新型行波传感器及其在电网故障行波定位中应用

论文摘要

电网故障行波定位与保护一直是电力系统稳定研究的热点问题,故障行波暂态信号的检测是制约电网故障行波定位的技术难题,本文重点研究了新型的行波传感器及其在电网故障行波检测中的应用。本文首先介绍了空间电磁场传播的基本理论和行波在介质中的传播规律,及在电力线路中的传播衰减过程、变压器绕组波过程理论和过电压的影响以及线圈之间的感应电磁过程,分析了空间电荷的传播与屏蔽原理和变电站电磁干扰源,并提出了屏蔽方法,为暂态行波信号在电力系统中传播及检测提供理论基础。其次设计了一种独特的空间暂态电磁传感装置的方法:通过导线中的暂态过电压,其电压行波产生电场,电流行波产生磁场,分别设计电场和磁场传感装置检测暂态电压、电流行波信号;然后介绍了普通的行波传感器的类型和基本原理,接着设计了两种PCB式行波传感器,分别用于不同电力设备要求中的行波信号检测,PCB行波传感器的行波传变延时同步偏差在50纳秒内,大幅提高电网故障行波定位精度。再次用实验测试了各种类型的互感器的传变暂态信号性能,并且证明了新型的PCB行波传感器提取行波信号的有效性,表明了该新型行波传感器能很好的提取电力系统中各类暂态行波信号,并且可以减少电磁干扰的影响,易于批量生产,参数可控一致,行波信号输出延时小,幅值稳定,成本低廉,安装方便等优点,可以提高电网故障行波定位系统中的定位精度。最后介绍了行波传感器在电网故障行波定位系统中的应用和所存在的问题,以及当今电压行波定位系统的构成,重点阐述了行波传感器在电网故障行波定位中的应用,提供了行波传感器的安装地点,详细介绍了一种利用变压器外壳接地线提取行波信号的方法,仿真验证该方法有效,能精确提取行波信号。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 电磁行波的传变与提取技术及发展现状
• 1.2.1 行波信号的传变
• 1.2.2 行波信号的检测
• 1.3 PCB 式电子互感器的现状与发展趋势
• 1.3.1 空芯电流互感器的发展
• 1.3.2 PCB 式行波传感器的简介和应用前景
• 1.4 空间暂态电磁传感器展望
• 1.5 课题来源及本文所做的主要工作
• 第二章 电磁暂态信号传播机理
• 2.1 空间电磁场传播过程
• 2.1.1 二平行输电线的电场
• 2.1.2 波的衰减与变形
• 2.2 变压器绕组的波过程及过电压
• 2.2.1 单线圈变压器的振荡过电压
• 2.2.2 起始电压分布
• 2.2.3 最终电压分布
• 2.2.4 自由振荡过程
• 2.3 互感器线圈之间的感应过电压
• 2.3.1 线圈之间的静电感应
• 2.3.2 贯通电流的电磁感应
• 2.3.3 自由振荡电流的电磁感应
• 2.4 各类互感器的暂态特性测试
• 2.4.1 电流互感器暂态特性波形
• 2.4.2 电压互感器暂态特性波形
• 2.4.3 三相五柱式电压互感器暂态特性波形
• 2.5 空间暂态电磁行波干扰处理
• 2.5.1 暂态电磁干扰源
• 2.5.2 导体系统电荷与屏蔽
• 第三章 新型行波传感器设计研究
• 3.1 空间暂态电磁传感器设计
• 3.1.1 检测系统原理
• 3.1.2 电场传感器的设计
• 3.1.3 磁场传感器的设计
• 3.1.4 低频磁场的屏蔽
• 3.2 行波传感器
• 3.2.1 穿芯式传感器原理
• 3.2.2 螺线式传感器原理
• 3.2.3 等值电路
• 3.3 PCB 行波传感器设计
• 3.3.1 Protel 软件的简介
• 3.3.2 PCB 高频信号串扰分析
• 3.3.3 增大高频感应的方法
• 3.3.4 圆环叠层式
• 3.3.5 正方螺旋式
• 3.4 小结
• 第四章 行波传感器的传变特性实验测试
• 4.1 冲击电压波形
• 4.1.1 雷电冲击电压标准波形
• 4.1.2 操作冲击电压标准波形
• 4.2 行波信号发生器
• 4.2.1 RLC 电路的物理分析
• 4.2.2 行波信号发生器的组成
• 4.3 普通行波传感器各种正弦频段传输试验特性
• 4.4 冲击试验波形
• 4.4.1 普通行波传感器暂态特性测试
• 4.4.2 环形线圈的暂态特性测试
• 4.4.3 方形线圈的暂态特性测试
• 4.5 动模实验室中的行波特性测试试验
• 4.6 小结
• 第五章 行波传感器在电网故障定位系统中的应用
• 5.1 故障定位关键技术问题
• 5.2 故障定位系统行波提取新技术
• 5.2.1 行波定位系统的组成
• 5.2.2 基于整个输电网的行波网络算法
• 5.2.3 定位装置的硬件结构
• 5.2.4 基于PCB 的行波传感器装置
• 5.2.5 行波波头的检测
• 5.3 变压器外壳接地行波检测方法
• 5.4 小结
• 全文总结及展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录