特高压冲击电压分压器线性度测量技术研究

Linearity is one of key parameters of impulse voltage divider, and indicates measurement level of dividers. But influence factors for linearity of UHV impulse dividers are difficult to evaluate. Using standard equipment to calibrate, their performances are too bad to meet the requirements. We can’t obtain the results from the low voltage to high voltage, when using the impulse voltage generator. Through analyzing the above methods deeply, the project investigates the accuracy measurement method for linearity of UHV impulse dividers. The leakage current and the linear relationship between circuit current and external application voltage are measured. The influence factors of stray parameters are revealed. Eliminating the influence of stray parameters and external environment conditions, the equivalent principle of impulse voltage coefficient and power frequency voltage coefficient will be studied using a capacitive divider consist of a standard high-voltage capacitor. The field calibration device is developed consists of stray capacitor between shell and ground. We study stability of stray capacitor and ratio of divider and carry on the calibration tests in several high–voltage laboratories.The influences of the linearity of generator by the charging process, characteristic parameters of capacitors and loop parameters are studied. Then establish the model to evaluating the influence factors of the generator's linearity. The results of this project is a beneficial supplement for present research content, and provide a reference for the traceability and calibration work of impulse voltage dividers.

线性度作为冲击电压分压器的一项关键性能指标，直接决定分压器的测量水平。但特高压分压器线性度的影响因素难以评估，使用球隙等标准器进行校准，其自身性能难以满足要求，使用冲击电压发生器测量分压器的线性度，不能从较低电压直接递推到高电压。本项目对这些方法进行梳理，找到适用于特高压冲击分压器线性度准确测量的方法：研究杂散参数等因素对分压器线性度的影响，测量回路电流随电压的变化。消除上述因素的影响，基于标准电容器组成的分压器测量线性度，研究冲击电压系数和工频电压系数的等效性。利用分压器外壳对地杂散电容组成线性度现场校准装置，研究高压电容及其分压比的稳定性，并在全国几家实验室进行校准。对于冲击电压发生器研究电容性能、充电过程、回路参数等对发生器自身线性度的影响机理及其影响量，建立模型，对发生器性能进行评价。本项目结论对现有研究内容的有益补充，对冲击电压分压器溯源和校准工作提供参考。

线性度为冲击电压测量装置的关键参数，其测量和校准方法及准确度直接影响电气设备冲击耐受试验结果的可靠性。本项目建立多参量影响下冲击分压器测量误差的数学模型，揭示了暂态过程引起的测量误差在时间轴持续积累的规律。研究不受现场复杂电磁环境和周围带电体的影响的标准装置。基于高压标准电容器线性度及温度系数极低的优点、利用不同频率电压下电场分布等效的原理，优化结构设计与回路参数，研制工频电压600kV、冲击电压1200kV的宽频电容分压装置，工频电压测量不确定度0.028%（k=2），线性度优于0.02%。提出回路振荡分段抑制技术，频率特性引入的测量误差优于0.1%。该分压装置不仅可作为冲击电压溯源载体，将冲击标准分压器的刻度因数的标定电压提升至600kV（峰值800kV），大大降低了冲击电压标准装置的峰值电压测量不确定度，还可作为冲击电压分压器1200kV以内线性度校准用标准器。.研究高压冲击分压器线性度现场校准方法，研制无线局域网传输数据的瞬态球形电场测量仪。建立电场测量仪对被测电场分布影响的物理模型，提出不均匀系数的边界条件。研究电场测量仪在不同电场中比例系数的变化以及抗干扰方法。电场测量仪满量程内在稍均匀场中线性度优于0.3%，在极不均匀场中线性度优于0.5%。研究冲击电压发生器输出电压线性度影响因素规律，研制无线传输、多路同时采集的低压侧浮地的直流电压测量装置，实现冲击电压发生器充电电压不均匀程度的测量。提出冲击电压发生器的等效线性系统综合约束优化方法，基于充电电压测量准确度、充电时间、电容的泄漏电流与电压补偿、充电电压不均匀程度等影响因子的独立量化分析，提出冲击发生器输出电压影响量控制方法，大幅提高利用配套发生器进行分压器线性度标定的准确度。最后对上述方法进行分析比较，得到每种方法的适用条件、试验方案以及测量水平，形成冲击电压分压器现场校准指导方案。