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高压直流电压计量标准和现场量值传递方法的研究

李前  
【摘要】:直流高电压广泛应用于人民生活、工农业生产、科学研究和国防建设等领域,为了有效的控制和利用直流高电压,需要对其进行测量并保证量值统一,随着我国超高压、特高压直流输电工程的发展,电压等级的不断提升迫切要求与之相适应的直流高电压测量手段以及量值溯源和量值传递方法。 本文针对国内缺乏500kV及以上电压等级直流电压计量标准的现状,研究高电压等级直流高电压国家计量标准系统的建立和现场量值传递方法,旨在解决我国直流高电压量值溯源和量值传递的问题,为各行业进行直流高电压的精确测量、电能贸易结算和节能减排提供技术保障。 直流高电压计量标准系统包括精密测量方法和量值溯源方法的研究。 在直流高电压精密测量方法方面,本文以精密高压直流电阻分压器为对象,重点研究电阻元件的特性分析、分压器的热分析和电场设计等精密高压直流电阻分压器设计中的核心问题。首先分析了精密高压电阻元件的特性,提出一种在实际工况下测量电阻温度系数和电压系数的方法,并通过实验验证,为精密高压直流分压器电阻元件的使用提供了依据;其次,为控制温升对分压器测量性能的影响,提出了一种计算电阻分压器温度分布和散热情况的迭代算法,研究了标准电阻分压器的温度分布和散热情况以及环境温度、分压器功率对分压器内绝缘油温度的影响,得出了分压器散热结构设计的指导性原则;再次,本文建立了高压直流电阻分压器的有限元模型并进行了电场仿真,分析了均压环的尺寸和安装位置对分压器最大电场强度的影响,计算了多种情况下电阻层的电压分布和电场分布情况,得出了控制分压器内、外电场分布,减小电晕和泄漏对分压器准确度影响的设计方法。 在直流高电压的量值溯源方面,本文提出了一种在实际工作电压下测量直流电阻分压器分压比电压系数的方法,与已有其他方法相比,其可对由电阻参数变化引起的分压比电压系数进行更加完善的测量,实验证明其在100kV下测量分压比电压系数的准确度可达到1mV/kV。 利用以上研究成果,本文建立了一套500kV直流电压比例标准自校系统,对系统的组织结构、电阻元件的筛选方法、分压器的屏蔽结构、装配工艺、辅助设备等问题进行了详细的研究分析,对自校系统进行了分压比溯源和电压系数测量,其在500kV的扩展测量不确定度优于1×10-4。 在建立直流高电压计量标准系统的基础上,本文进一步研究了高压直流电压现场量值传递方法,研制了适用于直流输电工程现场校准的标准直流分压器、直流电压源和数据采集装置等设备,并在国际上首次完成了±500kV和±800kV直流换流站直流电压测量装置的现场校准试验。


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