阻容分压式直流电压互感器阻抗匹配

作者： 国自电气 时间：2024-11-26 09:47:36 阅读：56

1.1　阻抗匹配原理分析

当传输电缆末端阻抗不匹配时，测量信号会在电缆末端发生反射．通常情况下，同轴电缆特征阻抗为50Ω或75Ω，而合并单元输入电阻一般达到千欧姆级，远大于电缆特征阻抗．传输电缆末端反射系数较大，末端反射波也较大，入射信号波叠加反射波会出现振荡，造成信号失真，严重影响互感器测量的准确度．因此，有必要针对阻容分压式直流电压互感器的阻抗匹配展开研究．

由传输线理论可知，传输线上任意位置的电压、电流是该点的入射波、反射波的叠加，该位置的电压反射系数为反射波与入射波的比值．阻抗匹配的基本原理是使负载阻抗等于传输线特性阻抗，从而使得反射系数为0．传输线上仅存在从首端向末端行进的入射波而无反射波，传输信号不会失真，且电磁能量最大程度地被负载所吸收。

为了便于分析，假设传输线的损耗可忽略，即认为传输线是均匀无损传输线．图2为典型的分压器测量系统示意图。

实际工程中为满足直流电压互感器的阻抗匹配要求，通常需要选取双屏蔽层（层间夹有绝缘）的同轴电缆．同时电缆的首末两端应焊在专门的插头上，该插头的接地外套以规范的螺丝连接方式或以导电胶的方式紧密地与分压器低压臂的外金属壳或末端二次分压器相连接．两端部的连接务必规范化，切忌使用长连线代替插头，否则会在波形测量中带来异常振荡．此外，需要在传输电缆的一端或两端加装一定的阻抗匹配装置．

1.2　阻抗匹配仿真研究

为研究阻容分压式直流电压互感器内部的阻抗匹配情况，本文采用MATLAB软件建立阻容分压式直流电压互感器的仿真模型．直流电压互感器仿真模型主要分为：阻容分压器、同轴电缆、合并单元模块3部分．其中，同轴电缆模型选用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真元件库中的ＰＩＳｅｃｔｉｏｎＬｉｎｅ传输线元件仿真；合并单元模型依据互感器的实际结构建立，采用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真元件库的各模块组成．仿真模型中远端模块数模转换器采用16位转换模块实现，利用双重化采样比较技术，保证了全量程的测量精度；光电转换及电光转换采用光电耦合器进行模拟．仿真模型各部分参数依据实际的XRC200阻容分压式直流电压互感器参数建立。

1.3　阻抗匹配实验测试

实验采用额定电压等级200kV的方波电压发生器输出幅值为20kV的阶跃信号波作为输入测量信号，标准电容分压器与XRC200阻容分压式直流电压互感器并联接入实验电路．标准电容分压器和阻容式直流电压互感器额定电压等级均为200kV，分压比均为2000:1．分别进行两次阶跃响应实验作为对照，研究互感器合并单元的阻抗匹配情况．

３　阻抗匹配措施

阻抗失配会导致测量信号的畸变与失真，造成电压测量的不准确．当前常用的经济有效的阻抗匹配方法是利用滤波器来抑制传输线端的过电压现象．国标GB／T14549 1993中规定在电力系统继电保护和计量中一般要求保留19次以下的谐波，因此采用一个低通、抗混叠的滤波器作为电压互感器的滤波器则可以满足要求．本文分别采取RC无源滤波器和有源滤波器两种方法来消除振荡、抑制过电压．

结　论

阻容分压式直流电压互感器已随着直流输电系统的大规模建设而被广泛应用，但对于直流电压互感器内部电缆传输环节阻抗匹配情况的研究还较少．本文通过理论分析、实验测试、MATLAB建模仿真研究，得出结论如下：

１）通过仿真分析及实验测量发现互感器内部阻抗匹配情况并不理想，合并单元模块有一定的阻抗匹配作用，但并不能完全消除振荡，需采取进一步的阻抗匹配措施；

２）采用低通滤波器作为互感器内部阻抗匹配的有效措施，通过仿真对比分析发现，相较于RC无源滤波器，二阶巴特沃斯滤波器滤波特性更优，是更可靠、有效的阻抗匹配措施．

本文研究了阻容分压式直流电压互感器内部电缆传输环节的阻抗匹配情况，并针对存在问题提出了解决措施，对直流电压互感器的设计、应用有一定的指导意义．