高精度直流标准分压器车载一体化平台模拟仿真

作者： 国自电气 时间：2024-07-22 09:21:03 阅读：24

3，标准分压器的设计

选用进口电阻，电阻精度为0.01%，温度系数为5ppm/°C。考虑到元器件的多只串联和散热等，整个系统理论温度系数为10ppm/°C。在20°C±20°C范围内，因为环境温度变化，分压器分压比的理论最大变化为0.02%。以该电阻设计了一个50kV试验分压器，进行了分压器整体温度系数试验（置于恒温箱中，从20°C~60°C分4点做温度系数试验），试验结果表明分压器的温度系数不超过5ppm/°C。在高电压作用下，分压器绝缘支架也有漏电流流过，如果这个电流不影响分压比，其大小要限制在10~9A数量级。分压器支架采用了表面状态特性很好的有机玻璃和聚四氟乙烯材料，表面电阻足以保证以上要求。但绝缘表面容易产生静电，吸附灰尘和水气，因此分压器内部要保持高度清洁，不得有灰尘及杂质杂物。

4，电场仿真计算与参数优化设计

本文设计的高稳定度直流电压源应用于直流互感器现场校准实验，直流电压源的输出参数和本身的电晕对试验结果的可靠性有着密切关系。而高稳定度直流电压源的电晕主要取决于电压源表面的场强分布，如果不在电压源周围采取均压措施，会使电压源的电晕电流和泄漏电流增大，影响试验结果。设计的1300 kV高稳定度直流高压系统，本体为三电容柱式结构，主要由3个电容柱、高压硅堆、法兰、均压环、底座及盖板等组成。

由于高稳定度直流电压源的实际结构较为复杂，在计算模型中进行了合理简化，忽略了均压环的支撑杆。电容器柱采用模拟介质填充，相对介电常数取4，电阻率取7.5×10（12次方）Ω·m；空气和SF6气体的相对介电常数取1，在计算模型中认为空气和SF6气体是理想绝缘的，内部没有电流。计算时在电容器柱顶部的均压球施加1300kV电压，在底盘和空气的边界施加0电位。发生器表面的最大场强出现在电容器顶部，数值约为1.14×10（6次方）V/m，此外场强较大区域还有底部的支柱上方，其值约为1.08×10（6次方）V/m，该最大场强远小于空气的临界场强（25kV/cm），因此电场分布及强度完全满足设计要求。

5，现场用直流电压标准器关键技术

直流互感器根据输出类型可分为模拟量输出和数字量输出直流互感器，根据直流互感器的输出类型，有2种直流互感器校验方案，包括直流互感器模拟量校验方案和直流互感器数字量校验方案。研制的直流互感器校验仪同时具备模拟量输出和数字量输出的直流互感器的校验功能。直流互感器一般采用直接测量法进行校验。

5.1    模拟量校验方案针对模拟量输出的直流互感器，例如零磁通直流电流互感器或传统直流分压器，直流互感器校验仪采用模拟量校验方案“双表法”，即采用2块数字多用表对标准侧和试品侧的二次输出进行同步采样，然后计算误差数据。采用“双表法”进行模拟量输出直流互感器现场校验，标准侧和试品侧均采用高精度数字多用表进行模拟量采样，数字多用表采用Agilent生产的34461A，输入范围可达到0~1000 VDC，采样率高达100kHz，直流电压测量的年电压基准稳定度达到8ppm。通过采用软件同步触发功能，触发精度达到亚微秒级别，保证标准侧和试品侧严格同步采样。

5.2    数字量校验方案针对数字量输出的直流互感器，例如全光纤直流电流互感器或数字量输出的直流分压器，直流互感器校验仪采用数字量校验方案。拟输出信号进行采样，试品侧采用协议转换装置对试品的数字量输出信号进行采样，进行数字协议解析后发送到校验系统进行误差计算，在直流互感器数字量校验方案中，标准侧和试品侧采用时钟同步装置输出的秒脉冲或B码进行同步采样，时钟同步精度达到纳秒级，能够保证标准侧和试品侧直流互感器二次信号的严格同步采样。

6，结束语

本文通过试验和相关模拟仿真可以实现高压直流标准分压器现场校验设备车载一体化平台自动化展开，研制了标准分压器液压支撑平台，本文研究成果可在后续规划直流工程中应用，为我国自主化直流测量装置技术发展和推广提供积极作用，同时本项目研制的现场标源一体化校验系统可为现场误差校验和设备性能评估提供支撑。