电子式互感器的行波传变特性分析及应用技术研究

电子式互感器被认为是符合智能电网发展要求的下一代互感器，其宽频响应特征非常适合于行波保护（测距）在信号传感方面的要求。但目前阶段电子式互感器的设计和应用现状还不能发挥其在频率响应方面的优势，致使已经实用化的行波测距技术也无法应用到数字化变电站中。基于此，本项目研究以下内容：电子式互感器传感部分的精确建模以及对故障行波信号的传变特性分析；适合行波信号传变的传感头和信号还原电路的参数设计及样机试制；电子式互感器高速数据采集以及与保护设备之间的数字接口技术；基于电子式互感器信号传变特点的行波保护及故障测距新方法。项目的研究对象是基于罗氏线圈的电子式电流互感器和基于电容分压原理的电子式电压互感器。.本项目的研究目的在于探索电子式互感器对行波信号的整体传变能力，解决应用中存在的理论和关键技术问题，为近期行波测距技术应用于数字化变电站和将来行波保护的实用化奠定理论和技术基础。

长期以来，影响行波保护和故障测距实用化进程的瓶颈之一是电压电流传感设备。为探索电子式互感器对故障行波信号的传变能力和可行性，本项目针对罗氏线圈电子式电流互感器（R-ECT）和电容分压型电子式电压互感器（R-EVT）的行波传变特性及应用技术进行了深入研究。项目取得了如下研究成果：①对R-ECT和C-EVT的传感头部分分别进行了准确建模，分析其对高频信号的响应特性和微分输出特征，从理论上得出电子式互感器具有良好的行波信号传变能力。②设计了一种无源和有源相结合的积分电路，对电子式互感器的微分输出信号实现了从低频到高频的全频段积分；设计了基于差分方程的数字积分算法，能在一个较宽的频带范围内实现有效积分。③研究罗氏线圈参数的设计方法，提出基于物理参数和电气参数的闭环设计思路，试制出行波用罗氏线圈样机。④测试结果表明，罗氏线圈样机的输出信号为一次电流信号的微分，对雷击浪涌和故障行波信号具有快速跟随能力，与理论分析相符。⑤试制了电容分压型电子式电压互感器，测试结果表明，其二次输出电压为一次电压信号的微分，对故障行波信号具有良好的传变能力。⑥构建了高速同步数据采集系统，为研究基于电子式互感器的行波测距和保护方法提供了方便可靠的测试平台。⑦提出行波用合并单元及其接口的设计方案，通过CPU与FPGA的协调配合，实现大批量采样数据的快速收发。⑧利用电子式互感器微分输出的特点，提出了基于微分行波的双端故障测距新方法和极性比较式纵联保护新方法。⑨利用微分行波的还原信号，提出一种新型行波方向纵联保护原理，根据正向行波幅值积分与反向行波幅值积分的比值来确定故障方向，避免了只利用初始波头信息进行判定而带来的可靠性问题。本项目取得的上述理论与试验研究成果，为基于电子式互感器的行波测距和行波保护的实用化奠定了理论和技术基础。