阻容分压器高精度测量的新方案

作者： 国自电气 时间：2024-11-30 09:53:24 阅读：65

电压互感器作为交/直流电网系统中的关键主设备之一，承担着电能计量、电量监测、继保信号传送、故障录波等重要作用。现代交/直流电网中随着电力电子核心装备(换流阀、柔直阀、直流断路器可控避雷器、消能装置、柔性交流输电系统设备(flexible ACtransmission systems, FACTS)、静止同步补偿器(staticsynchronouscompensator，STATCOM)等)的大量应用，电磁环境变得越加复杂，交流、直流及谐波、故障行波等暂态波同时存在。对上述电压复合信号进行准确、快速测量是保障电网安全可靠运行的关键。目前国内外直流工程中交流场与直流场均广泛使用阻容分压器(RCvoltage divider，阻容分压器)作为电压测量设备，与传统交流电压互感器(电磁式电压互感器、电容式电压互感器)相比，其特点是测量频带宽，响应速度快，技术上具备对于直流运行电压及谐波电压信号的测

量能力。

作为阻容分压器的关键性能指标，测量精度及测量稳定性一直是其设计过程中需要重点考虑的问题。IEC61869-6、IEC61869-15 标准中对阻容分压器的直流、交流宽频信号测量精度均提出了明确要求。阻容分压器 整体测量误差主要包括:

1)一次分压器杂散电容引起的测量误差。

2)一次分压器温升导致的测量误差。

3)二次分压器带来的误差。

4)传输电缆带来的误差。

5)二次采集系统的误差等

与交流电网中广泛使用的电容式电压互感器(capacitance voltage transformer, CVT)一样，组容分压器的一次分压比同样会受到现场杂散电容的影响。项目团队就杂散参数对阻容分压器的分压比影响开展了深入分析，并提出了等电位屏蔽技术。其中的研究成果为阻容分压器 在进行高频测量时杂散参数的影响提供了支撑。电阻作为 阻容分压器 的关键元件之一，在长期运行时会持续发热，热量聚集在密闭的分压器套管内造成分压器内部产生较大温升，使分压器高、低压臂电阻阻值与设计值偏离，带来测量误差。目前主要通过结构优化设计，提高分压器内部气体的循环流动，提高散热的效率，降低其温度。目前的研究主要集中在对电阻发热的仿真计算及散热优化方面，尚无针对发热源的抑制设计。基于上述情况，本文提出可有效提高阻容分压器测量精度的方法及设计方案，研究杂散电容与温升对阻容分压器测量精度的影响，对比分析了传统阻容分压器和高精度阻容分压器的测量精度，设计开发了高精度阻容分压器样机并进行试验验证，证明了设计方案的有效性。

杂散电容与温升对阻容分压器测量精度的影响，提出了可有效提高阻容分压器测量精度的技术方案，对比分析了传统阻容分压器与高精度阻容分压器的传变原理与误差影响。项目团队基于等电位屏蔽技术与温升控制方案设计开发了高精度阻容分压器样机并通过测量性能对比试验验证了高精度测量技术及温升算法的有效性，所述技术对于指导 阻容分压器主参数设计、关键元件选型及整体设计具有重要意义。

项目团队首次提出采用阻容回路的等电位屏蔽技术并成功将该技术应用于高精度阻容分压器机的研制，相对于传统阻容分压器 交流信号测量精度提高了2个测量等级。

针对温度影响测量精度问题，不同于传统的被动散热思路，创新提出并实现了通过优化主电气参数设计，减小阻容分压器 热功率的技术方案，将温升降低了数倍之多，有效提高了测量精度受限于目前的测试手段与条件，无法在试验过程中精确测试阻容分压器 高低压臂电阻/电容元件表面温度，无法对温升计算方法进行精确优化。依据阻容分压器法兰温度数据及经典传热理论推导出的阻/容值变化计算值与实测值已较为接近，为工程用阻容分压器 主参数设计、产品的阻/容元件选型提供了新思路。