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电子式高压电力互感器的设计与实用化研究

张可畏  
【摘要】:随着电力系统容量的日益扩大和电网电压运行等级的不断提高,传统的电磁式互感器表现出越来越多的弱点,难以满足电网向自动化和数字化发展的需求。电子式高压电力互感器取代传统的电磁式互感器已成为发展的必然趋势。电子式高压电力互感器可以分为两种类型:光学电子式互感器和混合电子式互感器。其中混合电子式互感器采用的传感器技术比较成熟,运行经验多,具有实用化优势。本文主要围绕它的设计和实用化研究展开,分为传感头的工业化设计,电流传感器用积分器的实用化设计,电子式互感器标准化接口的研究、基于标准化接口的电子式互感器整体设计,双传感器信息融合的组合结构研究几部分。 Rogowski线圈是所采用的电流传感元件,本文总结了Rogowski线圈的基本原理,其中包括线圈的等效电路和相量图,线圈的稳态特性和暂态特性分析,线圈的电磁参数计算。在理论研究的基础上,讨论了线圈互换性的实现和温度补偿两个工业化问题。电容分压器是所采用的电压传感元件,本文讨论了杂散电容对测量误差的影响,分析了电网暂态现象对分压器的影响。 积分器的性能一直是影响Rogowski线圈电流传感器的精度和稳定性的重要因素之一。模拟积分器具有结构简单、响应速度快、输入动态范围大等优点;数字积分器具有性能稳定,精度高等优点。后者的优点使其成为近年来Rogowski线圈电流互感器实用化研究的一个较热点问题。本文首次提出了一套数字积分器设计的方法,其中包括了积分算法的选择,积分输入采样率和分辨率的确定,数字积分器的通用结构,处理直流偏移、积分初值和输入饱和的方法等。并实现了数字积分器样机,进行了实验研究。 标准的数据接口是工业化的要求,也是电子式高压电力互感器产品进入实用化,实现互换性和互操作性的保证。近年来IEC相关标准的陆续出台,使得电子式互感器标准化接口的研究变得更加紧迫和必要。本文以IEC的相关标准为研究对象,根据变电站自动化系统对电子式互感器的要求,讨论电子式互感器及其标准化接口的结构和模型,归纳电子式互感器标准化接口的设计方法,其中包括模拟接口和IEC61850-9-1中的数字接口。 结合电子式互感器标准化接口的研究,本文提出以标准化接口为核心,同时兼顾系统可靠性与电磁兼容的互感器整体设计思想。其中关于标准化接口,讨论了互感器的时间同步,高压端电路的低功耗设计,数字接口实现三个问题。关于可靠性,讨论了可靠


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