畢業(yè)論文-高壓電壓互感器的設(shè)計

邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）II220531緒論 1236601.1題目背景及目的 1244181.2國內(nèi)外研究狀況 1303532電壓互感器原理 4277712.1電壓互感器工作原理 4177392.2電容式電壓互感器工作原理 5161082.3電阻式電壓互感器工作原理 6272792.4阻容分壓型互感器工作原理及參數(shù)計算 7199352.5電壓互感器的分類 9188063電壓互感器設(shè)計計算 1175643.1計算依據(jù) 11262173.2鐵心設(shè)計計算 11121313.3鐵心截面確定 12207253.4繞組設(shè)計計算 1539254阻容分壓型互感器 1924354.1阻容分壓器 19207954.2阻容分壓式互感器原理接線圖 19277704.3阻容分壓互感器的元件選擇及測量 20174034.4電阻元件的器件選擇及測量 211045電子式電壓互感器的信號處理系統(tǒng) 2216015.1引言 22160445.2濾波電路 22281635.3積分電路 2242615.4模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的設(shè)計 2466506電磁兼容設(shè)計 25247636.1電磁兼容的分類 252356.2我國的電磁兼容技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系 25115106.3部分電磁兼容技術(shù)介紹 2513326.4電磁兼容初步設(shè)計 263047MATLAB仿真 27210857.1引言 2759297.2仿真原理圖 2759297.3仿真參數(shù)設(shè)置 28179167.4仿真波形 318394總結(jié) 3229895參考文獻(xiàn) 338394致謝 341緒論1.1題目背景及目的隨著生產(chǎn)的發(fā)展，對電力的需求量越來越大、電壓等級越來越高，使得傳統(tǒng)電壓互感器（PT）的體積越來越大、造價越來越高，同時也給PT的防爆和電力系統(tǒng)的安全帶來很大的困難。在高壓輸電系統(tǒng)中，絕緣和抗電磁干擾是兩個重要課題，多年來人們一直在尋求可以替代傳統(tǒng)電壓互感器的電壓測量設(shè)備。隨著計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，通信技術(shù)，傳感技術(shù)的飛躍發(fā)展，電力系統(tǒng)控制保護(hù)技術(shù)也發(fā)生了重大的變化，傳統(tǒng)的電磁式繼電保護(hù)正轉(zhuǎn)變?yōu)槲C(jī)處理機(jī)分級監(jiān)控保護(hù)，在電網(wǎng)中心系統(tǒng)管理下，實現(xiàn)分級管理，組成智能化遠(yuǎn)動終端，電壓傳感器在電力系統(tǒng)控制保護(hù)和監(jiān)控中起樞紐作用，因此現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展對電壓互感器不僅提出了絕緣密封溫度熱穩(wěn)定安全可靠，有良好的限制諧震過電壓設(shè)計，還要求它具有高、低壓完全隔離，抗電磁干擾性能好，頻帶寬及無鐵磁飽和等優(yōu)點。目前我國高壓及超高壓電力網(wǎng)廣泛采用電磁式電壓互感器PT和電容式電壓互感器CVT作為電壓測量元件。電磁式電壓互感器可以說是最初的互感器，其工作原理和變壓器相同，電壓互感器一次繞組并聯(lián)在高壓電電網(wǎng)上，二次繞組外部并接測量儀表和繼電保護(hù)裝置等負(fù)荷，儀表和機(jī)電器的阻抗都很大，二次負(fù)荷電流小，且負(fù)荷一般都比較恒定。PT的容量很小，接近于變壓器空載運行情況，運行中電壓互感器一次電壓不受二次負(fù)荷的影響，二次電壓在正常使用條件下實質(zhì)上與一次電壓成正比。但由于其適應(yīng)高電壓等級和耐雷電水平差和串聯(lián)諧振問題，逐漸被電容式電壓互感器CVT所取代。利用電容分壓器作為傳感頭的互感器，主要由電容分壓器、中間變壓器、補償電抗器、阻尼器等部分組成。電容分壓器具有電磁電壓互感器的所有功能，同時可以兼作載波通信的耦合電容器之用；其耐雷沖擊性能也比一般的PT要優(yōu)越；同時CVT不存在電磁式電壓互感器與斷口電容的串聯(lián)鐵磁諧振問題。但以電容分壓作為工作原理的傳感頭不能解決暫態(tài)過程中瞬變響應(yīng)差的問題，此外，有源型光電傳感器在高壓端傳感頭部分采用電子線路實現(xiàn)對模擬信號的處理及模數(shù)和光電轉(zhuǎn)換，而這部分電子線路的供能必須依靠外界電源實現(xiàn)，所以工作電源穩(wěn)定可靠的獲取直接關(guān)系到該類傳感器的實用性。1.2國內(nèi)外研究狀況在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，隨著變電站對互感器精度要求的不斷提高，依靠微機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)參量智能檢測是必然的結(jié)果，從而產(chǎn)生了電子式電壓互感器。20世紀(jì)80年代，發(fā)達(dá)國家的電氣公司就已投入大量人力和物力從事電子式電壓互感器的研發(fā)，加拿大NxtPHASE公司設(shè)計的光電式電壓互感器基于Pockels效應(yīng)。其導(dǎo)體上的電壓產(chǎn)生電場，并從光發(fā)射二極管中發(fā)射出光信號，且通過光纖。由傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)經(jīng)結(jié)合可進(jìn)行高精度電壓測試。國際著名公司ABB公司作為國際上提供標(biāo)準(zhǔn)化光學(xué)電流和電壓傳感設(shè)備的領(lǐng)先者之一，其中光電式電壓互感器使用光學(xué)傳感器，電壓范圍72.5kV至550kV，使用了中空管成分絕緣體和SF6氣體絕緣體，使體積小，并便于安裝。美國、日本、法國和前蘇聯(lián)等國先后研制出實用性的電子式互感器樣機(jī)，并掛網(wǎng)運行取得成功。九十年代以后，光學(xué)電力互感器的研究進(jìn)入實用化階段，美國、法國和日本等技術(shù)發(fā)達(dá)國家陸續(xù)公布了他們研制的各種光學(xué)電力互感器運行及鑒定數(shù)據(jù)。如ABB跨國公司、法國ALSTOM公司、日本東電、東芝、住友等公司，研制出123~765kV的OPT系列產(chǎn)品，并有一批產(chǎn)品在許多國家的電力系統(tǒng)中投入使用。而我國對電子式電壓互感器的研究起步較慢，于20世紀(jì)80年代，其中機(jī)電部26所，清華大學(xué)，華中理工大學(xué)，上?？萍即髮W(xué)等對其做了較多的工作，取得了不少寶貴經(jīng)驗。2001年華中科技大學(xué)開發(fā)了一種光學(xué)電壓互感器。其對傳感頭的設(shè)計提出了模塊化結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想，光路系統(tǒng)采用雙光路互補的結(jié)構(gòu)，信號處理采用DSP技術(shù)。此后對新方案的性能進(jìn)行了測試，實驗結(jié)果表明：新型光學(xué)電壓互感器具有良好的性能，雙光路結(jié)構(gòu)具有很好的溫度補償特性，穩(wěn)定性很好，線性度在±0.2%以內(nèi)，比差在±0.2%以內(nèi)，通過了一系列絕緣耐壓試驗。大約在二十世紀(jì)末，我國光學(xué)電壓互感器開始取得了較大的發(fā)展。光纖通信、光電信息存儲、激光技術(shù)、光纖傳感等新型的研究成果已滲入到國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民日常生活的各個領(lǐng)域。作為國家能源工業(yè)支柱的電力系統(tǒng)，在近十年的發(fā)展歷程中，同樣受到了光電技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)烈沖擊，一大批基于光電技術(shù)的成熟產(chǎn)品在系統(tǒng)中得到運用，并以其優(yōu)異的性能和全新的模式迅速改變著傳統(tǒng)電力工業(yè)的面貌。如電力光纖通信網(wǎng)的普及使原來分布的、孤立的各發(fā)、變、配、送、用電系統(tǒng)融合為一個整體；光纖傳感技術(shù)與故障診斷技術(shù)的結(jié)合為電力主設(shè)備的安全可靠運行提供了強(qiáng)有力的保障；全新的光電互感器的研究及其二次設(shè)備的研制使得“數(shù)字化電力系統(tǒng)”的前景更加光明。可以說，光電技術(shù)的運用及其與IT技術(shù)的結(jié)合，正使傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)面臨一場重大的技術(shù)變革。經(jīng)過20多年的研究，光學(xué)電壓互感器原理和種類已趨于成熟，從目前已研制出的光學(xué)電壓互感器來看，基本原理都相同，信號處理部分也基本一樣，不同之處主要在于一次部分的結(jié)構(gòu)及光學(xué)電壓傳感器的結(jié)構(gòu)。光纖電壓互感器要實現(xiàn)實用化、產(chǎn)業(yè)化尚需解決以下幾個問題：(1)長期運行的可靠性與穩(wěn)定性；(2)具有足夠的測量精度的研究。如使用純凈且經(jīng)過多次提拉的BGO晶體；(3)采取光學(xué)和電學(xué)多種有效補償措施，消除光功率波動、溫度變化等對測量結(jié)果的影響。如光電轉(zhuǎn)換中的響應(yīng)電流十分微弱，信號處理電路應(yīng)該嚴(yán)格限制溫漂的影響和外界電磁場的干擾。最近幾年光電互感器的研究和產(chǎn)品化受到廣泛的關(guān)注，目前國內(nèi)對光電互感器的研究大多局限于實驗室和試運行階段，還沒有完全實現(xiàn)產(chǎn)品化的相關(guān)報道，此外研究主要集中在互感器本身的特性和計量應(yīng)用等方面，而對于如何將光電互感器運用于變電站自動化系統(tǒng)及其設(shè)備，如何與二次設(shè)備接口等問題研究的很少。本文對變電站引入光電互感器后，如何與繼電保護(hù)裝置連接、如何建立一個帶光纖數(shù)字接口的繼電保護(hù)裝置的問題進(jìn)行了研究。重點對其中的關(guān)鍵技術(shù)：數(shù)字化以太網(wǎng)接口系統(tǒng)的模式和編程等方面展開分析和研究。由以上的內(nèi)容可見，我國電子式電壓互感器雖然取得了很大的進(jìn)步，但大部分研究仍然處于理論研究中，實際投入使用并不多，但我相信，以這樣的發(fā)展速度，在未來不久，我國將這些理論廣泛投入實用中，到時，我國互感器的水平將會進(jìn)入另外一個飛躍階段。2電壓互感器原理2.1電壓互感器工作原理電壓互感器是一種專門用作變換電壓的特種變壓器。在正常工作條件下，其二次電壓實質(zhì)上與一次電壓成正比，而且在連接方向正確時，二次電壓對一次電壓的相位差接近于零。電壓互感器的一次繞組并聯(lián)接在電力系統(tǒng)的線路中，二次繞組接有測量儀器、儀表、繼電器的設(shè)備。這些設(shè)備就是電壓互感器的二次負(fù)荷。當(dāng)電力系統(tǒng)的電壓發(fā)生變化時，電壓互感器即將此變化的信息傳遞給其二次繞組所接的負(fù)荷。圖2.1為電壓互感器工作原理圖，圖中用阻抗示所接的負(fù)荷。U1U1U2一次繞組二次繞組鐵芯二次負(fù)載ZbI1I2圖2.1電壓互感器工作原理圖根據(jù)電力線路的電壓等級，感器的一、二次繞組之間設(shè)置有足夠的絕緣.以保證所有低壓設(shè)備與髙電壓設(shè)備隔離。電力線路的電壓各不相同。通過電壓互感器一、二次繞組匝數(shù)比的配置，將不同的線路電壓變換成較低的標(biāo)準(zhǔn)電壓值一般是100V或173V。這樣可以減小儀表和繼電器的尺寸，簡化其規(guī)格，有利于這些設(shè)備小型化、標(biāo)準(zhǔn)化。所以說電壓互感器的主要作用是：①給測量儀器、儀表或繼電保護(hù)，控制裝置傳遞信息：②使測量，保護(hù)和控制裝置與髙電壓相隔離；③有利于測量儀器、儀表和繼電保護(hù)，控制裝置小型化、標(biāo)準(zhǔn)化。2.2電容式電壓互感器工作原理電容式電壓互感器主要由電容分壓器、中壓變壓器、補償電抗器、阻尼器等部分組成，整個電容式電壓互感器就由電容分壓單元和電磁單元組成，通過電容分壓單元獲得系統(tǒng)電壓的分壓，通過電磁單元實現(xiàn)一次與二次的隔離和電壓變換，即由系統(tǒng)一次電壓Up分壓為中壓Um，再由Um變換為二次電壓Ub。圖2.2電容式電壓互感器原理電容分壓器C1、C2，用于分壓，降壓，以取得合理的中間電壓。電容式電壓互感器調(diào)整誤差方便、靈活，借助于補償電抗器線圈和中壓變壓器一次繞組上的若干調(diào)節(jié)抽頭來實現(xiàn)。調(diào)節(jié)抽頭越多，誤差調(diào)節(jié)越精確。其絕緣可靠性高：耦合電容器耐雷電沖擊能力強(qiáng)。產(chǎn)品較大的電容量可降低雷電波陡度，可靠地保護(hù)電氣設(shè)備。且電容與系統(tǒng)連接不像電磁式電壓互感器那樣可能與斷路器斷口電容產(chǎn)生鐵磁諧振，可確保系統(tǒng)安全可靠運行。而且整個互感器為全密封結(jié)構(gòu)，運行不需要定期檢修，維護(hù)工作量少，絕緣檢測也比較容易，產(chǎn)品價格也比較低。電容式電壓互感器的主要構(gòu)成是電容器件和電感器件，而且電感器件為鐵磁非線性電感器件。從而在系統(tǒng)電壓作用下，可能產(chǎn)生鐵磁性串聯(lián)諧振。由于電容式電壓互感器本身回路電阻很少，不可能抑制分次諧波諧振，所以必須投入外接阻尼裝置。阻尼裝置可以使電阻型，諧振型，速飽和型等，合理設(shè)計阻尼器參數(shù)，可有效抑制鐵磁諧振，但會使誤差增大，影響暫態(tài)穩(wěn)定。此外，在一次系統(tǒng)出現(xiàn)短路的情況下，電容式電壓互感器的輸出端出現(xiàn)了振蕩過程。這是因為電容和電感中所儲存的電磁能量不能突變，所以當(dāng)一次電壓突然變化時，二次端輸出電壓不能隨之線性變化，而需經(jīng)過一個振蕩過程才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)IEC的相關(guān)規(guī)定，在一次端子與接地端之間的電源短路，CVT的二次輸出電壓衰減到短路前的電壓峰值的10％所需的時間應(yīng)小于額定頻率的1個周期(50Hz系統(tǒng)為20ms)。諧振型和速飽和型的CVT均可以滿足IEC的要求，不過在系統(tǒng)一次電壓從零到零的情況下，速飽和型CVT的輸出存在周期較長的低頻振蕩；而在系統(tǒng)一次電壓從最大到零的變化情況下，諧振型CVT的輸出振蕩幅值較大，測試誤差較大。同時他們在1000Hz附近都存在一個諧振點，使得響應(yīng)特性變差。2.3電阻式電壓互感器工作原理由于電容式電壓互感器無法消除諧振現(xiàn)象，而且其暫態(tài)諧振問題會導(dǎo)致保護(hù)裝置不能正常動作。針對以上缺點，電力系統(tǒng)提出一種新型分壓型互感器－電阻式電壓互感器（如下圖所示）。UUR1U2R2ARGND圖2.3電阻分壓器原理圖測量和保護(hù)設(shè)備電阻式電壓互感器與電磁式電壓互感器相比，其無飽和、良好的線性、符合各種外形設(shè)計要求、重量輕、不會產(chǎn)生鐵磁諧振現(xiàn)象及只用一個分壓器就能滿足所有測量和保護(hù)的要求等優(yōu)點。一般而言，電阻的絕對值可任意選擇，除非實際情況的限制。目前應(yīng)用的經(jīng)驗為R1在100MΩ左右，而R2在10kΩ上下。由于電阻分壓器不會在一次和二次側(cè)產(chǎn)生任何獨立的電勢，內(nèi)置的過電壓吸收器A可以確保在高電壓電阻出現(xiàn)故障的極端情況下，輸出端也不會出現(xiàn)不允許的高電壓，完全適用于中低壓配電柜的電壓傳感。電阻式電壓傳感器的準(zhǔn)確度取決于電阻的準(zhǔn)確度，或更準(zhǔn)確地說，取決于分壓比的準(zhǔn)確度，其轉(zhuǎn)換誤差主要源自電阻溫度系數(shù)、電阻電壓系數(shù)、電阻器因電壓、溫度引起的漂移、雜散電容及相鄰相線之間的串?dāng)_影響。通常用這種方法可以實現(xiàn)±0.5%的準(zhǔn)確度。如果要進(jìn)一步提高精度，則必須作其它的特殊處理，如通過電阻器的材料選擇和機(jī)械設(shè)計處理溫度補償和電阻電壓系數(shù)、通過使用計算程序?qū)﹄s散電容和串?dāng)_進(jìn)行計算校正等方法。通過增加高壓屏蔽罩和低壓屏蔽罩，可以有效抑制雜散電容對測量結(jié)果的影響，計算機(jī)仿真和實際試驗的結(jié)論均為可以將測量誤差控制在0.3%以下。2.4阻容分壓型互感器工作原理及參數(shù)計算傳統(tǒng)電磁式電壓互感器的應(yīng)用限制主要在于絕緣問題、負(fù)載誤差影響較大、故障狀況下可能產(chǎn)生飽和輸出問題及操作失當(dāng)隱患，在現(xiàn)今要求高精度，低故障的的電力系統(tǒng)中已經(jīng)較少使用。電阻分壓式電壓傳感器與電磁式電壓互感器相比，其無飽和、良好的線性、符合各種外形設(shè)計要求、重量輕、不會產(chǎn)生鐵磁諧振現(xiàn)象及只用一個分壓器就能滿足所有測量和保護(hù)的要求等優(yōu)點使其得到重視。但阻容式電壓傳感器的準(zhǔn)確度取決于電阻的準(zhǔn)確度，或更準(zhǔn)確地說，取決于分壓比的準(zhǔn)確度，其轉(zhuǎn)換誤差主要源自電阻溫度系數(shù)、電阻電壓系數(shù)、電阻器因電壓、溫度引起的漂移、雜散電容及相鄰相線之間的串?dāng)_影響，所以使用起來有很大的限制性。電容分壓式電壓傳感器：電容分壓器是CVT的主要組成部分，多年的實際應(yīng)用表明該種分壓電路的分壓比穩(wěn)定，無論從技術(shù)上還是從工藝上都是成熟和可靠的，但這種結(jié)構(gòu)的電壓傳感器存在一個重大缺陷，故障狀態(tài)下的暫態(tài)響應(yīng)過程問題。在高壓側(cè)出現(xiàn)短路或斷路故障時，儲存在電容中的能量沒有一個合適的通路供其快速釋放，也就是通常所指的“電荷俘獲現(xiàn)象”。鑒于電容式分壓器存在著系統(tǒng)短路后，分壓電容的等效接地電容上積聚的電荷在重合閘時不能完全釋放，在系統(tǒng)工作電壓上疊加一個誤差分量，影響到測量結(jié)果的正確性以及繼電保護(hù)裝置的正確動作，且長期工作時等效接地電容也會因溫度等因素的影響而變得不夠穩(wěn)定，所以，可以考慮對電容分壓的基本測量原理進(jìn)行了改進(jìn)：在等效接地電容上并聯(lián)一個小電阻R以消除上述影響，從而構(gòu)成新的阻容分壓式電壓互感器。阻容分壓型電壓互感器（RCVT）是在電容分壓型電壓互感器的基礎(chǔ)上，對低壓電容C2并聯(lián)一個電阻R，使線路出現(xiàn)短路或斷路故障時，存儲在分壓電容中的能量可以通過該電阻來快速釋放，從而實現(xiàn)了對輸電線路上的電壓變化快速響應(yīng)跟蹤測量。這種傳感頭的設(shè)計方案是對目前已生產(chǎn)的電容式電壓互感器（CVT）所進(jìn)行的局部改進(jìn)，設(shè)計選型要遵從CVT的構(gòu)架，不但可以繼承電容分壓器的原有優(yōu)點，而且降低了研發(fā)的成本。下面是RCVT的電路圖。圖2.4阻容分壓型電壓互感器RCVT傳感頭部分分壓比K與電容，電阻關(guān)系：RCVT的傳感頭高壓部分和CVT一樣由一定值的電容C1組成，而低壓端則由一低壓電容C2和精確電阻R并聯(lián)組成，對結(jié)點p利用KCL，電容元件的電流i與電壓u取關(guān)聯(lián)參考方向，因此得出一下的函數(shù)關(guān)系： （2.1）化成傳遞函數(shù)形式： （2.2）拉普拉斯變換后 （2.3）若1/R>>C1+C2，則du2與du1成正比，即，拉氏變換后。顯然，電壓傳感器的輸出U2是被測電壓信號的微分，即輸出電壓的相位超前被測電壓90°，故需要加入積分及相位補償處理使其原、副方的相位一致。目前提出的各種類型的電子式電壓互感器，為了保證原、副方電氣隔離，都是采用電/光——光/電轉(zhuǎn)換的電路，因此都必須考慮到高壓側(cè)電子電路的電源問題，而本課題所提出的阻容使電壓互感器采用一個小PT(可以稱之為電磁隔離單元)來實現(xiàn)高低壓信號的傳遞，既保證兩側(cè)電路的電氣隔離，又去掉了高壓側(cè)電源，簡化了設(shè)計方案，提高了方案的可行性和實用性。2.5電壓互感器的分類2.5(1)按用途分①測量用電壓互感器②保護(hù)用電壓互感器(2)按相數(shù)分①單相電壓互感器②三相電壓互感器(3)按變換原理分①電磁式電壓互感器（簡稱VT）②電容式電壓互感器（簡稱CVT)(4)按繞組個數(shù)分①雙繞組電壓互感器，其低壓側(cè)只有一個二次繞組的電壓互感器。②三繞組電壓互感器，有兩個分開的二次繞組的電壓互感器。③四繞組電壓互感器，有三個分開的二次繞組的電壓互感器。(5)按一次繞組對地狀態(tài)分①接地電壓互感器，在一次繞組的一端準(zhǔn)備直接接地的單相電壓互感器，一次繞組的星形聯(lián)結(jié)點（中性點）準(zhǔn)備直接接地的三相電壓互感器。②不接地電壓互感器，一次繞組的各部分，包括接線端子在內(nèi)，都是按額定絕緣水平對地絕緣的電壓互感器。(6)按裝置種類分①戶內(nèi)型電壓互感器②戶外型電壓互感器(7)桉結(jié)構(gòu)型式分①單級式電壓互感器，一、二次繞組在同一個鐵心柱上，絕緣不分級的電壓互感器。②串級式電壓互感器，一次繞組由幾個匝數(shù)相等、幾何尺寸相同的級繞組串聯(lián)而成，各級繞組對地絕緣是自線路端到接地端逐級降低的電壓互感器在這種電壓互感器中，二次繞組與一次繞組的接地端級（即最下級）在同一鐵心柱上。(8)按絕緣介質(zhì)分①干式電壓互感器，其絕緣主要由紙、纖維編織材料或薄膜繞包，經(jīng)浸漆干燥而成。②澆注式電壓互感器，其絕緣主要是絕緣樹脂混合膠，經(jīng)固化成型。③油浸式電壓互感器，其絕緣主要由紙、紙板等材料構(gòu)成，并沒在絕緣油中。④氣體絕緣電壓互感器，其絕緣主要是具有一定壓力的絕緣氣體。3電壓互感器設(shè)計計算3.1計算依據(jù)電壓互感器計算依據(jù)是：額定一次電壓額定二次電壓剩余電壓繞組（如果有）額定電壓二次繞組準(zhǔn)確級及額定電壓，極限輸出剩余電壓繞組（如果有）準(zhǔn)確級及額定電壓額定頻率絕緣水平3.2鐵心設(shè)計計算3.2.1鐵心額定磁通密度選擇額定磁通密度是一個選擇性很強(qiáng)的基本設(shè)計參數(shù)。不同的電壓互感器其額定磁通密度值差別很大。選擇合適的額定磁通密度是產(chǎn)品設(shè)計中必須首先解決的問題之一，額定磁通密度與互感器誤差及過勵磁特性直接有關(guān)，其數(shù)值選取分析如下。(1)單相及三相不接地電壓互感器通常用于測量過壓、壓保護(hù)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時并不改變互感器相間電壓或線端與中心點的電壓。因此這兩種電壓互感器并不承受系統(tǒng)故障所引起的工頻電壓升高。它們可能承受的最大工頻電壓升高幅度一般不超過1.3倍額定電壓，是指發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷而引起的飛轉(zhuǎn)，長線電容效應(yīng)等所引起的工頻電壓升高。此時如果鐵心過飽和，二次繞組感應(yīng)電勢中將含有較大的三次諧波分量，電壓波形失真。這種電壓互感器選擇磁通密度時需滿足以下兩點要求①電壓互感器在兩個極限電壓空載誤差的差值不應(yīng)過大。②系統(tǒng)出現(xiàn)工頻電壓升高時，互感器鐵心不應(yīng)過飽和。這種電壓互感選取額定磁通密度應(yīng)不大于1.2T。(2)供中性點有效接地系統(tǒng)使用的單相接地電壓互感器，主要用于測量及單相接地保互感器一次繞組連接在相與地間，它除了承受幅度一般不超過1.3倍額定電壓的工頻電壓升高外，還要承受接地短路引起的工頻過電壓，其幅度一般不超過1.5倍額定電壓。兩種過電壓都是瞬時的，選擇這種互感器額定磁通密度時，需滿足以下三點要求。①測量用繞組在兩個極限電壓下空載誤差的差值不應(yīng)過大。②系統(tǒng)出現(xiàn)工頻電壓升高時，互感器鐵心不應(yīng)過飽和。③系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時，互感器鐵心不應(yīng)過飽和。三點要求中起決定性作用的是c點。這種電壓互感器選取額定磁通密度時應(yīng)不大于1T。(3)供中性點非有效接地系統(tǒng)使用的單相電壓互感器和三相電壓感器，它們所承受的過電壓也有兩種。1.3倍額定電壓的工頻電壓升高和單相接地短路引起的工頻過電壓，其幅度一般不超過1.9倍額定電壓。前一種過電壓是瞬時的，而后一種過電壓可持續(xù)數(shù)小時。另外，中性點非有效接地系統(tǒng)中互感器可能引起并聯(lián)鐵磁諧振，僅以鐵磁諧振要求，鐵心額定磁通密度愈小愈好。選取這種電壓互感器額定磁通密度時，需滿足以下四點要求。①測量用繞組在兩個極限電壓下空載誤差的差值不應(yīng)過大。②系統(tǒng)出現(xiàn)工頻電壓升高時，互感器鐵心不應(yīng)過飽和。③系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時，互感器鐵心不應(yīng)過飽和。④互感器具有良好的過勵磁特性，以盡量防止并聯(lián)鐵磁諧振發(fā)生。四點要求中起決定性作用的是c、d兩點，這種電壓互感器選取的額定磁通密度應(yīng)大于0.8T。必須指出，三相鐵心不對稱，三相勵磁特性不相同，這對防止鐵磁諧振不利。為此，三相磁路不對稱的三相接地電壓互感器，額定磁通密度還應(yīng)適當(dāng)降低，選取應(yīng)不大于0.7T。3.3鐵心截面確定3.3.1按磁通密度確定鐵心截面根據(jù)選定的磁通密度，初步計算電壓互感器鐵心直徑確定的原理和方法與變壓器相似。為了出所需要的心柱及鐵軛的截面積。為了確定鐵心D必須選取合適的磁通密度BN與每匝電勢et。心柱截面積：（3.1）（3.2）鐵軛截面積： （3.3）如:=11.54cm 式中et繞組的每匝電壓，V/匝，取D=115mm(標(biāo)準(zhǔn)直徑)et每匝電壓，Vf額定頻率，HZ額定磁通密度，TBC鐵心柱磁通密度，T心柱空間利用系數(shù)ByEQ鐵軛磁通密度，T(經(jīng)驗值取0.86)疊片鐵心的心柱疊裝成呈外接圓型的多級形狀，級數(shù)愈多，心柱填充繞線筒內(nèi)孔空間的填充系數(shù)愈大，填充系數(shù)α=外接圓面積/鐵心柱截面積。用積分方法計算出不同級數(shù)時，填充系數(shù)最大時的各級鐵心片寬。為了便于生產(chǎn)管理，硅鋼片合理剪裁，使鐵心片寬標(biāo)準(zhǔn)化，片寬取整數(shù)且為5mm進(jìn)級，如片寬為20、25、30、35、40mm等等。計算出的片寬大多數(shù)不是標(biāo)準(zhǔn)值，此時應(yīng)取與其數(shù)值相近的標(biāo)準(zhǔn)片寬，每級厚度也應(yīng)盡量取成整數(shù)。根據(jù)確定的尺寸計算鐵心柱的有效截面積。〔第一級（厚度×片寬）＋第二級（厚度×片寬）＋第三級（厚度×片寬級）＋第四級……〕×疊片系數(shù)。疊片系數(shù)是鐵心柱或鐵軛有效截面積與其幾何截面積的比值。硅鋼片厚度一定時，疊片系數(shù)與鐵心疊片的波浪度，絕緣厚度與鐵心夾緊程度有關(guān)。對于0.35mm厚冷軋硅鋼片疊片系數(shù)為0.94～0.95，對于0.35mm厚熱軋硅鋼片疊片系數(shù)為0.91～0.92。矩形卷鐵心，“c”型鐵心及疊片鐵心的鐵軛多為矩形截面，其有效截面為：鐵心片寬×鐵心厚度×疊片系數(shù)，鐵心片寬應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)尺寸。根據(jù)需要的AC和Ay，選取心柱及鐵軛標(biāo)準(zhǔn)尺寸。如果AC、Ay與標(biāo)準(zhǔn)尺寸的截面積有差別，應(yīng)調(diào)整BC、By使二著截面積相同，但標(biāo)準(zhǔn)尺寸的截面積應(yīng)不小于AC、Ay。通常Ay應(yīng)大于AC5%～10%。3.3.2鐵芯尺寸確定根據(jù)繞組的高度、直徑，繞組到鐵心各部分的絕緣距離以及繞組之間的絕緣距離，來確定鐵心總的尺寸。確定鐵心尺寸還應(yīng)考慮油箱形狀及產(chǎn)品選型的要求。鐵心柱及鐵軛磁密的確定：對單相雙柱鐵心和三相三柱鐵心（忽略三相磁路不對稱的影響。）心柱磁密（T）（3.4）鐵軛磁密（T）Be=ACBC/Ae（3.5）單相單柱帶雙旁軛鐵心，鐵軛截面積按心柱的1/2再適當(dāng)放大；而三相三柱帶雙旁軛鐵心，鐵軛截面則按心柱截面的1/3再作適當(dāng)放大。3.3.3鐵心重量計算(1)單相雙柱鐵心其重量計算如下：鐵心柱重量：Gc=2HAC×10-3（3.6）鐵軛重量：Gy=2MOAy×10-3+2HyAC×10-3(3.7)鐵心重量：G=Gc+Gy,kg式中硅鋼片比重，g/cm3(2)單相三柱鐵心其重量計算如下：鐵心柱重量：Gc=HAC×10-3(3.8)鐵軛重量：Gy=(MB+H+2Hy)Ay×10-3(3.9)鐵心重量：G=Gc+Gy,kg式中硅鋼片比重，g/cm3(3)三相三柱鐵心其重量計算如下：鐵心柱重量：Gc=HAC×10-3(3.10)鐵軛重量：Gy=2MOAy×10-3+HyAC×10-3(3.11)鐵心重量：G=3Gc+2Gy,kg式中硅鋼片比重，g/cm3(4)三相五柱鐵心其重量計算如下：鐵心柱重量：Gc=2HAC×10-3(3.12)主鐵軛重量：Gy=2MOAy×10-3(3.13)旁鐵軛重量：Gb=(2MOb+H+Hb)Ab×10-3(3.14)鐵心重量：G=3Gc+2Gy+2Gb(3.15)3.4繞組設(shè)計計算3.4.1一次繞組(1)匝數(shù)確定首先需要選取合理的每匝電壓et。et值直接影響產(chǎn)品的誤差性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在確定磁通密度已經(jīng)確定的情況下，et值愈大鐵心愈大，硅鋼片用量多，空載誤差大，et值愈小繞組匝數(shù)愈多，導(dǎo)線用量多，繞組阻抗壓降大，誤差大。用多方案計算比較，以求得到最佳每匝電壓值。選擇et值還應(yīng)使二次繞組為整數(shù)匝，剩余電壓繞組、保護(hù)繞組和其它二次繞組亦應(yīng)盡量為整數(shù)匝，以減少因非整數(shù)匝所造成的誤差。一次繞組額定匝數(shù)計算公式為N1n=U1n/et匝。在選擇每匝電壓時，要特別注意使輸出側(cè)的二次繞組和三次繞組的匝數(shù)都接近整數(shù)匝，以減少匝數(shù)比的誤差。在輸出容量和準(zhǔn)確定給定（約束條件）時，最佳變量的組合可獲得成本最低和重量最輕的最優(yōu)方案；而在幾何尺寸和準(zhǔn)確度給定時，則可獲得輸出容量最大的最佳方案。(2)導(dǎo)線選擇電壓互感器一次繞組采用漆包圓銅線，因額定負(fù)荷及極限輸出都很小，不能完全根據(jù)溫升限值選擇導(dǎo)尺寸。應(yīng)著重考慮導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度和短路電流。一般導(dǎo)線直徑不小于0.2mm.線徑過細(xì)繞線時容易拉斷，或在繞線過程線徑變細(xì)而影響產(chǎn)品性能。如果有性能良好的繞線設(shè)備，也可以選擇線徑更小的導(dǎo)線，但在二次短路時銅導(dǎo)線的電流密度不應(yīng)大于160/mm2.導(dǎo)線截面積計算：S1=πr12,mm2r1—導(dǎo)線半徑,mm.(3)一次繞組設(shè)計與絕緣計算電壓互感器大都采用多層同心圓筒式繞組。根據(jù)造型需要，一次繞組可以布置成軸向尺寸大于徑向尺寸，也可以使徑向尺寸大于軸向尺寸。徑向尺寸大的繞組其導(dǎo)線電阻及漏電抗較大。為了增加繞組至主鐵軛的距離，一次繞組也可布置成截面為寶塔形狀?？傊枰C合考慮各種因素而設(shè)計繞組形狀。計算多層同心圓筒繞組尺寸，首先選定每層線匝數(shù)，再計算導(dǎo)線層數(shù)及層間絕緣，最后計算繞組軸向和徑向尺寸。調(diào)整每層匝數(shù)，改變繞組軸向和徑向尺寸，直到滿足要求為止。設(shè)計一次繞組應(yīng)進(jìn)行下列計算：線層高度計算一次繞組加靜電屏補償后，一般情況下，QQ-2型縮醛漆包線和QZ-2型聚酯漆包線可以滿足各種電壓互感器一、二次繞組匝間絕緣的要求。有時二次繞組及剩余電壓繞組采用截面大的紙包線，紙包線的絕緣厚度δ為0.3、0.45、0.8、1.2mm等。根據(jù)繞組匝間絕緣要求選用不同的紙層厚度。如果繞組直徑很大或漆包線針孔較多，還應(yīng)在漆包線外增加絲包絕緣層或紗包絕緣層。每層導(dǎo)線高度=導(dǎo)線絕緣直徑×（每層匝數(shù)+1）×脹包系數(shù)。式中的脹包系數(shù)與導(dǎo)線的絕緣直徑有關(guān)，φ0.5mm及以下導(dǎo)線脹包系數(shù)為1.06～1.08，φ0.5mm以上導(dǎo)線脹包系數(shù)為1.04～1.06。對于澆注互感器及干式互感器，線層高度應(yīng)盡可能小，樹脂或絕緣漆容易充滿繞組線層之間。層間絕緣厚度計算首先需確定產(chǎn)品安全運行所允許的層間絕緣平均電場強(qiáng)度。一次繞組加靜電補償后,經(jīng)實驗驗證，在工頻試驗電壓下，油紙絕緣層間平均電場強(qiáng)度推薦選用6～7.5KV/mm,中壓互感器取較小值，高壓互感器取較大值；漆紙絕緣層間平均電場強(qiáng)度推薦選用3KV/mm，紙、聚脂薄膜、樹脂絕緣的層間平均電場強(qiáng)度推薦選用3.5～4KV/mm。層間絕緣厚度=層間電壓/允許平均電場強(qiáng)度，式中層間電壓=（工頻試驗電壓/一次繞組實際匝數(shù)）×二層的匝數(shù)。層間絕緣厚度值除以絕緣材料每層的厚度得出所需絕緣材料層數(shù)。這個計算出來的絕緣材料層數(shù)絕大多數(shù)不是整數(shù)值，應(yīng)取其近于且大于計算值的整數(shù)值。再計算實際層間平均電場強(qiáng)度。實際層間平均電場強(qiáng)度=層間電壓/（絕緣材料每層厚度×絕緣材料層數(shù)）③一次繞組厚度計算接在繞組高壓端的靜電屏用銅箔或鋁箔制做。銅箔或鋁箔兩端應(yīng)折疊一次，境加靜電屏端部電極的曲率。靜電屏外包幾層絕緣紙，在端部形成絕緣覆蓋。高壓互感器中，常在靜電屏焊上φ3～φ6的金屬圓棒。改善繞組的端部電場。一次繞組厚度=[（導(dǎo)線絕緣直徑×導(dǎo)線層數(shù)）+（層間絕緣厚度×導(dǎo)線層數(shù)）+靜電屏厚度+繞組外包厚度]×脹包系數(shù)式中的脹包系數(shù)與導(dǎo)線直徑、層間絕緣材料及層間絕緣包扎方法有關(guān)，取1.13～1.20。④一次繞組端部絕緣計算一次繞組高壓端對繞組低壓端、主鐵軛及旁鐵軛間的絕緣強(qiáng)度，在產(chǎn)品絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計中占有十分重要的位置。(4)一次繞組高壓端對其低壓端的絕緣計算一次繞組第一層和最后一層（或靜電屏）之間的電壓很高，電場又很不均勻，容易發(fā)生端部沿面放電。通常采用使層間絕緣伸出線層端部一定長度的方法來增長二者之間的沿面距離。實驗證明，工頻試驗電壓下沿絕緣材料表面允許的平均電場強(qiáng)度，在變壓器油中不大于600V/mm，在空氣中不大于300V/mm,那么，最小沿面距離=第一層與最后一層導(dǎo)線間工頻試驗電壓/沿面允許的平均電場強(qiáng)度。如果層間絕緣伸出線層端部的長度太大，過分的加大了繞組的幾何尺寸，可在線層間增設(shè)一個或幾個軟角環(huán)。(5)一次繞組對主鐵軛的絕緣計算油浸式及干式電壓互感器的一次繞組與主鐵軛之間的絕緣多采用的結(jié)構(gòu)。如果放電路徑是沿著各種絕緣介質(zhì)表面進(jìn)行，那么最小沿面距離=一次繞組與主鐵軛的工頻試驗電壓/沿面允許的平均電場強(qiáng)度式中的絕緣介質(zhì)沿面允許的平均電場強(qiáng)度與(4)相同。為避免不合理的增加繞組幾何尺寸，也可增設(shè)軟角環(huán)或絕緣隔板，以增加其絕緣強(qiáng)度，或者所有的層間絕緣均用軟角環(huán)來代替，一次繞組與主鐵軛的距離將大大縮短。軟角環(huán)選用的平均電場強(qiáng)度與層間絕緣相同。絕緣隔板用1.5mm、2.0mm或3.0mm絕緣紙板板制做。如果是擊穿各種絕緣介質(zhì)對主鐵軛放電，那么最小絕緣厚度=一次繞組與主鐵軛的工頻試驗電壓/介質(zhì)允許的平均電場強(qiáng)度式中的介質(zhì)允許的平均電場強(qiáng)度，應(yīng)比層間絕緣的選用值低些。如果一次繞組與主鐵軛之間是樹脂絕緣的樹脂澆注電壓互感器，那么樹脂層最小厚度=一次繞組與主鐵軛的工頻試驗電壓/樹脂層允許的平均電場強(qiáng)度式中的樹脂層允許的平均電場強(qiáng)度推薦選用4～5KV/mm。(6)一次繞組對旁鐵軛之間的絕緣計算油浸式電壓互感器的一次繞組與旁鐵軛之間主要是變壓器油隙作為絕緣。在絕緣設(shè)計中變壓器油允許的平均電場強(qiáng)度應(yīng)不大于3KV/mm。最小變壓器間隙=一次繞組與旁鐵軛的工頻試驗電壓/變壓器油允許的平均電場強(qiáng)度欲壓縮鐵心尺寸，沿鐵心內(nèi)側(cè)設(shè)絕緣隔板以減小變壓器油間隙，可以奏效。樹脂澆注電壓互感器，一次繞組與旁鐵軛之間為樹脂層絕緣，那么樹脂層最小厚度=一次繞組與旁鐵軛的工頻試驗電壓/樹脂層允許的平均電場強(qiáng)度式中的樹脂層允許的平均電場強(qiáng)度也推薦選用4～5KV/mm。(7)導(dǎo)線質(zhì)量計算G1=L1N1S1γ0×(導(dǎo)線引線絕緣的系數(shù))×10-3(3.16)式中L1一次繞組導(dǎo)線平均匝長，cm,L1=（繞組內(nèi)徑+繞組外徑）π/23.4.2二次繞組、剩余電壓繞組和保護(hù)繞組(1)匝數(shù)和導(dǎo)線選擇N2n=U2n/et,匝N3n=U3n/et,匝N4n=U4n/et,匝二次繞組、剩余電壓繞組和保護(hù)繞組均可采用漆包圓導(dǎo)線或扁導(dǎo)線，油浸式電壓互感器也可采用紙包圓導(dǎo)線或扁導(dǎo)線。當(dāng)繞組直徑較小時，紙包絕緣可能開裂。電壓互感器二次繞組導(dǎo)線主要取決于短路電流和誤差的要求。開始計算時短路電流和誤差都不知道，可以按繞組最大輸出時的電流密度為1.5～3A/Cm2選取最小導(dǎo)線截面。S2=I2m/(1.5～3),Cm2式中I2m極限輸出時的二次繞組電流，I2m=極限輸出/U2n，A。根據(jù)最小二次導(dǎo)線計算截面S2選取標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線尺寸，標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線截面應(yīng)等于或大于最小二次導(dǎo)線計算截面。再計算實際的電流密度。還應(yīng)計算短路電流密度，然而視短路電流密度及誤差的大小，反過來調(diào)整二次導(dǎo)線尺寸。短路電流密度不大于160A/mm2。按同樣方法確定保護(hù)繞組和剩余電壓繞組的導(dǎo)線。(2)二次繞組、剩余電壓繞組和保護(hù)繞組設(shè)計及絕緣計算三個繞組的導(dǎo)線高度盡量和一次繞組相同,減少繞組間的橫向漏磁通。如果也是多層排列導(dǎo)線，也應(yīng)有層間絕緣，兩層間電壓很低，只需墊一層0.2mm絕緣紙板或一層0.12mm電纜紙即可。三個繞組之間對地工頻試驗電壓為2KV，繞組之間墊0.5mm紙板一層或0.2mm紙板二層。繞組與主鐵軛間的絕緣僅靠二者間沿面距離即可滿足要求。三個繞組的高度、度及導(dǎo)線質(zhì)量計算與一次繞組相同。3.4.3一、二次繞組間的絕緣計算(1)接地電壓互感器額定電壓10KV及以下電壓互感器，一次繞組接地端對二次繞組工頻試驗電壓為2KV。在二者之間襯墊0.5mm紙板一張或0.2mm紙板兩張作為絕緣。額定電壓35KV及以上電壓互感器，一次繞組接地端對二次繞組工頻試驗電壓為5KV。在二者之間襯墊0.5mm紙板兩張或0.2mm紙板四張作為絕緣。干式和澆注互感器以青殼紙板作為絕緣為好。(2)不接地電壓互感器一次繞組和二次繞組間工頻試驗電壓按GB311.1-83規(guī)定。一次繞組和二次繞組間的絕緣介質(zhì)厚度計算：絕緣介質(zhì)厚度=工頻試驗電壓/介質(zhì)允許的平均電場強(qiáng)度。4阻容分壓型互感器4.1阻容分壓器采用一個小PT實現(xiàn)原副方電氣隔離的阻容式電壓傳感器等效電路圖如圖4.1所示。內(nèi)置的過電壓吸收器A可以確保在高電壓電阻出現(xiàn)故障的極端情況下，輸出端也不會出現(xiàn)不允許的高電壓。CC2C1UZ1Y′RAZm圖5.1電壓傳感器等效電路圖圖4.1阻容式電壓傳感器等效電路圖4.2阻容分壓式互感器原理接線圖圖4.2阻容分壓型電壓互感器原理接線阻容分壓型電壓互感器（R-CVT）由阻容分壓器和電磁式變換器兩部分組成，采用一小阻值精密取樣電阻R與電容分壓器的低壓分壓電容C2并聯(lián)。電壓輸出u2與u1的關(guān)系如下：對p結(jié)點利用KCL，電容元件的電流i與電壓u取關(guān)聯(lián)參考方向，于是有(4.1)(4.2)若1/R>>C+CE，則du2與du1成正比，即，利用電子電路對u2(t)積分變換即可求得u1(t)。傳遞函數(shù)：(4.3)(4.4)4.3阻容分壓互感器的元件選擇及測量電容元件存在時漂、溫漂，其電容量與濕度、頻率也存在相應(yīng)的變化關(guān)系，所以在進(jìn)行了一段時間的實驗后，需要對電容量進(jìn)行測定。高、低壓臂電容采用相同介質(zhì)材料組成，可以提高分壓比的溫度穩(wěn)定性，但是用相同材料制造不同電容量的電容器，其溫度系數(shù)都是不同的。電容器根據(jù)介電常數(shù)ε隨溫度變化的情況分為兩類：與溫度有線性關(guān)系的介質(zhì)材料和與溫度呈強(qiáng)烈非線性關(guān)系的介質(zhì)材料（如II型陶瓷材料）。電容多用第一類材料。除了所用介質(zhì)之外，電容器的結(jié)構(gòu)、工藝也會影響容量溫度特性。有機(jī)材料電容器中，聚砜材料的溫度特性最好，但在-55℃—+60（或80）℃范圍內(nèi)，其電容量的變化率仍然在2%以上。一次側(cè)傳感單元采用阻電容分壓的形式，在電容分壓型電壓互感器的測量準(zhǔn)確度主要決定于分壓電容器，精密電阻，電容分壓器受對地雜散電容Cs和電容溫度系數(shù)α影響，所以高、低壓分壓電容選用α小、電容值穩(wěn)定的電容器（例如聚丙烯CBB）。電容元件在交流下總是有一定的介質(zhì)損耗，電容元件兩端的固定引線也有一定的電阻和分布電感，其等效電路如圖4.3所示：圖4.3電容器等效電路在介質(zhì)損耗甚小可以忽略的情況下（介質(zhì)損耗的等效電阻RC→∞），元件的等效電容：(4.5)其中C是固有電容（采購元件的設(shè)計值）；Ln：引線的電感；當(dāng)Ln很小時，Ce=C。在工頻下實際上的分布電容、寄生電感等值很小，用交流測量C就是電容元件的固有值。電容測量：傳統(tǒng)的測量電容的方法有諧振法和電橋法，也可以用變壓器電橋和數(shù)字阻抗儀等儀器來測量。傳統(tǒng)方法在測量精度和使用方便等方面不及后者。選擇數(shù)字式測量儀讀取方便，電容的數(shù)字化測量方法有恒流法和比較法。這類測量儀所用的交流電源電壓EN的波形也必須是正弦波，EN頻率與被測元件所用于的電路的頻率相近。工頻的電容測量值與直流電容接近。但目前試驗室可能缺少數(shù)字阻抗儀設(shè)備，可以采用雙邊式變壓器電橋測量電容。4.4電阻元件的器件選擇及測量對于低壓分壓電容的并聯(lián)電阻R是組成傳感頭的基本元件，所以該并聯(lián)電阻不但在阻值上要滿足實驗中的要求，還必須對采購進(jìn)來的電阻器件，測量在不同的耐受電壓下與環(huán)境溫度下的穩(wěn)定性與可靠性，并分析出主要影響因素，對今后更高電壓等級下阻容分壓傳感頭并聯(lián)電阻的選擇提供參考。在一定的交流頻率下測得的電阻稱作交流電阻或有效電阻，這個值與直流電阻一般不同，主要是由于在交流下被測電阻元件要出現(xiàn)渦流，渦流產(chǎn)生集膚效應(yīng)而引起附加損耗使有效電阻增加所致，而且附加損耗隨頻率增大而增加。另外，電阻元件還有一定的寄生電感和分布電容存在，但工頻頻率下可以忽略。要考慮到所用電阻的線性，選擇電阻為中值電阻（KΩ金屬電阻）測量。電阻的測量同樣也可以采用傳統(tǒng)的交流電橋和數(shù)字阻抗儀等儀器來測量，其中電阻的數(shù)字化測量方法有：比例運算器法和積分運算起法（實際上都屬于恒流法）。因為在工頻（50Hz）下，交流電阻和直流電阻相差很小，故都可以用直流電阻表示，考慮到實驗條件，所以對電阻的測量可以采用直流電阻的測量方法。

5電子式電壓互感器的信號處理系統(tǒng)5.1引言系統(tǒng)的電流、電壓信號經(jīng)過前端的有源型傳感頭傳變成低的模擬電壓信號后，為了減少處理環(huán)節(jié)和保證信號的特性，在高端就地需要變換成數(shù)字信號并通過光電變換環(huán)節(jié)變成數(shù)字光信號通過光纖傳輸下來。這樣可以最大限度地保證信號本身的特性而不受后續(xù)環(huán)節(jié)的影響。DA5.2濾波電路電力系統(tǒng)測量和保護(hù)控制常用的電流有基波、三次、五次等低次諧波。在光電互感器系統(tǒng)中，傳感頭部分的線圈極易受到電磁干擾，這些干擾信號表現(xiàn)為線圈輸出電壓中的高頻信號。為使元件測量精確，運行可靠，必須對高次諧波進(jìn)行濾波。最常用的方法是采用有源濾波器。在有源濾波器中，低通有源濾波器是最常用的電子線路。從實際應(yīng)用的角度來看，二階壓控電壓源低通濾波器是最佳選擇，它具有-40dB/10倍頻的衰減速度，電路結(jié)構(gòu)又不太復(fù)雜，實現(xiàn)起來又比較容易。5.3積分電路積分器是傳感器信號處理環(huán)節(jié)的關(guān)鍵部分，其積分精度直接關(guān)系到傳感器輸出的準(zhǔn)確度。而積分器主要分兩種，數(shù)字積分器和模擬積分器。隨著高速數(shù)字信號處理技術(shù)的出現(xiàn)，根據(jù)采樣定理，對于低頻信號可以直接采樣，然后利用數(shù)值方法進(jìn)行數(shù)字積分來復(fù)原被測量。這就是數(shù)字積分器產(chǎn)生的基礎(chǔ)和依據(jù)。當(dāng)傳感器用于測量用途時，被測量的頻率范圍在千赫茲以下，用一般的高速采樣系統(tǒng)即可實現(xiàn)數(shù)字積分器。由于在低頻范圍內(nèi)，傳感頭輸出的電壓量是被測電流量的微分形式，所以對傳感頭的輸出直接積分就可以得到與被測量成比例的信號。模擬積分器是對信號進(jìn)行連續(xù)積分，可以在很寬頻率范圍內(nèi)保證信號的積分效果。常見的模擬積分器有無源RC型積分器和有源積分器。其示意圖見圖5.1和圖5.2A/DA/DA/D由于模擬積分器中的運算放大器固有的失調(diào)電流、失調(diào)電壓、偏置電流及溫度漂移等參數(shù)的影響，當(dāng)輸入為零時，輸出電壓不為零，即存在“漂移”現(xiàn)象。只要這種失調(diào)和溫漂存在，不論它多么小，經(jīng)過足夠長的時間后，都將使積分器的輸出達(dá)到飽和，使其無法正常工作。對于這個問題的解決，一般采取下列措施:選用失調(diào)及溫漂小的運算放大器；適當(dāng)加大積分電容Ｃ，以減少對失調(diào)和溫漂進(jìn)行積分的速度；采用對稱差動放大電路以減少失調(diào)參數(shù)的影響；在積分運算開始之前或者在運算過程的間隙里，通過調(diào)零將已有的積分漂移補償?shù)?。上述措施有的受到條件的限制有的則引入新的誤差，降低前級信號源的負(fù)載能力，從而給調(diào)試和使用帶來極大的麻煩，對于長時間工作的積分器而言，問題更加嚴(yán)重。正基于此，我們需要一種既簡單而又行之有效的方法，采用了近似積分電路替代積分電路。理論分析和計算表明，這種積分電路能有效解決積分漂移問題。在合理選擇電路參數(shù)的情況下，可以將穩(wěn)態(tài)積分誤差控制在0.1%以內(nèi)；同時，對于暫態(tài)過程的響應(yīng)也能達(dá)到實際應(yīng)用需要的范圍。電容C1消除了前級的各種直流分量的影響，反饋電阻R2的存在為緩慢變化的積分漂移電壓構(gòu)成了反饋通路，因此，能夠有效地抑制積分漂移。由以上分析，近似積分環(huán)節(jié)對積分漂移的抑制十分明顯，它能使工作點穩(wěn)定，給調(diào)試和使用帶來極大的方便；在合理選擇電路參數(shù)的前提下，可使近似積分的誤差完全滿足設(shè)計要求。5.4模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的設(shè)計(VFC)AD(ADC)由于用VFC轉(zhuǎn)換方法實現(xiàn)交流信號的采樣，會遺失一些頻率分量，沒有可用的手段去解決這個問題。對于保護(hù)而言，由于對傳感精度的要求不是特別高，對于諧波干擾不是很嚴(yán)重的場合，或者是諧波成分比較穩(wěn)定的場合，可以使用這種輸出信號作為保護(hù)的參數(shù)輸入使用，另外，該輸出信號也可用于特殊目的的保護(hù)，如某次諧波分量的保護(hù)；但對于測量而言，若高次倍頻分量的含量不是很大，可能能夠滿足測量要求，但畢竟不是很可靠。A/D轉(zhuǎn)換芯片選擇MAXIM公司的16位串行輸出轉(zhuǎn)換器MAX195。這種A/D轉(zhuǎn)換器的主要特點在于其具有轉(zhuǎn)換速度快、精度高、功耗低以及10微安關(guān)閉模式等。轉(zhuǎn)換器內(nèi)置校準(zhǔn)電路修改線性度和補償誤差，可以保證在不需要外部調(diào)整的情況下實現(xiàn)全溫度范圍內(nèi)的高性能運行；另外，外圍控制電路引腳可以滿足各種轉(zhuǎn)換方式和控制的需要。A/DA/D32A/DMAX1956電磁兼容設(shè)計6.1電磁兼容的分類6.2我國的電磁兼容技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系（IEC）20EMCEMCEMCGB/T4365－954GB8702GB/T1443047GB9254GB4343GB482GB13837EMCEMCGB6364GB13613－136206.3部分電磁兼容技術(shù)介紹電磁屏蔽：抑制以場的形式造成干擾的有效方法是電磁屏蔽。所謂電磁屏蔽就是以某種材料（導(dǎo)電或?qū)Т挪牧希┲瞥傻钠帘螝んw（實體的或非實體的）將需要屏蔽的區(qū)域封閉起來，形成電磁隔離，即其內(nèi)的電磁場不能越出這一區(qū)域，而外來的輻射電磁場不能進(jìn)入這一區(qū)域（或者進(jìn)出改區(qū)域的電磁能量將受到很大的衰減）。電磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽體對電磁能流的發(fā)射、吸收的引導(dǎo)作用。而這些作用是與屏蔽結(jié)構(gòu)表面上和屏蔽體內(nèi)感生的電荷、電流與極化現(xiàn)象密切相關(guān)的。電磁干擾濾波器：濾波技術(shù)是抑制電氣、電子設(shè)備傳導(dǎo)電磁干擾，提高電氣、電子設(shè)備傳導(dǎo)抗擾度水平的主要手段，也是保證設(shè)備整體或局部屏蔽效能的重要輔助措施。實踐表明，即使一個經(jīng)過很好設(shè)計并且具有正確的屏蔽和接地措施的產(chǎn)品，也仍然會有傳導(dǎo)騷擾發(fā)射或傳導(dǎo)騷擾進(jìn)入設(shè)備。濾波是壓縮信號回路騷擾頻譜的一種方法。當(dāng)騷擾頻譜成分不同于有用信號的頻帶時，可以用濾波器將無用的騷擾濾除。濾波器的作用是允許工作信號通過，而對非工作信號（電磁騷擾）有很大的衰減作用，使產(chǎn)生干擾的機(jī)會減到最小。接地技術(shù)：接地技術(shù)是電磁兼容技術(shù)中的一項重要技術(shù)，也是任何電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)正常工作時必須采取的重要技術(shù)。它不僅是保護(hù)設(shè)施和人身安全的必要手段，也是抑制電磁干擾，保障設(shè)備或系統(tǒng)電磁兼容性，提高設(shè)備或系統(tǒng)可靠性的重要技術(shù)措施。但接地技術(shù)需要比較高的要求，接地會引起接地阻抗干擾，只有良好的接地才可以抑制干擾。電纜設(shè)計：電纜是效率很高的電磁波接收天線，空間的電磁干擾往往首先被電纜接收到，然后傳到設(shè)備中，造成電路的誤動作。電纜中的導(dǎo)線都是平行的，而且平行走線距離最長，因此信號串?dāng)_是十分嚴(yán)重的，減少電纜中導(dǎo)線的串?dāng)_是電磁兼容設(shè)計中十分重要的內(nèi)容。另外，即使不是一根電纜中的導(dǎo)線，相互串?dāng)_也往往十分嚴(yán)重，要通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計來減少這些串?dāng)_。6.4電磁兼容初步設(shè)計本次電磁兼容采用屏蔽，接地，濾波器作為設(shè)備抗干擾的主要手段。針對阻容式互感器的結(jié)構(gòu)，我們對其傳感頭和信號處理電路進(jìn)行電磁屏蔽，將器件至于鐵盒中從而達(dá)到屏蔽目的。但采用阻容分壓的傳感頭本身的抗磁場干擾能力較強(qiáng)，可以考慮使用抗電廠能力強(qiáng)的鋁來代替鐵作為屏蔽盒的材料。系統(tǒng)接地方式有懸浮、直接接地和通過阻抗接地三種。本次設(shè)計采用懸浮接地，懸浮接地是指設(shè)備的地線在電氣上與參考地及其他到提相絕緣，即設(shè)備懸浮地。各設(shè)備的內(nèi)部電路都有各自的參考“地”，它們通過低阻抗接地導(dǎo)線連接到信號地，信號地與建筑物結(jié)構(gòu)地及其他導(dǎo)電物隔離。使干擾造成的流過電源的浪涌電流大大降低，從而增加了抗共模干擾的能力。最后，在電路板上的電源與地線間加去耦電容濾去峰值電流跳變產(chǎn)生的電磁干擾。電路板上采取的減少電路間的耦合干擾及電路板間的電磁干擾的措施有：加粗和縮短電源線、地線的布線以減小環(huán)路電阻，將轉(zhuǎn)角做圓滑處理；低頻電路部分采用單點并聯(lián)接地和部分串連后再并聯(lián)接地；將信號線與電源線，模擬信號線與數(shù)字信號線分開；模擬電路和數(shù)字電路盡量分開布置；電源和低頻信號連接線采用小節(jié)距的雙絞線；將重要元器件屏蔽起來；電源線靠近地線，減小所圍面積以減少外界磁場切割環(huán)路產(chǎn)生的電磁干擾。7MATLAB仿真7.1引言隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和利用特別是對各類數(shù)學(xué)科技軟件的出現(xiàn)和完善，雖然對電力系統(tǒng)本身的客觀規(guī)律的認(rèn)識沒有多少變化，但是電力系統(tǒng)分析理論煥然一新。特別是對電力系統(tǒng)的要求發(fā)生了變化，是的數(shù)學(xué)表現(xiàn)形式、數(shù)學(xué)模型的建立方法、相應(yīng)的計算機(jī)處理方法發(fā)生了變化。在分析大型復(fù)雜電力系統(tǒng)中主要采用了線性代數(shù)中矩陣的分析來求解線性方程。本設(shè)計選擇了簡單方便且具有強(qiáng)大運算能力的工具軟件MATLAB做為仿真軟件來搭建一個電壓互感器的等值數(shù)學(xué)模型并對其進(jìn)行仿真。7.2仿真原理圖7.4仿真波形圖7.5母線電壓圖7.6互感器二次側(cè)電壓總結(jié)阻容式分壓型電壓互感器作為一種可以代替常規(guī)電壓互感器的新型測量設(shè)備，由于結(jié)合了現(xiàn)代新技術(shù)的優(yōu)點，適應(yīng)了現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展的需要，隨著研究的深入在理論上已經(jīng)成熟了起來，并在實際運用中取得了一定的成功。本文通過方案設(shè)計，參數(shù)計算，計算機(jī)仿真，樣品制作一整套流程對其進(jìn)行全面介紹。分別對不同電壓互感器的工作原理進(jìn)行了介紹，比較其優(yōu)劣，確定本論文設(shè)計方案。其中電容式電壓互感器可以應(yīng)用于高壓線路上，但是電容分壓器的暫態(tài)特性限制了它的使用；而電阻式電壓互感器在高壓時的非線性也縮小了其使用范圍；阻容分壓器則同時繼承了電阻和電容分壓器的優(yōu)點。通過比較分析，最終選擇了阻容式電壓互感器為本論文的研究內(nèi)容，并就具體的例子進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的參數(shù)計算。對RCVT傳感器的暫態(tài)相應(yīng)特性，不同元件對阻容分壓器輸出誤差影響，階躍響應(yīng)，全面分析RCVT各個方面的特點，確定不同元件對傳感器的影響和重要性，證明這新型互感器測量準(zhǔn)確可靠、暫態(tài)響應(yīng)迅速、線性好、無飽和等一系列優(yōu)點。由于有源光電互感器工作在惡劣的電磁干擾環(huán)境下，可能遭受各種外界電磁干擾的影響，因此，在傳感器的電磁兼容能力的設(shè)計上進(jìn)行了合理的設(shè)計，通過采取屏蔽、接地、在電路板上的電源與地線間加去耦電容等方法及機(jī)殼的考慮等一系列措施，可以有效消除外界各種干擾對測量結(jié)果的影響。阻容分壓式電子電壓互感器作為一種新型的互感器，一切還處于理論試驗階段，離實際應(yīng)用還有一定的距離。但由于其突出的優(yōu)點，被電力系統(tǒng)中很多專家所認(rèn)可，可以確定的一點是，這個極具潛力的研究，將來必定會對電力系統(tǒng)有重大的貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)[1]凌子怒.高壓互感器技術(shù)手冊.北京:中國電力出版社.[2]葉妙元.陳喬夫.李開成.從電磁式電壓互感器到光學(xué)式光纖電壓互感器.變壓器1995年第11期.[3]白忠敏.電力用互感器和電能計量裝置設(shè)計選型與應(yīng)用.北京:中國電力出版社2003[4]施靜輝.索南加樂.許慶強(qiáng)等.電容式電壓互感器暫態(tài)特性對距離保護(hù)影響的研究.西安交通大學(xué)學(xué)報.[5]A.H.Luxa,A.B.Mueller.中壓開關(guān)柜的監(jiān)測和傳感器技術(shù).CIRED2000.[6]聶一雄.有源光電互感器在大型發(fā)、變電站測控保護(hù)系統(tǒng)工程應(yīng)用研究.華中科技大博士后出站報告.2004.[7]聶一雄.孫丹婷.阻容分壓型電壓互感器的性能分析.變壓器,2007.[8]聶一雄.聶一雄出站報告全文終稿.[9]孫丹婷.孫丹婷研究生開題報告全文終稿.[10]洪乃剛.電力電子和電力拖動控制系統(tǒng)的MATLAB仿真.機(jī)械工業(yè)出版社2006.1[11]方彥軍.程繼宏檢測技術(shù)與系統(tǒng)..北京-中國電力出版社2006[12]韓峰,劉海倫.測試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工業(yè)出版社1998.7[13]曲喜新.電容器設(shè)計.北京：科學(xué)出版社,1985.1.[14]王文生.怎樣選用電阻器.北京:國防工業(yè)出版社,1987.3[15]李偉.變電站二次回路光電數(shù)字化接口技術(shù)[16]64G.D.Antona,E.Carminati,M.Lazaroni,ACcurrentmeasurementviadigitalprocessingofRogowskicoilssignal.IEEEInstrumentationandmeasurementtechnologyconference.Anchorage,AK,USA,21-23,May2002.[17]揭秉信編著.大電流測量.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.1987.[18]中國解放軍總裝備部軍事訓(xùn)練教材編輯工作委員會.電磁兼容技術(shù).國防工業(yè)出版社[19]吳良斌.高玉良.李延輝.現(xiàn)代電子系統(tǒng)的電磁兼容性.北京:國防工業(yè)出版社.2004.致謝歷時將近兩個月的時間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中我遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師，他對我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)術(shù)知識、誨人不倦的敬業(yè)精神以及寬容的待人風(fēng)范使我獲益頗多。另外，在校圖書館查找資料的時候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最衷心的感謝！其次，感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。最后，感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿；感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫論文的過程中給予了我很多論文素材，還在論文的撰寫和排版過程中提供熱情的幫助。由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和學(xué)友批評和指正！致謝人：周紅貴請刪除以下內(nèi)容，O(∩_∩)O謝謝！?。hereisalsoevidenceofahigherproportionofperinatalcomplications(complicationsarisingaroundthetimeofgivingbirth)amongchildrenwithautisticsymptoms.Thesecomplicationsincludematernalbleedingafterthefirsttrimesterandmeconiumintheamnioticfluid.(Meconiumisasubstancethataccumulatesinthebowelofthedevelopingfetusandisdischargedshortlyafterbirth.)Someevidencesuggeststhattheuseofmedicationsduringpregnancymayberelatedtothedevelopmentofautisticsymptoms.Asnewborns,childrenwithautisticbehaviorsshowahigherrateofrespiratoryillnessandanemiathanhealthychildren.ALLERGIES,INFECTIONS,ANDIMMUNIZATIONS.Someprofessionalsbelievethatautisticdisordersmaybecausedbyallergiestoparticularfungi,viralinfections,andvariousfoods.Nocontrolledstudieshavesupportedthesebeliefs,butsomeparentsandprofessionalsreportimprovementwhenallergensand/orcertainfoodsareeliminatedfromthediet.Viralinfectionsofthemother,suchasrubella,oroftheyoungchild,suchasencephalitis,mumps,andmeasles,occasionallyappeartocauseautisticdisorders.Theissueisnothowhazardousboxingisbutwhetherthehazardsareacceptable.Theterm"autism"referstoaclusterofconditionsappearingearlyinchildhood.Allinvolvesevereimpairmentsinsocialinteraction,communication,imaginativeabilities,andrigid,repetitivebehaviors.Tobeconsideredanautisticdisorder,someoftheseimpairmentsmustbemanifestbeforetheageofthree.ThereferencebookusedbymentalhealthprofessionalstodiagnosementaldisordersistheDiagnosticandStatisticalManualofMentalDisorders,alsoknownastheDSM.The2000editionofthisreferencebook(theFourthEditionTextRevisionknownasDSM-IV-TR)placesautisminacategorycalledpervasivedevelopmentaldisorders.Allofthesedisordersarecharacterizedbyongoingproblemswithmutualsocialinteractionandcommunication,orthepresenceofstrange,repetitivebehaviors,interests,andactivities.Peoplediagnosedwiththesedisordersareaffectedinmanywaysfortheirentirelives.DescriptionEachchilddiagnosedwithanautisticdisorderdiffersfromeveryother,andsogeneraldescriptionsofautisticbehaviorandcharacteristicsdonotapplyequallytoeverychild.Still,thecommonimpairmentsinsocialinteraction,communicationandimagination,andrigid,repetitivebehaviorsmakeitpossibletorecognizechildrenwiththesedisorders,astheydiffermarkedlyfromhealthychildreninmanyways.Manyparentsofautisticchildrensensethatsomethingisnotquiterightevenwhentheirchildrenareinfants.Theinfantsmayhavefeedingproblems,dislikebeingchangedorbathed,orfussoveranychangeinroutine.Theymayholdtheirbodiesrigid,makingitdifficultforparentstocuddlethem.Or,theymayfailtoanticipatebeinglifted,lyingpassivelywhiletheparentreachesforthem,ratherthanholdingtheirarmsupinreturn.Mostparentsofautisticchildrenbecomeawareofthestrangenessoftheseandotherbehaviorsonlygradually.Imaginetoothestateofeventhewinner'shands,protectedonlybyhavingbeensoakedinbrine.Withtheircombinationofboxingandwrestlingmoves,earlycontestswereliterally‘noholdsbarred’;grappling,punching,tripping,andthrowingallbeingusedtoflooranopponent.Thewidely-adoptedBroughton'sRulesof1743eradicatedsomeofthebarbarismbyoutlawingthehittingofamanwhenhewasdown,andtheseizingofhairorthebodybelowthewaist,buttheystillpermittedbutting.Yetitwasnotthebrutalityoftheprize-ringwhichbroughtitsdemise,butthecorruptionwithwhichitbecameassociated.TherevivalofthesportasboxinginlateVictorianBritainsawseveralchangesdesignedtorenderitmorecivilized.Althoughsomeoftheoldpracticescontinuedforawhile—eventhefamousQueensburyRulesinitiallyallowedendurancecontests—bytheturnofthecenturythegeneralpicturewasoneofboxingingloves,limited-timerounds,pointsdecisionsafterafixednumberofroundshadelapsed,andweightdivisions,thoughthelatterhaveaccentuatedproblemsofdehydrationasfightersstruggleto‘maketheweight’.Formuchofthetwentiethcenturythehistoryofboxinghasbeenoneof