新型無(wú)分壓式光學(xué)電壓互感器的研究

胡雪霏

（國(guó)網(wǎng)北京延慶供電公司，北京 102100）

本文的研究問(wèn)題是光學(xué)電壓傳感器與普通光學(xué)互感器之間的不同之處，高斯數(shù)值積分計(jì)算方法是由國(guó)外一家大型公司研究出來(lái)并投入使用，國(guó)外用的電壓都是110kV并且很早就進(jìn)行投入使用中。本文針對(duì)我國(guó)的220kV常用空心絕緣子，基于電磁場(chǎng)有限元分析方法確定了220kV新型OVT的合理結(jié)構(gòu)；利用高斯數(shù)值積分算法確定了光學(xué)電壓傳感器在VT中的具體安裝位置；對(duì)高斯數(shù)值的計(jì)算法進(jìn)行了幾種經(jīng)典的電磁干擾可以確定其準(zhǔn)確性。

光學(xué)電壓互感器電壓測(cè)量部分采用三個(gè)安裝于絕緣子軸向的光學(xué)電壓傳感頭，通過(guò)數(shù)值積分算法確定光學(xué)傳感頭的精確安裝位置，實(shí)時(shí)采集OVT軸向場(chǎng)強(qiáng)信號(hào),通過(guò)數(shù)值積分算法確定系統(tǒng)電壓。與傳統(tǒng)互感器相同，光學(xué)電壓互感器在正常長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)下也存在絕緣安全的問(wèn)題。為了滿足其絕緣性，應(yīng)合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)以滿足測(cè)量的需要，在實(shí)際的運(yùn)行當(dāng)中系統(tǒng)的一切外部變化，包括環(huán)境的影響、系統(tǒng)的運(yùn)行、ovt的變化等等，為了使測(cè)量的準(zhǔn)確無(wú)誤，其軸向場(chǎng)強(qiáng)的使用情況應(yīng)盡量的小，具體涉及到絕緣材料，采用半導(dǎo)體材料使其屏蔽。

我國(guó)目前研發(fā)的產(chǎn)品可靠經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，推動(dòng)了市場(chǎng)和行業(yè)的前進(jìn)。

1 互感器的作用

新型的光學(xué)電壓互感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

將大電壓轉(zhuǎn)換成小的電壓，大電流轉(zhuǎn)換成小電流小的電壓和小的電流進(jìn)行二次側(cè)，形成一套自主穩(wěn)定的裝置，這就是電力系統(tǒng)的作用。

圖1 新型光學(xué)電壓互感器結(jié)構(gòu)

主要作用：電壓互感器就是通過(guò)電壓電流之間相互感應(yīng)從而進(jìn)行降壓升壓的，電流通過(guò)一次繞組經(jīng)過(guò)整理將電壓完整地傳遞到二次繞組之中，把一次繞組中的高電壓通過(guò)電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)換成低電壓，使其標(biāo)準(zhǔn)化，可以使用小的生產(chǎn)設(shè)備而且還降低了二次側(cè)設(shè)備的絕緣效果，二次繞組之后的設(shè)備和二次系統(tǒng)與一次繞組形成更好的絕緣，從而讓二次繞組和設(shè)備變得更安全，更實(shí)用。

按原理可以分為：電磁式、電容式、光學(xué)式等。

光學(xué)互感器的原理：利用電子技術(shù)和光學(xué)原理用玻璃纖維傳遞信號(hào)的一種互感器稱為光學(xué)電壓互感器。和普通傳感器相比較，光學(xué)傳感器更快更穩(wěn)定，其利用玻璃纖維形成通道，利用光傳播省時(shí)高效。

2 國(guó)外與國(guó)內(nèi)光學(xué)傳感器各研制的情況

發(fā)達(dá)國(guó)家早在20世紀(jì)六七十年代就已經(jīng)取得了很大的發(fā)展與進(jìn)步，到了20世紀(jì)八九十年代，發(fā)達(dá)國(guó)家已將光學(xué)電壓互感器投入到了試用階段，主要研發(fā)比較有成果和突出的有美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家。

我國(guó)20世紀(jì)八九十年代研制光學(xué)電壓互感器，其中各大高校在其中起到了較為重要的作用。

光學(xué)互感器已經(jīng)研制了許多年，技術(shù)上已經(jīng)成熟，但是到實(shí)際應(yīng)用中，還有很多問(wèn)題需要解決。

（1）在實(shí)際運(yùn)行中最大的問(wèn)題就是不能長(zhǎng)期運(yùn)行，長(zhǎng)期運(yùn)行后其溫度的影響。

（2）互感器的長(zhǎng)期運(yùn)行溫度的變化會(huì)影響中新波飄逸，從而引起延遲，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)較為不穩(wěn)定。

（3）光學(xué)傳感器是利用玻璃纖維傳送，光在玻璃纖維中傳送時(shí)和機(jī)械擾動(dòng)時(shí)其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，內(nèi)部應(yīng)力破壞玻璃纖維并且不能消除。

2.1 新型光學(xué)電壓互感器分析

2.2 通過(guò)有限元方法確定合理的互感器結(jié)構(gòu)參數(shù)

以220kV為基準(zhǔn)在不同的互感器結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)VT軸向場(chǎng)強(qiáng)分布。新型光學(xué)電壓互感器經(jīng)常采用220kV的電壓空心絕緣子做成。

3 電壓互感器結(jié)構(gòu)參數(shù)

基于典型三種空心絕緣子的VT結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示，利用ANSYS對(duì)三種結(jié)構(gòu)的VT進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算，得到的軸向場(chǎng)強(qiáng)分布值如下。

表1 電壓互感器結(jié)構(gòu)參數(shù) mm

VT長(zhǎng)度，上電極長(zhǎng)度，下電極長(zhǎng)度，上電極直徑，下電極直徑。

一：2560，160，200，130×2，130×2

二：2663，90，130，120×2，120×2

三：2500，90，90，170×2，170×2

由分析的VT軸向場(chǎng)強(qiáng)可得三種結(jié)構(gòu)的軸向場(chǎng)強(qiáng)最大值與最小值（單位：V/mm）依次為：結(jié)構(gòu)一：467．111，66．401；結(jié)構(gòu)二：268．869，32．623；結(jié)構(gòu)三：284．187，62．96。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一種新型的利用高斯數(shù)值積分算法計(jì)算系統(tǒng)電壓的光學(xué)電壓互感器，與傳統(tǒng)互感器相比，此種互感器克服了傳統(tǒng)互感器的諸多固有缺點(diǎn)。通過(guò)半導(dǎo)體屏蔽材料的應(yīng)用，克服了外電場(chǎng)對(duì)OVT軸向場(chǎng)強(qiáng)分布的影響；通過(guò)高斯數(shù)值積分方法，實(shí)現(xiàn)了利用三個(gè)光學(xué)電壓傳感器精確測(cè)量系統(tǒng)電壓的目的，并且在無(wú)干擾下計(jì)算電壓精度滿足IEC0．2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；在三種電磁干擾下高斯數(shù)值積分算法的計(jì)算精度也滿足IEC0．2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。這種新型光學(xué)電壓互感器在電力系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

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