VFTO智能测量平台

　　1 VFTO智能测量平台背景与设计原则

　　随着电力系统电压等级不断升高，GIS的应用越来越广泛。GIS可以减小开关等设备的体积，使设备的电感减小，但当隔离开关操作时，因触头间击穿和多次重燃，会形成一种特快速瞬态过电压（very fast transient over voltage，VFTO），这种瞬态过电压具有上升时间极短（3~100ns）而幅值较高（最高可达3pu）和多次连续脉冲的特点。VFTO会对GIS及其联接的绕组设备的（如变压器，互感器）绝缘有重要影响；同时，它也会在GIS外壳与外部引线连接处产生瞬态壳体电位（transient enclosure voltage，TEV）,引起二次设备绝缘和人身安全问题，并对测量控制设备产生电磁干扰，造成二次设备的误动作。

　　电力互感器是一种用于传递信息给测量仪器、仪表、继电保护和控制装置的特殊变压器，是一次系统与二次系统的联络单元，其一次绕组接入电网，二次绕组分别与测量仪表、保护装置等相互连接。所以，当GIS中隔离开关操作产生VFTO时，互感器会通过绕组之间的传递将过电压从一次绕组传递到二次绕组，从而使二次绕组承受幅值较大的传递过电压，造成二次设备故障或者损坏，影响电气设备的安全运行。

　　在电力互感器的生产、检测和运行中，都迂到VFTO的的产生、特性、危害和预防问题，为了解决变电站运行中的VFTO测量及预防，为了在电力互感器生产中检测VFTO以及对VFTO的的实时仿真；需要构建特快瞬态过电压(VFTO)智能测量平台。

　　2003年，在实验室进行VFTO的产生、控制、测量和传递的实验工作；并完成电力互感器传递过电压测量检测项目。2013年，构建基于Lab VIEW8.6的毫微秒冲击高电压发生器的设计平台；2014年升级为基于lab VIEW8.6的特快瞬态过电压智能测量平台（以下简称《VFTO智能测量平台》）。

　　《VFTO智能测量平台》的设计原则是满足下列要求：

　　1) 电力互感器的传递过电压测量试验仪和检测；

　　2) 特快速瞬态过电压（VFTO）传递特性的研究；

　　3) 智能化变电站 VFTO实時监测。

　　2 VFTO智能测量平台总体架构

　　VFTO智能测量平台总体架构如图1所示。

　　图1  VFTO智能测量平台总体架构

　　智能测量平台基本配置：采集卡NI-PCL5114(A1) 和采集卡NI-PCL5152(A2) 装入工控机(A7)内，用来测量互感器（A6、A7）的VFTO传递特性；互感器（A6、A7）由工厂(A9) 生产，运行于变电站(A10) 。由直流电源(A2) 、数字I/O NI-PCL6501(A3) 和干簧继电器(A4) 组成VFTO的波形发生器。

　　智能测量模块分为采集与控制、试验数据处理、智能分析处理和测量网络化四大功能。

　　B1和B2— 采集卡NI-PCL5114(A1) 和采集卡NI-PCL5152(A2) 的采集前面板。

　　B3 — VFTO的波形发生器的控制前面板。

　　B4和B5—实验 数据处理和波形参数计祘前面板。

　　B6、B7、 B8和B9— 进行智能分析处理的工具包、VFTO的波形库、VFTO的资源库和VFTO的仪器仪表库。

　　B10和B11— 互感器厂和变电站互联智能终端。

　　3 VFTO智能测量摸块

　　VFTO智能测量模块分为采集与控制、试验数据处理、智能分析处理和工业互联的四大功能。

　　3.1 VFTO采集与控制

　　1) VFTO采集功能

　　VFTO采集功能：双通道、自动获取波形并保存、显示测量结和波形处理如图2-5所示。

　　图2 采集卡NI-PCL5152的数字采集系统的前面板

　　图3 NI-PCL5152采集的波形

　　图4  采集卡NI-PCL5114的数字采集系统的前面板

　　图5 NI-PCL5114的采集的波形

　　采集卡 NI-PCL5114的数字采集系统和采集卡NI-PCL5152的数字采集系统的不同仅在时基不同；前者100μs  ，用于非GIS互感器；而后者100ns，用于GIS互感器。

　　2) 数字I/O  NI-PCL6501 的控制器的功能

　　数字I/O  NI-PCL6501 的控制器的功能：测量次数、电压调节、自动触发和升压过过程如图6所示。

　　图6   数字I/O  NI-PCL6501的控制器的前面板

　　3.2 VFTO试验数据处理

　　VFTO试验数据测量的结果和不确定度计祘程序如下:

　　具有上述功能程序框图前面板如图7所示。

　　图7 VFTO试验数据处理程序前面板

　　3.3  VFTO波形处理

　　VFTO波形处理以B类冲击冲击波形处理为例，采用最小二乘法拟合实现；其原理如图8所示

　　图8 最小二乘法拟合原理图

　　冲击电压波形处理波形拟合前面板如图9，图中红线为实侧波形，而蓝线为标准定义波形。

　　图9 冲击波形处理波形拟合前面板

　　3.4  VFTO智能分析处理

　　VFTO智能分析对同一台互感器传递过电压特性统计分析，110kV GIS电压互感器的传递系数过电压波形见图10。

　　图10 110kV GIS PT的传递系数过电压波形

　　四．VFTO智能测量平台现场应用

　　4.1 110kV GIS用电压互感器试验現场图片和试验波形

　　110kV GIS用电压互感器试验试验現场(图11a)和结果如下：分别对二次绕组1an、2an和dan进行传递过电压测量；其值为0.8kV、1.1kV和1.4kV；其波形如图11b。

　　a現场实拍图片   b试验波形  黑线—1an  红线—2an  緑线—dan

　　图11 110kV GIS用电压互感器试验現场图片和试验波形

　　4.2 110kV CVT电压互感器试验現场图片和试验波形

　　110kV CVT电压互感器试验現场如图12。

　　图12 110kV CVT用电压互感器试验現场图片

　　利用移动式传递过电压测量装置对110kV电容式电压互感器进行传递过电压测量，分别进行了单次测量和十次测量，波形如图13和图14。从图13中可以看出单次测量的B冲击波，无论波形特征，波前时间，波尾时间均符合GB 20840.1-2010要求，测得二次传递过电压小于标准要求的限值1600V,因此可判断符合要求；而图14中是相同条件下十次测量得到的二次传递过电压值，可以看出十次产生的A类冲击波幅值在100-300V之间，波前时间在0.4到0.6 us（T1）之间，波尾时间大于50 us（T2）。十次重复测量的标准不确定度小于2%。

　　图13 CVT传递过电压单次测量

　　图14 CVT传递过电压十次测量

　　4.3  110kV PT电压互感器试验現场图片和试验波形

　　利用集木式传递过电压测量装置对110kVPT电压互感器进行传递过电压测量；其110kV PT电压互感器试验現场图片和试验波形如图15所示

　　a現场图片        b试验波形

　　图11 110kV PT电压互感器试验現场图片和试验波形

　　4.4  750kV CVT用电压互感器试验現场图片和试验波形

　　利用改装的雷电冲击试验装置对750Kv  CVT电压互感器进行传递过电压测量；其750kV CVT电压互感器试验現场图片和试验波形如图15所示

　　a現场图片        b试验波形

　　图11 750kV CVT用电压互感器试验現场图片和试验波形

　　作者：王彦金

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