[科普中國]-寬頻電容式分壓器

簡介

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)中接入越來越多的非線性負荷，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)電壓電流諧波畸變越來越嚴重。而系統(tǒng)內(nèi)電能質(zhì)量分析和電能計量均需要從電壓互感器二次取信號，傳統(tǒng)的互感器由于傳變特性的不足，在高頻條件下存在較大的測量誤差。有關(guān)研究表明，在20次諧波條件下的電磁式電壓互感器的測量誤差已經(jīng)達到±2%，而CVT在偏離基本的測試頻率下，最大誤差可達77%。因此，為在高次諧波下準確獲得電網(wǎng)側(cè)諧波信號，需要研制一種具有較高頻帶的電壓測量裝置。波蘭學(xué)者研制的一臺高精度寬頻400kV電阻分壓器，分壓器使用PCB板將各電阻串聯(lián)，通過控制箱將二次信號通過光纖傳送至后端電能質(zhì)量分析儀進行電能質(zhì)量分析。分壓器在10Hz~10kHz信號條件下可滿足±3%的比例誤差要求。然而采用電阻分壓的結(jié)構(gòu)，在設(shè)計上需要對大量電阻進行篩選，并進行完善的屏蔽，減少分布電容對分壓器相位差的影響。工藝復(fù)雜，工作量大。如果采用電容分壓器，相位差將不受分布電容的影響。1

裝置的研制基本思想通常情況，理想電容器的比例是與頻率無關(guān)的，且具有較小的角度偏差。常規(guī)電容分壓器由于其電容器介質(zhì)損耗的存在以及不一致性，導(dǎo)致在高頻條件下出現(xiàn)較大的比例誤差。而壓縮氣體標準電容器從原理和結(jié)構(gòu)上更接近理想電容器，壓縮氣體標準電容器是高壓試驗室中必不可少的一種精密標準設(shè)備，其電容量穩(wěn)定性好，介質(zhì)損耗較小。如將壓縮氣體標準電容器串聯(lián)組成電容分壓器將在較寬的頻帶內(nèi)具有較高的測量準確度。基于本思想，文獻設(shè)計了一種基于壓縮氣體標準電容器的電容分壓器，將高低壓電極設(shè)計在一個封閉的氣體容器內(nèi)，配合后級電壓信號調(diào)理電路，分壓器的整體測量誤差在50~2500Hz范圍內(nèi)滿足±0.1%。1

成果文獻將2種常用的壓縮氣體標準電容器設(shè)計構(gòu)成了1臺用于諧波測量的寬頻電容分壓器，并設(shè)計了后級電壓信號調(diào)理單元。使用電磁場仿真軟件輔助完成分壓器主絕緣和電容量的設(shè)計；采用雙級緩沖電路實現(xiàn)對分壓器整體誤差的調(diào)整。經(jīng)測試分壓器滿足10kV電力系統(tǒng)絕緣配合設(shè)計要求，在2500Hz條件下其測量時誤差滿足互感器0.1級要求。1

案例分析中國首條1000kV特高壓交流示范工程晉東南（長治）—南陽—荊門線路段共有18臺特高壓CVT投入運行，該示范工程在2011年底進行擴建調(diào)試的過程中，由于隔離開關(guān)操作導(dǎo)致的快速瞬態(tài)過電壓曾造成特高壓CVT損毀的事故，且主要為最下節(jié)低壓分壓電容損毀。根據(jù)實驗測量的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，寬頻下某些頻段內(nèi)電容分壓器的高壓電容和低壓電容阻抗特性將會發(fā)生不同程度的變化，這很有可能會導(dǎo)致電容分壓不準確，進而有可能導(dǎo)致電容分壓器某節(jié)電容損毀，可見寬頻下分壓電容阻抗特性的變化是導(dǎo)致電容分壓器損毀的一個潛在因素。2

相關(guān)研究文獻為了提高特高壓電容式電壓互感器的瞬態(tài)性能，分析其在較寬領(lǐng)域內(nèi)的分壓特性，以某公司生產(chǎn)的1000kV特高壓電容分壓器為實驗對象，進行了特高壓電容分壓器阻抗的測量，建立了特高壓電容分壓器的寬頻等效電路模型。首先，測量特高壓電容分壓器的阻抗；其次，基于測量得到的數(shù)據(jù)結(jié)合矢量匹配法和電路綜合理論，建立了特高壓電容分壓器的寬頻等效電路模型，并利用模式搜索算法對等效電路進行無源修正；最后，利用所建立的模型，分析特高壓電容分壓器在不同頻率下的分壓特性，為合理設(shè)置均壓裝置以及改善特高壓的制造工藝提供理論依據(jù)。2