Page 57 - 电力与能源2023年第五期

王兴亮，等：配电网过电压在线监测应用研究 479

侧电路中的值。要求这个时间常数不超过所测波
形波峰时间的 1/10，以减少误差。若要测量标准
图 1 新型暂态过压监控系统的工作原理
雷电波 1.2 μs/50 μs，则需要 C 1R 1≤120 ns。选用
利用雷电冲击脉冲耦合电容器（也就是分压
较小的临界阻尼电阻 R 1，以消除低频振荡，提高反
器），可以得到电压信号。这个电压信号必须先透
应时间。根据试验结果，将 R 1 选为优等值。
过信号调整电路来调整，这样才能符合资料收集
L
部分接收的要求。随后将信号传送至数据采集 R 1 = 1. 5 （1）
C 1
卡，进行 A/D 多声道同步转换。信号经由采集卡
式中 L——电感值，测量整个电路；C 1——一个
转换成数字信号进入工控机，并由后台软件管理。
分压器的高压臂电容值。
这款软件功能包含了实时显示波形、存储和分析
经测量发现分压器电感在 1.27 μh 左右。据
数据、“重现”过电压波形、参数计算，以及对时域
式（1）推定高压臂中的串接阻尼电阻 R 1 为 119 Ω，
和频域的分析等功能。
因为此处取值为 100 Ω，C 1R 1=20 ns<120 ns 仍能
2 新型暂态过电压监测系统装置组成 满足雷电波测量要求。另外，建议选择功率至少
在 2 W 以上的无感电阻作为阻尼电阻，以避免可
新型暂态过电压监测系统主要由雷电冲击脉
能出现的损坏。
冲耦合电容器（高压分压器）、数据采集卡和工控
2.1.2 误差估计
［6］
机平台过电压监测系统 3 部分硬件组成。
电压输出按分压器分布参数模型建立，其输
2.1 高压分压器设计
出电压 u（t）在约去高次项时：
2.1.1 设计参数及原理
x l( 1 )
C P
本文采用了具有良好高低频响应的弱阻尼等 u(t) = u 0 1 - 6 C + K （2）
电位屏蔽式电容分压器，能够满足过电压在线监
l——高压分压器的高度；x——距离高压分
式中，
控系统的关键——内外过压监控的需要。高压分
压器的末端距离；u 0——输入电压；C P——对地杂
压器的设计原理如图 2 所示，采用了同轴并联的
散电容；C——分压器的电容；K——分压器的纵
多个脉冲电容器的聚苯乙烯电容器高压臂和低压
向杂散电容。
臂。输出端为了减少振荡，一般需要在高压臂末
式（2）中的关键步骤是确定 C P 和 K 的值。为
端串联阻尼电阻 R 1、串联配电阻 R 2 （50 Ω）。
了达到这一目的，采用有限元法建立了分压器的
几何模型，如图 3 所示。

图 2 高压分压器的结构原理
在高压分压器的设计中，选择合适的阻尼电 图 3 高压分压器几何模型

阻是很重要的一环。波头的振荡是分压器测量雷 在进行有限元分析时，要注意网格密度的控
电波时的通病，所以要求分压器的电感要小一些 制。一般情况下，在分压器的本体上要分得比较
以减少振荡。通常分压器内都会有电感，因此要 密一些，而在空气外围的地方，可以适当地疏一
避免振荡需要设置适当的阻尼电阻。低压侧电压 点。研究显示，对于分布电容的计算结果而言，距
上升时间的控制，要看 C 1R 1 这个时间常数在高压 离分压器 60 cm 以上的距离更为理想。这一段距