电力系统宽频宽动态电流量测技术研究综述

新型电力系统要求电流互感器具备宽频带、宽量程、高准确度性能,以满足电网呈现出的时频域宽动态、多参量等新特征。因此,从磁场传感的机理出发,对电流测量传感耦合原理简要介绍,分别阐述了这些技术的优缺点、拓扑结构。重点讨论了各类电流传感装置的结构特点、性能参数及量测性能优化方案,最后总结了目前亟待解决的问题、发展趋势和应用前景。光学电流互感器技术日趋成熟,应用广泛。基于NV色心的磁传感技术在测量性能方面已经超过传统传感器,配合光纤传感技术环境适应性强,电流测量领域前景广阔。

基于功率恒定的防饱和在线取电方法

基于厄流线圈取电装置提出了一种防止铁磁磁心饱和的方法,该方法使用旁路泄流电路将流入电流互感器过多的电流引入到旁路电路中消耗掉,将输出功率作为反馈值来调节旁路电路中开关管的关断,通过控制输出的功率大小,输电线路在宽范围电流内实现恒功率输出和防止电流互感器磁心到达饱和。根据电流互感器各方面的要求,建立电流互感器3D模型,将3D模型导入到Maxwell中对电流互感器本身进行有限元仿真分析,得到电流互感器内部各项参数,再将经过有限元分析的电流互感器模型导入到ANSYS中与外部电路组成取电电路进行联合仿真,通过仿真结果验证电流互感器的取电能力。再加入本次对电流互感器取电优化部分,通过电流互感器二次侧谐振的方式增加一次侧输电线路的等效阻抗,考虑到电流互感器磁心饱和的问题,采用旁路泄流电路将过多的电流通过旁路绕过电流互感器一次侧回到输电线路当中的方法解决。

一种新型空心圆柱型取能磁芯设计

针对现有非侵入式磁芯功率密度低、质量大、结构复杂的特点,设计了一种结构简单、可一体化制作的新型空心圆柱型磁芯,经仿真验证,其功率密度与壳层厚度成类反比例关系。此外,建立了空心圆柱型磁芯的准确功率模型,使磁芯设计不再受限于有限元仿真软件,简化了磁芯的优化难度。进而试验验证表明,在相同条件下,相较传统圆柱型磁芯,空心圆柱型磁芯的质量减小了49%,功率密度提高了82%,具有良好的工程实用价值和应用前景。

基于阻抗控制的电流互感器取能控制策略研究

针对电流互感器取能电源在输电线路小电流时存在供能死区、大电流时CT铁芯深度饱和导致异常运行状态的问题,提出一种阻抗控制式电流互感器取能控制方法。首先,建立取能CT等效电路模型,运用负载阻抗分析方法,对取能系统励磁特性问题展开研究;其次,给出阻抗控制式取能电路拓扑结构,并考虑不同原边电流工况的影响,对取能电流互感器提出阻抗调节控制策略;最后,搭建电流互感器取能综合实验平台进行实验验证,实验结果表明,容性阻抗运行特性的调节,显著提升了小电流工况下的系统取电功率,而在大电流工况下,感性阻抗运行特性使得铁芯的饱和状态得到抑制,可向负载提供稳定的电压和功率。

互感器在电力系统中的应用及其故障处理策略分析

本文主要研究了互感器在电力系统中的应用及其故障处理策略。本文首先阐述了互感器在电力领域中的关键角色及其广泛的应用范围,涵盖了电压和电流的测量技术,以及其在保护设备中的应用至关重要。针对互感器可能出现的多种故障及其成因,制定了具体的问题解决方案和技术措施,涵盖了检修、校验、更换等操作方法。以实际案例为依据,对互感器的故障排除流程进行了深度剖析,证实了所提出的解决方案既有效又实用。

电流互感器抗震性能与隔震试验研究

瓷柱型电气设备是变电站最常见的室外高压电气设备,抗震能力较差,历次震害表明该设备损坏是造成电力系统功能失效的主要原因。对110 kV电流互感器进行振动台试验,原设备与安装滑动自复位隔震支座设备同时进行试验,测定设备在不同地震动强度、不同地震波作用下关键位置加速度、位移和应变响应,分析电流互感器抗震性能和隔震支座隔震效果。研究结果表明,地震动峰值加速度为0.4 g时,电流互感器瓷套管根部最大应力为22.4 MPa,电流互感器加速度放大系数为3~8;滑动自复位隔震支座明显降低了电流互感器自振频率,瓷柱型电气设备瓷套管顶部加速度响应降低了80%以上,瓷套管根部应变响应不同程度地降低,说明滑动自复位隔震支座具有良好的隔震效果。

基于四电平编码与弱光通信的极低功耗传光式电流互感器

针对传光式电流互感器高压侧现有的母线取能和激光供能方式存在供电死区、能量转换效率低、使用寿命不足等问题,提出一种基于四电平编码与弱光通信的极低功耗光电传输系统方案。首先,设计三态门电路将信号采集模块的采样时钟和数据信号叠加为一个四电平信号。然后,利用超高亮度且极低功耗的LED将四电平信号转换为光信号并通过光纤传输至低压侧。最后,在低压侧通过高灵敏度雪崩光电二极管探测器进行弱光检测后输入解码电路实现信号解码。将极低功耗光电传输系统应用于传光式电流互感器中进行实验验证,测量结果满足0.2级精度要求,系统高压侧的平均功耗可降低至3.91 mW,保证测量精度的同时大幅降低了功耗。由于高压侧的功耗极低,故可采用大容量电池或小功率光伏系统等可靠供能方案,从而解决了高压侧的供能问题,提高了系统的稳定性和可靠性。

基于多绕组补偿的宽电流稳定感应取能装置

传统的电流互感器(current transformer,CT)为在线监测设备供电时,由于输电线路电流的大范围波动,将会导致小电流时CT取能不足、大电流时CT磁心饱和的问题。针对输电线路电流宽范围取能不稳定问题,提出了基于多绕组补偿的感应取能控制方法。首先对取能CT等效模型进行分析,推导出二次侧感应电压和磁感应强度数学表达式;同时对铁芯电磁特性进行分析,获得在不同电流大小下对应的取能CT输出特性。其次,采用电压源型整流电路(voltage source rectifier,VSR)拓扑结构对取能CT进行励磁补偿。通过分析不同二次侧负载对VSR输出特性的影响,控制其四象限运行模式,即在过磁情况下单相VSR输出特性表现为容性,在欠磁情况下单相VSR输出特性表现为感性。再次,通过对二次侧等效阻抗及励磁电流进行等效建模及计算,获得不同运行模态下的区间阈值,在不同区间范围内控制单相VSR工作在不同模式,实现CT二次侧阻抗从容性到感性的动态调节,保证取电CT在一次电流大范围变化时,维持稳定的输出电压。最后,搭建仿真模型及实验平台,通过仿真及实验结果对所提控制感应取能装置的多绕组解决方案的可行性及有效性进行验证。

基于并联谐振的电流互感器在线取电方法

针对配电网架空线路电流互感器(CT)存在的取电功率不足、铁心易饱和等问题,同时考虑到输电线路对在线监测装置有体积小、重量轻的要求,提出了一种并联阻抗组的CT取电方法,即在CT次级并联一组由不同容值的电容和泄能电阻组成的阻抗组,来实现取电功率的增大。当输电线路电流较小时,根据电流变化,在阻抗组中选出能与CT励磁电感发生并联谐振的匹配电容,来增大取电功率。当输电线路电流过大时,通过并联泄能电阻来抑制铁心饱和。通过分析CT取电等效模型,推导了匹配电容的计算公式。利用Maxwell与Simplorer软件进行联合仿真,验证该方法的正确性。采用硅钢片制成的铁心进行实验。结果表明采用该方法的取电功率满足在线监测设备需求。

混合型限流熔断器触发装置用电流互感器铁芯结构设计

针对短路电流保护装置的电流测控单元因电子元器件失效或电源掉电而导致保护装置拒动的问题,提出了一种无源电磁式电流互感器,分析了触发装置的工作原理,根据铁芯材料的磁化特性曲线,确定了互感器有效工作区间内铁芯的最大磁感应强度。针对铁芯在大电流条件下磁通容易饱和的问题,通过仿真分析了气隙分布对互感器内磁感应强度的影响。设计出在短路电流峰值为15 kA时仍可有效工作的电磁式电流互感器铁芯结构,三维瞬态电磁场仿真显示短路电流上升率为20 A/μs、二次绕组匝数为30匝时,铁芯二次绕组侧输出电压不小于14 V。最后设计制作了采用无源电磁式电流互感器作为触发装置的混合型限流熔断器工程样机,并进行了短路电流检测实验,实验结果与仿真基本一致,证明了铁芯设计的准确性和有效性。

基于绝缘油色谱数据的电流互感器缺陷分析

电流互感器在电力系统中扮演着着重要的角色,起着监测、保护、测量等作用。本文通过研究电流互感器的结构、原理,了解并熟知电流互感器的工作特点,利用色谱技术对绝缘油进行组分分析,可以提前预诊断电流互感器的潜伏性故障,避免故障进一步恶化。并通过案例分析证明了色谱技术在电流互感器绝缘油分析中的重要性。

自动变换次级绕组匝数的悬浮电源设计

利用小型电流互感器(CT)的感应能量为电子式电流互感器高压侧的电子电路供能具有稳定、成本低廉的优点,但是母线电流的增大使得取能装置的热耗变得不可接受,其应用受到限制。针对现有CT取能方法的不足,提出了一种简化的能够根据母线电流大小自动变换取能CT二次绕组的设计方法。根据不同的电压范围控制由电压比较器、场效应管和继电器组成的迟滞电压比较电路,并完成相应二次绕组的转换。实验结果表明该方法能有效降低母线电流增大产生的热耗,简化继电器的控制方法,提高系统的稳定性。

基于暂态信息的馈线零序电流互感器极性辨识

零序CT存在异常影响继电保护装置的正确动作,现有判断零序CT极性接反的方法大多基于故障性质,即无法预防CT极性接反而引起的继电保护不正确动作。建立中压配电网系统简化数学模型,通过分析母线三相补偿电容器组不同时投入引起的暂态零序冲击过程,挖掘其零序电气量与零序CT正确极性的关联特征;基于该关联特征提出基于暂态零序冲击的零序CT极性辨识判据,并利用小波变换模极大值捕捉并计算母线三相补偿电容器组不同时投入时的母线零序电压变化量和各馈线零序电流变化量,结合所提判据对零序CT极性进行辨识;最后采用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件搭建中压配电网系统仿真模型,模拟母线三相补偿电容器组投入的不同情况,对所提辨识方法进行验证。

电流互感器二次回路两点接地故障计量分析

本文首先简述了在二次侧测量回路中,当出现二点接地故障时,对电能测量所产生的影响,然后分析了其工作原理,最后,从实际操作和维修的观点出发,对事故的防范和处置提出了一些建议。

对计量电流互感器常见错误接线的分析与判断

在一个电流互感器中,计量是非常重要的,而电流互感器的二次接线问题,将会对测量的品质产生直接的影响,有的时候因为工作人员的疏忽,或是工作人员的整体素质不高,往往会造成电流互感器的接线出错。因此,对有关工作人员的需求就更高了,他们需要掌握有关电流互感器的知识,并能对电流互感器的接线问题进行分析和判断。

柔性直流光纤电流互感器阶跃响应特性研究

传统直流光纤电流互感器无法满足柔性直流输电工程的高速响应需求,因此需要研究直流光纤电流互感器的阶跃响应特性及其动态性能改善方法。文中结合直流光纤电流互感器的离散数学模型,对其动态特性进行了全面的仿真、计算和实验研究,结果表明:影响直流光纤电流互感器阶跃响应特性的关键参数是渡越时间、前向通道增益、滤波器阶数和通讯延迟。搭建了直流光纤电流互感器阶跃响应测试平台,经参数优化后的直流光纤电流互感器的阶跃响应上升时间小于50μs,满足相关应用要求。

AFOCT系统中敏感光纤器件的老化对系统测量准确性的影响

研究了全光纤电流互感器(AFOCT)系统中敏感光纤器件老化对系统测量准确性的影响。首先,基于法拉第磁光效应,采用琼斯矩阵建立AFOCT系统的传输模型;结合存在双折射的传感光纤的琼斯矩阵,给出系统的注入电流测量值的表达式。进一步,搭建了光学测试系统,实验表征传感光纤的双折射率;基于测试结果,对传感光纤的琼斯矩阵以及系统传输模型进行校准,以降低AFOCT系统注入电流的测量误差。最后,对传感光纤开展了相当于实际运行3个月的加速老化试验,并测试获得老化后传感光纤的双折射率。采用校准后的AFOCT系统传输模型,分析了老化后双折射率的变化对系统注入电流测量值的影响。实验结果表明,在传感光纤老化3个月之后,系统就已经产生了0.2955%的相对误差。

A step to the decentralized real-time timekeeping network

The composite time scale(CTS) provides an accurate and stable time-frequency reference for modern science and technology. Conventional CTS always features a centralized network topology, which means that the CTS is accompanied by a local master clock. This largely restricts the stability and reliability of the CTS. We simulate the restriction and analyze the influence of the master clock on the CTS. It proves that the CTS's long-term stability is also positively related to that of the master clock, until the region dominated by the frequency drift of the H-maser(averaging time longer than ~10~5s).Aiming at this restriction, a real-time clock network is utilized. Based on the network, a real-time CTS referenced by a stable remote master clock is achieved. The experiment comparing two real-time CTSs referenced by a local and a remote master clock respectively reveals that under open-loop steering, the stability of the CTS is improved by referencing to a remote and more stable master clock instead of a local and less stable master clock. In this way, with the help of the proposed scheme, the CTS can be referenced to the most stable master clock within the network in real time, no matter whether it is local or remote, making democratic polycentric timekeeping possible.

基于PCA-WPD优化的电流互感器故障检测方法研究

针对电磁式电流互感器测量误差的长期稳定性较差问题,提出主成分分析小波包分解的电流互感器故障测量误差自检测方法。利用小波包分解优化残差统计量,可以消除电流互感器设备中节点不平衡和随机误差对检测分析结果的影响。实验结果表明,随着测量误差的增加,测量数据的残差统计量逐渐增加。所提出的电流互感器故障检测方法能较好地满足0.2级精度的要求,且可以检测到电流互感器异常数据占90.97%,占总数的53.17%。该方法能够及时准确地实现电流互感器故障测量误差的自检测。

闭环全光纤电流互感器阶跃响应上升时间研究

应用于柔性直流输电工程的闭环全光纤电流互感器(FOCT)为满足工程应用,需使用长距离保偏光缆实现偏振光信号的远距离传输,对其阶跃响应上升时间的影响尚未论证。此处从工作原理及输出特性两个方面分析了闭环FOCT采用M阶滑动平均滤波器特性、阶跃响应上升时间,并进行了仿真及试验验证,结果表明:影响阶跃响应上升时间的关键因素为光路渡越时间和滑动平均滤波器阶数,滤波器积分时间与闭环FOCT阶跃响应上升时间正相关;增加300m保偏光缆后闭环FOCT阶跃响应上升时间显著增加,通过控制滑动平均滤波器的积分时间可使闭环FOCT阶跃响应上升时间及测量性能与不增加长距离保偏光缆保持一致,解决了闭环FOCT增加保偏光缆引起阶跃响应上升时间增加的问题,满足柔性直流输电工程对其快速响应及特性稳定的需求。