Page 90 - 电力与能源2024年第四期

484 张凯悦，等：基于电容式电压互感器的过电压测量方法改进研究

新等效电容 C e 影响分压比，故需重新计算： 量选用 1 μF 或 10 μF 的电压传感器仿真结果如
1 1 1 表 3 所示。由表 3 可见，1 μF 的电压传感器在波
C e = + + （4）
头 时 间 和 半 峰 值 时 间 上 与 标 准 冲 击 波 的 误 差
C 1 C 2 C 3
改装 CVT 中的等效阻抗：
更小。
1
Z = + Z k + Z m + Z T + Z f （5） 通过改进 CVT 的仿真模型，对直接测量的
jωC e
CVT 二次侧和加装电压传感器的 CVT 进行仿真
CVT 中流过的电流为
E 计算。输入标准操作过电压信号，采集 CVT 二次
I = = UC 1 /(C 1 + C 2 + C 3 )
Z 侧输出信号和改装后 CVT 的信号，如图 11 所示。
1 ) 由图 11 可见，串联分压电容的输出波形与输入冲
+ Z k + Z m + Z T + Z f （6）
击波形一致，但 CVT 二次侧输出信号出现明显震
( jωC e
电压传感器两端的电压为 荡，这是由元件参数非线性和变压器饱和引起的，
1
U 3 = I ⋅ 会影响高频过电压信号的准确反映。然而，电磁
ωC 3
（7） 单元对低压臂电容 C 3 的输出信号没有明显影响，
U 1 C 3
= 故可采用串联低压臂电容分压的方式来测量高频
U 3 C e
通过式（7）能够计算出电压传感器两端的分 过电压信号，通过改装 CVT 来获得更精确的过电
压比。 压信号波形。
2.2.2 电压传感器电容量的确定
为便于 CVT 的改装，分压系统的电极应尽可
能不发生电晕，以减少温度、频率、电压等因素的
影响。为确保进入电缆的电压在安全范围内，电

压传感器 C 3 的容量选用 1 μF 或 10 μF，以保证最
高输出电压不超过 100 V。
使用 MATLAB 建模仿真，并通过示波器观
察 波 形 ，结 果 如 图 9 所 示 。 由 图 9 可 见 ，无 论 是
1 μF 还是 10 μF 的主电容，电压传感器所测波形
都与冲击电压源的时域波形保持一致，表明电磁
单元对于电压传感器采集波形影响不大。这是因
为电压传感器主电容参数很大，高频下容抗较小，

电磁单元的励磁阻抗较大，对于电容分压器单元
而言，电磁单元相当于开路。对电压传感器进行
频谱分析，结果如图 10 所示。由图 10 可见，电压
传感器能够准确跟随冲击过电压，高低频一致性
较好。其中，主电容参数为 1 μF 的电压传感器跟
随输入电压的效果更好。

通过计算表 1 中的数据可以发现，1 μF 主电 图 9 电压传感器仿真结果
容的电压传感器实际分压比为 176.121 5，与理论
3 试验验证
分压比相差 0.07%；10 μF 主电容的电压传感器
实际分压比为 1 755，与理论分压比相差 0.17%， 3.1 搭建试验室测试平台
两者均满足国家标准要求。电压传感器 C 3 的容 本 文 设 计 了 一 种 基 于 TYD110/ 3 -0066H