大电流的测量和电力系统的在线监测课件.ppt

1、26.5 6.5 冲击电流的产生和测量冲击电流的产生和测量电力设备的冲击电流试验：几kA几十kA6.5.1 6.5.1 冲击电流波形冲击电流波形非振荡冲击电流波振荡冲击电流波tf视在波头时间，tt视在半峰值时间，IM电流峰值，IM反极性电流峰值 3冲击电流波的波形参数冲击电流波的波形参数 电力系统对避雷器进行冲击电流实验时，用以下参数的波形：1雷电冲击电流波形：8/20 s；2波形为4/10 s的冲击电流波形；3波形为18/20 s的冲击电流波；4视在波头时间为30100 s的冲击电流波，其视在半峰时间为视在波头时间的2倍以上；5陡波：视在波头时间为1 s；6方波冲击电流：持续时间2000 s

2、；46.5.1 6.5.1 冲击电流波形方波冲击电流波形方波T0.9波长持续时间，T0.1波的总持续时间，IM电流峰值IM反极性电流峰值，I峰值附近叠加的高频叠加峰值 方波冲击电流波形 56.5.2 6.5.2 冲击电流波的产生冲击电流波的产生冲击电流发生器的工作原理 iRdtdiLidtCU10回路方程为：6冲击电流波形的类型冲击电流波形的类型分三种情况：1）欠阻尼 2）临界阻尼3）过阻尼CLR2)1sin(1)(2)/(20LCteLCUtiLCtCLR2LCtteLUti/0)(CLR2)1(1)(2)/(20LCtsheLCUtiLCtLCR2增加电流的方法：增加电流的方法：1 增加电

3、容量2 减小回路电感，减小回路电阻76.5.3 6.5.3 冲击电流的测量冲击电流的测量特点：特点：持续时间短、变化快。用相应时间来表示其特性。目前常用两类测量系统：u分流器测量系统；u电流互感器（CT）测量系统8一一 分流器测量系统分流器测量系统RsR1Z，RsRK远小于R1R2，R1R2 imUI被测冲击电流 测量系统的响应时间主要取决于分流器，分流器的响应时间为 620106dT电阻R2上的电流为 212RRRRRiikssR电阻R2上的电压为 222RiURR因此分流比为 ssKsRiRRRRRRRUim222129分流器分流器 分流器是将被测电流转换为适当幅值电压的一种装置，1)它具

4、有很大的电流容量，2)能够耐受大电流产生的电动力，3)分流器的电阻应该很小，其电阻温度系数也要非常小，电阻材料采用锰铜、镍铜等非磁性材料。4)分流器的电感值要远小于电阻值.绞线式折带式同轴园管式卓园管式10电流互感器电流互感器对于特大幅值冲击电流，分流器制造困难。需采用电流互感器线圈截面积S，总匝数ni一般用空心互感器，而不用铁心。因为冲击电流中包含丰富的高频成分，铁心在高频下产生的损耗带来测量误差；同时，因为di/dt足够大了，即使不用铁心，也能感应出足够高的电压dtdiMu12线圈输出端的感应电势为：互感系数M可以实测，但一般需要事先计算。rnSM2(1)自积分法dtdiLRRidtdiM

5、uL2212)(如果)(RRL很小，且dtdiLRRiL22)(则dtdiLdtdiM2112iLMi Rnuim/1u2umLRLR(2)外积分法u2umLRLRCmLudtdiLRRidtdiMu2212)(RiuRidtdiLmL222如果R很大，且有则RdtdiMi/)/(12100121iCRMdtdtdiCRMdtiCuttmMCRuim1nSrCRumi21RL 1即且RC21上下限频率11冲击电流测量系统的校正方法冲击电流测量系统的校正方法 （1）方波电流试验法 给测量系统注入方波电流，测量输出端的方波响应。（2）电流试验法 给测量系统注入高频电流，测量输出端电流的大小，可求得

6、该频率下的系统阻抗。改变注入电流的频率，可得到阻抗与频率的关系曲线。（3）波头相位法 可测量具有电感效应的分流器的响应时间，并可在高压下进行。将分流器接入冲击电流发生器回路，使回路产生衰减振荡波。由于电感的作用，示波器图形的起始部分有一个突然跃变。根据跃变的参数，即可求出响应时间。（4）比对法 是和“标准”测量系统的测量结果进行比对校正。12第七章第七章 电气设备绝缘的在线监测电气设备绝缘的在线监测电气设备检修方式的发展：20世纪40年代，事故后维修；20世纪60年代，预防性检修；目前，状态检修是发展趋势。事故后维修：电网电压等级低，容量小，故障的危害小；预防性检修：110kV-220kV电压

7、等级，故障影响扩大；问题：预试是在停电状态下进行，没有考虑设备的运行条件、气象条件等；试验电压较低（一般在工频10kV以下）；13绝缘在线监测系统的基本框架绝缘在线监测系统的基本框架 关键问题：1选择传感器和传感性能2如何处理信号数据3如何判断绝缘缺陷14温度监测温度监测可用于电力系统的在线监测的传感器主要有两类：1接触式传感器，即热敏式电阻传感器；主要用热电偶式温度传感器。由于热电偶由金属 构成，因此只能安放在绝缘层外。2 非接触式传感器，即红外感温式传感器 解决绝缘问题。15绝缘油的气相色谱分析绝缘油的气相色谱分析主要用于变压器的绝缘油 分析。理论依据：变压器油与油中的固体有机绝缘材料在运

8、行电压下因电、热、氧化或者局部放电等多种因素作用下，会逐渐变质，裂解成低分子气体。变压器潜在过热或者局部放电会加快产气速度。同一性质的故障，其产生的气体成分和含量在一定程度上反映了变压器绝缘老化或者故障的类型与程度。因此，可作为特征量油色谱分析法：将变压器油取回实验室中，用色谱分析法进行分析，不仅不受现场复杂的电磁干扰，而且可以发现油设备中一些用介损和局放不能发现 局部性过热缺陷16油的气相色谱分析油的气相色谱分析难点：1取油样：不可与空气接触；2脱气：会引入较大的人为误差。3作业程序复杂，费用高，周期长绝缘油的气相色谱分析主要解决油气分离问题采用：透气膜17介损与泄漏电流的监测介损与泄漏电流

9、的监测介损的测量方法：硬件上：鉴相及过零比较；软件上：电压与电流信号的相角差，用FFT。局部放电的监测局部放电的监测脉冲电流法：检测接地线、绕组等中由于PD引起的脉冲电流，获得视在放电量。但是，由于技术复杂性、现场干扰强烈，在线监测成功应用的例子并不多。即使监测数据准确，在线监测的数据的分析，它与预防性试验数据的对比研究还需要不断深入。18第三篇第三篇 电力系统过电压电力系统过电压及绝缘配合及绝缘配合 雷电过电压：持续时间一般只有数十us 操作过电压：持续时间一般以ms计 暂时过电压：持续时间更长 研究过电压的产生机理，提出限制过电压的措施，确定电气设备的绝缘水平和绝缘配合。19第第8 8章章

10、 线路与绕组中的波过程线路与绕组中的波过程电力系统中架空线、电缆、母线、发电机和变压器绕组等，都属于分布参数的元件。8.1 8.1 波沿均匀无损单导线的传播波沿均匀无损单导线的传播vati vtx ABD.单位长度的电感和电容分别为L0和C0 vtaLdtdivtLuA0000CqdxCqdxuA计算电感引起的电位时，有计算电容引起的电位时，有qvdtdxqdtqdxi又由00vCatvtaLsmCLv/1031800rhL2ln200rhC2ln200对于架空线路208.1.1 8.1.1 波传播的物理概念波传播的物理概念电磁波是以光速沿架空线传播的00CLiuzA波阻抗对于一般的架空线路，

11、Z500，分裂导线Z300，对于电缆，Z100同样可证，在电缆中1100CLv电磁场角度分析：电磁场角度分析：1电压波对电容充电，电流波对电感充电，因此电压波和电流波沿导线传播的过程就是电磁能量传播的过程。电磁场的向量E和H相互垂直，且垂直于导线，为平面电磁波。架空线的介质是空气，因此电磁场的传播速度必然等于光速。2单位时间内导线获得的能量：从功率角度看，波阻抗与一集中参数的电阻相当，但物理含义不同。电阻要消耗能量，而波阻抗不消耗能量。ZiZuivLuvCAA222020218.1.2 8.1.2 波动方程的解波动方程的解回路电压电流关系为：dxL0dxL0dxL0dxC0dxC0udxxuu

12、idxxiidxxtuCxitiLxu00220022220022tiCLxituCLxu)()(),()()(),(vxtivxtitxivxtuvxtutxufqfq解得001CLv 式中11111)()(uvxtuvvdtxdttuqq11111)()(uvxtuvvdtxdttuqf前行波反行波228.1.2 8.1.2 波动方程的解波动方程的解波动方程：fquuu)(1fqfquuZiiiZiuqqZiuff注意：当前行波与反行波同时存在时ZuuuuZiiuuiufqfqfqfq初始条件边界条件任意点的电压与电流波形238.1.2 8.1.2 波动方程的解波动方程的解注意：电压波与电

13、流波的方向问题：)(a)(bxuixui)(cxiu)(duix 电压波的符号只取决于它的极性，而与电 荷的运动方向无关；电流波的符号不但与相应的电荷符号有关 ，而且也与电荷的运动方向有关，一般 取正电荷沿着x正方向运动所形成的波为 正电流波 248.2 8.2 波的折射和反射波的折射和反射发生折反射的条件：波阻抗不同发生折反射的原因：当波的传播过程中遇到波阻抗不同处时，为保证电压与电流的比值仍等于波阻抗，则电压和电流波必然要发生折反射。8.2.1 8.2.1 折反射的计算折反射的计算U1qU2qU1f.AZ1Z2波阻抗Z1Z2，在A点发生折反射入射：u1q 和i1q 无穷长直角波折射：u2q

14、 和i2q 反射：u1f 和i1f 有连续性，可知fqquuu112fqqiii112111222111ZuiZuiZuiffqqqq、qqquuZZZu1121222qqfuuZZZZu1121121258.2.1 8.2.1 折反射的计算折反射的计算折射系数2122ZZZ2112ZZZZ反射系数且满足1变化范围1120的折反射系数虽然是根据两段不同波阻抗的线路推导出来的，但也适用于线路末端接有不同负载电阻的情况，即只要有一端为波阻抗，另一端不论是波阻抗还是集中参数，都存在波的折反射问题。Z1Z2时，1，0，即无折反射现象Z1Z2时，折射波小于入射波，总电压会降低；268.2.2 8.2.2

15、 几种特殊条件下的折反射波几种特殊条件下的折反射波（一）末端开路(Z2=)22122ZZZ11212ZZZZA011fUiZ01UZAu1f=U0u1q=U0i1qZ1Z1发生电压波的正全反射电流波的负全反射从能量角度解释：2Z0222ZuPq全部能量均反射回去 反射波到达后线路电流为零，故磁场能量为零，全部磁场能量转化为电场能量，因此电场能量增加到原来的4倍，即电压增大到原来的2倍 过电压波在开路末端的加倍升高对绝缘是很危险的27（二）（二）末端短路末端短路(Z Z2 2=0 0)发生电压波的正全反射电流波的负全反射A1ZA011qUiZ011fUiZu1q=U0uf 1=U01Z02122

16、ZZZ11212ZZZZ从能量角度解释：反射波到达后线路电压为零，故电场能量为零，全部电场能量转化为磁场能量，因此磁场能量增加到原来的4倍，即电流增大到原来的2倍 28（三）（三）末端接电阻末端接电阻R RZ Z1 1 在高压试验中，常常在电缆末端接上与电缆波阻抗相等的电阻，以消除在电缆末端折、反射所引起的测量误差。但从能量的角度看，接波阻抗与接电阻是不同的 A1ZR 1ZA1ZR 1Z01Uuq101ZUiq10无折反射现象29例题例题1 1：求直流电源合闸于空载线路的波过程。线路长度为l，t0时合闸，直流电源电压为U0，求线路末端B点和线路中点C点电压随时间的变化。解：vlA点传播到B点的

17、时间设为 30例题例题2 2：空载带电线路合闸于末端匹配的电阻。如图811所示，长度为l、波阻抗为Z的线路预先充电到电压U0，t 0时合闸于阻值为R的电阻，求电阻两端电压降随时间的变化 0 t ，电阻上的压降由u1q导致，其值为 20U t 2，电阻上的压降由u2 f 决定，仍为 20U根据这一原理，可以用电缆做成形成线，产生设定脉宽的方波，在脉冲功率系统中有广泛的应用 318.2.3 8.2.3 等值集中参数定理（彼得逊法则）等值集中参数定理（彼得逊法则）彼得逊法则：彼得逊法则：计算波的折反射，可用一等值电路，线路波阻抗用数值相等的集中参数电阻代替；把线路入射电压波的两倍2u1q作为等值电压

18、源fqquuu112221111ZuZuZuqfq222Zuiqq12212Ziuuqqqqu121Z2ZAqi2qu2)(b1Z2Zqu1qi2qu2)(aA使用条件：1）它要求波沿分布参数的线路射入；2）和节点相连的线路必须是无穷长的。如果节点A两端的线路为有限长的话，则以上等值电路只适用于线路端部的反射波尚未到达节点A的时间内1Z2Zqi1qi2qu2)(aAqu2qi121Z2ZAqi2)(b.32例题例题3 3 变电所母线上接有n条线路，每条线路的波阻抗均为Z。当一条线路上落雷，电压u（t）入侵变电所，求母线上的电压 ntunZZnZtutu)(211)(2)(2可见，连接在母线上的线路越多，母线上的过电压越低，对变电所降低雷电过电压有利。