田恩勇 万有海 张承模 陈世丹
（贵州电网有限责任公司贵阳供电局 贵州省贵阳市 550035）
摘要：数字化变电站最突出的特点便是新型电子式互感器的应用，它可以有效避免常规互感器出现的一些问题，如准确度低、易饱和、暂态特性差及易受电磁干扰等弊端。电子式互感器采样信号经过合并单元处
理，经光纤传输至后台机，避免了电磁干扰的影响，提高了信号传输的准确性和可靠性。电子式互感器分为电子式电流互感器和电子式电压互感器（EVT），其中电子式电压互感器通常采用光学原理或电阻、电容分压，避免使
用大型电感元件，这样极大减少了铁磁谐振的几率。
关键词：电子互感器；行波测距技术；研究
一、EVT整体等效电路
电容分压型EVT的原理是电容分压器原理，如图1所示，C1、C2分别为电容分压器的高、低压臂电容，U1为被测一次电压，U2为分压器低压臂的电压。根据电路理论可得
式中，K=C1/（C1+C2），为分压器的分压比。只要适当选择C1和C2的容量即可得到所需要的分压比。
实际应用中的电容分压器通常采用如图2所示的等效电路，其中，Ｒ为采样电阻。此时输入电压U1和输出电压U2的关系式为
式（2）经拉式变换
得
整理后得
若Ｒ值足够小，（C1+C2）s1/Ｒ，则可对式（4）进行简化，得到
式（5）表明，输出电压U2和输入电压U1的微分成正比，U2主要取决于采样电阻Ｒ和高压电容C1，受低压电容影响较小。为了得到与高压侧电压呈线性变化的二次电压信号，需要加入积分电路对U1进行处理。
一般情况下，可利用模拟积分电路来实现积分功能，为减少积分器对信号处理的影响，本文采用了反馈型有源积分电路。EVT的整体等效模型如图3所示，图中，Ｒf为反馈电阻，C为积分电容，有源积分器的传递函数为
二、EVT频率特性
根据第1节分析可知EVT整体电路的传递函数为
其幅频特性表示为
相频特性表示为
则可计算得到EVT的上、下限频率为
故障时产生的行波信号其能量主要分布在10～100kHz的频带范围内，而用于高压远距离的行波测距装置其采样频率要求在1～10MHz的范围才能具有良好的精确性。根据式（10）分析可知，EVT的传变带宽与电容和
电阻的参数有关，在选取适当的分压电容与采样电阻时，可满足行波测距的要求。220kV电容分压型EVT的参数优化方案，但EVT对故障行波的传变特性并不理想，根据式（10）推算，可适当减少分压电容C1、C2及采样电阻Ｒ的
值，使EVT的传变带宽达到兆赫兹级别。给出的EVT参数基础上，选择较小的取样电阻值作为实验仿真参数，具体参数如表1所示。
在EMTP/PSCAD中建立EVT模型，得到EVT的幅频响应与相频响应特性曲线如图4所示。
由图4可见，该参数下的EVT输出端电压信号在1MHz以下具有良好的幅频响应特性，在0～1MHz频率区间内对信号的传变特性响应较好，满足行波测距采样频率的要求。
三、EVT行波传变特性仿真与分析
在EMTP/PSCAD中搭建一条典型220kV双端供电网络，其结构如图5所示，线路全长100km，线路距M端40.8km处发生三相短路接地故障，故障初相角为90°，过渡电阻为100Ω，采样频率为1MHz。输电线路在M端装有行波测距装置
，可测量到故障电压行波。
在EMTP/PSCAD中搭建EVT模型，将M端测量得到的故障电压数据作为EVT一次侧电压，可得到EVT二次侧电压波形。以B相电压为例，EVT一、二次侧电压行波分别如图6、7所示。
通过可决系数r考察图6与图7故障波形的相似度（可决系数表示两组曲线的相似程度），其表达式为
式中：y2i为EVT二次侧仿真数据中第i点；k为模拟EVT的实际变比；为EVT一次侧仿真数据的平均值；y1i为EVT一次侧仿真数据中第i点。
r越接近1，两个曲线的相似度越高，表明EVT模型对波形的影响越小。利用MATLAB对故障数据进行统计计算，得到r=0.93，说明EVT仿真模型一、二次侧的电压数据相似度较高，所搭建的EVT模型对电压行波传变的影响较小。但
通过对比一、二次侧电压行波可看出，EVT二次侧电压行波幅值略有衰减，在实际现场中，EVT受外部环境及自身技术特点影响，波形衰减虽然不可避免，但其幅值可通过参数优化控制在较小的范围，对行波传变中的波形突变
影响较小。
结语
本文针对电容分压型EVT的暂态传变特性进行了深入分析，建立EVT的数学模型以及传递函数，得到了EVT截止频率的数学表达式，分析了参数对EVT暂态行波传变特性的影响，并进一步利用基于小波变换的单端测
距法考察了EVT参数对行波测距精度的影响，得到如下结论：①在适当的参数下，电容分压型EVT的传变带宽可达到兆瓦级，仿真表明电容分压型EVT对暂态行波信号具有良好的传变特性。②利用EVT二次侧电压信号进行故障测
距具有较高的精确度。测距误差与采样电阻的取值有一定关系，采样电阻值越大，单端测距误差也越大；在故障距离较长时，采样电阻取值对测距精度影响更为显著。
参考文献：
[1]徐新亮.利用暂态电流行波的输电线路故障测距研究[J].电子技术与软件工程，2014.
[2]张广斌，束洪春，于继来，等.基于回路电流故障主导波头到达时差的输电线路故障测距[J].中国电机工程学报，2013.
论文作者:田恩勇,万有海,张承模,陈世丹
论文发表刊物:《河南电力》2018年7期
论文发表时间:2018/9/12
标签：电压论文; 电容论文; 故障论文; 电阻论文; 特性论文; 所示论文; 参数论文; 《河南电力》2018年7期论文;