行。在对国内外的停电事故分析中发现,电力系统过电压引起的电网事故故障率较高,电气设备绝缘破坏时有发生,严重影响着电网的安全运行。统计资料表明,在1995-1999年全国110kV及以上电压等级变压器由于雷电等过电压引起的事故占10.6%左右,110kV及以上电压等级互感器由于谐振、雷电冲击等引起的事故占32.3%左右。

电力系统中的过电压类型多种多样,其产生的原因也各不相同,当出现过电压事故时,虽然电力系统中安装了大量的故障录波装置,但由于过电压信号幅值高、陡度大、持续时间短,而故障滤波器的电压信号通常取自电磁式电压互感器,由于铁磁饱和,频率特性比较差,无法获取电网过电压的真实信息,且其采样频率一般为1kHz-20kHz之间,无法满足暂态过电压的测量要求。

由于没有有效的过电压监测手段,难以快速准确记录电网过电压发生、发展过程,无法获取事故发生时的过电压特征,严重制约了对事故原因的准确分析,比如在过电压的事故分析中很难确定事故的原因是由于过电压陡度或幅值超过设备的承受能力,或是设备的绝缘水平降低所造成,还是保护装置本身问题,这些使得分析判断变得十分困难。

目前对于电网过电压的机理研究以及系统绝缘配合的确定绝大部分都是采用电磁暂态数值仿真的方法,仿真中的系统设备的数学模型是在一定的简化基础上建立起来的,模型过于简单,不能真实反映电网实际的波过程。随着高压和特高压电网的发展,设备及网络结构更加复杂,传统的暂态过程的数值分析方法已不能满足对大电网运行的精确实时分析、快速响应及预防决策的要求。

因此,研究一种高性能、高自动化的、低成本的实时过电压在线测量方法,实现电力系统中发生的各种过电压事故数据的实时记录、在过电压发生时能完整准确地记录下过电压的实际变化过程、记录保存过电压的波形和各种参数、存储事故发生前后过电压的情况和发生过程中对电网电压的影响,不仅为运行人员分析事故原因提供科学依据,同时还可以为研究电力系统过电压产生的机理、过电压防范和电力设备绝缘配合的科学工作者提供丰富、详实、科学的原始数据支持,不仅具有很强的工程应用价值,而且具有重要的科学研究意义。

过电压在线监测包括有过电压信号获取(一般采用电压传感器)和过电压信号采集系统,只要获取的过电压信号不失真,过电压信号采集的实现相对比较容易,因此获取准确的过电压信号是其中最关键的环节,一般由电压传感器来实现。电压传感器的设计一直是过电压在线监测系统中的一个技术难点。电网的过电压信号的波形和幅值差异非常大,对传感器特性提出了更高的要求,为了能够准确获取暂态电压信号,要求传感器具有很好的暂态响应特性、稳定性和线性度。因此,研制具有很好的暂态响应特性、稳定性和线性度的电压传感器对过电压在线监测系统的开发具有关键作用。

国内外学者对过电压的测量方法展开了大量研究,并在一定程度上取得了较好的效果。综合国内外研究情况,目前,应用于电网过电压信号获取的装置主要有高压分压器、光纤电压传感器以及微分-积分测量系统等。

1)高压分压器高压分压器是过电压监测中最常用的获取电压信号的装置,主要有电阻分压器、电容分压器和阻容分压器等几种结构形式。电阻分压器具有结构简单、测量精度较高、暂态响应好、工作稳定性高等优点。由于电阻分压器长期并联电网运行,发热问题比较严重,因此,目前国内外大部分过电压在线监测系统的电压传感器都是采用电容分压器或阻容分压器。其中,我国重庆大学做了大量对电网过电压在线监测方面的研究,所采用的方法是利用变压器电容式套管,安装特制的电压传感器组成套管分压系统,从电容式套管的末屏抽头处实时采集电网过电压信号,如图1.1所示。

为了弥补传统电阻分压器的一些主要缺点,国内外的学者还研制出一些新颖的电容分压器,澳大利亚学者D.Britwhistle和I.D.Gray研制的基于电流互感器的电容分压器,如图1.2所示。

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