非接触式暂态电压测量的简化解耦方法研究
闫振雷
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闫振雷,. 非接触式暂态电压测量的简化解耦方法研究[J]. 电气学报,2021.7. DOI:10.12721/ccn.2021.157068.
摘要: 现代电力行业的发展趋势不断上升,为保证电网系统运行的安全性能与质量的提升,对高压电进行科学的测量非常重要,非接触式测量作为新型技术应用逐渐广泛。基于此,本文就对非接触式暂态电压测量的简化解耦方法进行研究,先对电压测量方法应用现状加以分析,之后对其简化解耦的方法进行具体论述。
关键词: 非接触式;暂态电压测量;解耦方法
DOI:10.12721/ccn.2021.157068
基金资助:

如今社会建设与发展当中对于电力的需求在不断的提升,电力系统的建设以及技术的革新力度随之提升,电网的建设逐渐向着智能、透明的方向改良,电力系统高压电测量工作的科学展开,是保障电力系统运行性能稳定发挥的重要举措,非接触式测量技术在电压测量和简化解耦方法中发挥着明显的优势,对其进行研究具有现实意义。

一、电压测量的方法应用的基本现状

现代电力系统建设当中,针对运行高电压的监测是利用电压互感器、电容式电压互感器结合运行来完成,这些监测设备实践应用时频带宽度比较小,维护检修缺乏便捷性。因而经过不断的发展革新,电压测量的方式发生了较大的转变,主要分成接触式测量和非接触式测量两个类别,下面对其方法应用现状进行论述。

(一)接触式测量方法

接触式测量方法应用发展的时间年限比较长,方法的应用水平已经达到成熟的状态。在实际测量期间,是在电阻、电容以及阻容进行分压的基础上进行,测量信号的精准性水平比较高,在技术应用方面具备良好的可靠性,也正是因此得到了非常广泛的应用。接触式测量应用的设备需要与电力系统当中的带电导体进行连接,因而在实际应用安装方面比较复杂,后期的维护与管理的难度也比较大。

(二)非接触式测量方法

非接触式测量方法的应用运行期间,可以不跟高压导体进行接触就能够实现精准的电压测量,因而技术应用具备良好的安全性,技术设备的安装与管理具备便捷性,与接触式测量方法相比具有良好的优势。关于非接触式测量设备研究,基本都是从单相电压测量角度出发,对于多个带电导体的电压测量,需要对电压解耦问题进行有效的解决,针对两相电压解耦问题改善比较容易,而对于三相电压的各个测点耦合问题进行解决时,过程中的未知参数具有多样化的特点,可以通过对电场交流稳态信号进行测量来实现简化解耦方法,本文就将对这一方法进行具体的研究分析,这种简化解耦方法适用于电压在500kV以上水平的三相电压非接触测量模式[1]

二、非接触式暂态电压测量的简化解耦方法分析

(一)测量方法应用的原理

一般情况下,非接触式暂态电压测量方法应用,主要就是利用电场传感器测量装置,通过合理的规划设置,来对裸露状态的带电导体激发的空间电场进行测量,从而以不接触的状态对三相电压进行准确的测量。相应电场传感器的布置与电力系统电压频率之间,需要构建达到假设要求的准静态水平,这时带电导体电压值与周围电场的运行是正比例变化关系,暂态电压与暂态电场的比值,对应与稳态电压与稳态电场的比值相同。测量期间传感器频带宽度比较大、频率比较平整,通过传感器测量获得的稳态、稳态电场和稳态电压数值,通过相应计算就能够得到暂态电压波形。

在应用非接触式方法对三相电压进行测量的基础下,一个传感器测量得到的耦合电场,对应的是三相不同电压值的带电导体以固定的比例系数在测量点位置所形成的,该比例系数的具体数值与测量现场的布局结构、传感器位置有着直接的关联。通常,针对三相带电导体的测量需要对应设置三个传感器装置,并应用解耦方法对每一相的导体在对应传感器位置形成的电场比例系数进行计算,然后建立耦合矩阵,根据测量获取的三相电场信号进行反向推导,最终计算出三相电压数值。

(二)简化解耦的具体方法

本次研究应用铌酸锂晶体电场传感器装置,比较常规的电压波形为三相稳态模式,通过对电场当中稳态波形的响应情况进行解耦是比较便捷的选择。这样一来,相对已知不变的数值就包括三相电压幅、相对相角条件等,同时可以应用1 μs的GPS系统结合占用CVT数据进行分析,能够对电压波形以及电场波形相对相位条件进行明确。应用测得的电场稳态波形的幅值和相角信息实现解耦的方法称之为稳态解耦方法[2]。应用三台传感器装置开展测量,对装置安放的位置进行合理规划,传感器测量获取的电场是线性叠加的模式,相应的电场与导体电压的数学关系为:E=MU,其中E代表的是电场,M代表的是耦合系数矩阵(在具体解耦期间需要应用九个耦合系数),U代表的是电压向量。稳态电压的状态下,电场可以通过传感器测量的稳态电场幅值、稳态电场相位(φ)进行计算获得。

在计算当中耦合矩阵需要的九个系数是未知的状态,通过稳态波形信息无法完成解耦,而耦合矩阵是以对称的形式存在,当测量环境的电压水平偏高的情况下,相间距离数值也偏大,不是相邻相的耦合就不需要进行考量,基于此,可以假设解耦矩阵是对称的,矩阵当中的某些元素可以设置0,从而进行解耦。测量解耦期间要将电场传感器放在三相交流输电线路的正下方并保持高度相同,这时线路运行当中存在稳态电压时,传感器就能够对交流稳态电场波形进行获取。在解耦矩阵当中可以设定某两个元素为0,线路结构、传感器位置以及线路物理结构等都是对称形式,就能够明确一些电场参数具备近似关系,从而将各项参数进行转化带入E=MU进行解方程,对应三个电场传感器测得的电场波形就能够解算出来,从而对解耦矩阵(M)进行求解,通过取逆获取解耦矩阵M-1,再与任意一个测量的波形电场E(t)进行相乘,就能够获解耦之后的暂态过电压信号U(t)的值。

结束语:通过新型非接触式暂态电压测量方法的应用以及简化解耦,对于电力系统电压测量水平的提升有积极助益,同时也能够对未来电力系统的高效发展带来更多的助力,促使电力系统运行稳定性能够获得更良好的保障。本文研究的简化解耦方法具备可行性,能够有效推动非接触式暂态电压测量精准性的提升。

参考文献:

[1]郑文哲.利用非接触无线测量技术开展过电压测量[J].电力安全技术,2020,22(10):9-15.

[2]林成镇,郑昕.低压配电电缆巡检用非接触式电压传感器的仿真与实验分析[J].电器与能效管理技术,2020(07):1-7.

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