一种利用过电压波形跃变解耦三相过电压测量波形的方法

摘要

本发明涉及一种利用过电压波形跃变解耦三相过电压测量波形的方法，属于过电压测量技术领域。本方法通过一套光学电场测量装置来实现。将光学电压或电场传感器固定在待测输电线路线下方，测得过电压发生时的电场波形。利用本发明提出的三相解耦的方法，得到三相独立的电场波形。并根据所测各相的工频电场与高频电场的相对值来反映架空连接线等部位的过电压倍数，根据所测电场的频率、波形来反映待测实际线路中的过电压特性。本发明的解耦方法，适合进行过电压的长期监测，同时也可以用于试验、调试过程中的过电压测量。实现了在三相合成电场中的过电压测量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用过电压波形跃变解耦三相过电压测量波形的方法，属于过电压测 量技术领域。

背景技术

过电压是造成电网事故的主要原因之一，也是选择电气设备绝缘强度的决定性因素。 过电压的持续时间虽然短暂，但峰值高、波形陡、能量大，对电气绝缘造成严重威胁。例 如，对于变电站而言，对220kV及以下系统，电气设备的绝缘水平主要由雷电过电压决定； 对330kV及以上电压等级的超高压系统，操作过电压成为主要矛盾，绝缘配合需要将操作 过电压控制在一定范围，再用避雷器作为后备保护。过电压的测量和分析有着极其重要的 意义，通过分析过电压的发生发展过程，可为处理事故提供可靠数据，为改进措施提供重 要的参考依据，为电气制造提供实际有效的参考资料。

目前，研究及工程人员采用标准雷电波、标准操作波代替设备实际承受的冲击电压波 形，作为试验波形进行设备试验，并作为绝缘配合依据。由于间隙击穿电压与波头时间有 关，用标准操作冲击电压或标准雷电波的试验结果做绝缘配合既可能导致绝缘配合裕度过 大，也可能导致绝缘配合安全性降低。获取正确的过电压波形，对绝缘配合的经济性与安 全性都有重要意义。

在三相电力系统的过电压测量中，由于安全原因，传感器一般无法紧贴在导线上，使 得传感器的测量结果或多或少会受到另外两相电压的影响，从而影响测量的准确性。如何 通过实测结果，去掉另两相电压的影响，进而反推出线路上的过电压，是必须克服的问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种利用过电压波形跃变解耦三相过电压测量波形的方法，采用 感应式电压或电场传感器，测量线路下方空间感应电压或电场的变化，并利用三相分别出 现过电压时，输电线路下方感应电压或电场的跃变量大小，得到各相输电线路过电压对其 它两相过电压的影响系数，并构造解耦矩阵，得到单相输电线路的过电压波形。

本发明提出的利用过电压波形跃变解耦三相过电压测量波形的方法，包括以下步骤：

(1)分别将第一电压传感器或电场传感器、第二电压传感器或电场传感器以及第三 电压传感器或电场传感器放置在电力系统A相、B相和C相输电线路的下方；

(2)当电力系统输电线路发生过电压时，第一电压传感器或电场传感器、第二电压 传感器或电场传感器以及第三电压传感器或电场传感器分别测得电压或电场暂态波形E₁、 E₂和E₃如下：

E₁＝E_A1+E_B1+E_C1

E₂＝E_A2+E_B2+E_C2

E₃＝E_A3+E_B3+E_C3

其中，E_A1、E_A2和E_A3分别为A相输电线路的过电压在第一电压传感器或电场传感器、 第二电压传感器或电场传感器以及第三电压传感器或电场传感器产生的感应电压或电场 信号，E_B1、E_B2和E_B3分别为B相输电线路的电压在第一电压传感器或电场传感器、第二 电压传感器或电场传感器以及第三电压传感器或电场传感器产生的感应电压或电场信号， E_C1、E_C2和E_C3分别为C相输电线路的电压在第一电压传感器或电场传感器、第二电压传 感器或电场传感器以及第三电压传感器或电场传感器产生的感应电压或电场信号；

(3)设A相出现过电压时，第一电压传感器或电场传感器、第二电压传感器或电场 传感器以及第三电压传感器或电场传感器测得的波形突变分别为ΔE₁₁、ΔE₁₂和ΔE₁₃，计算 A相电压对第一电压传感器或电场传感器、第二电压传感器或电场传感器以及第三电压传 感器或电场传感器的影响系数分别为：k_A1＝1、和

设B相出现过电压时，第一电压传感器或电场传感器、第二电压传感器或电场传感器 以及第三电压传感器或电场传感器测得的波形突变分别为ΔE₂₁、ΔE₂₂和ΔE₂₃，计算B相电 压对第一电压传感器或电场传感器、第二电压传感器或电场传感器以及第三电压传感器或 电场传感器的影响系数分别为：k_B2＝1和

设C相出现过电压时，第一电压传感器或电场传感器、第二电压传感器或电场传感器 以及第三电压传感器或电场传感器测得的波形突变分别为ΔE₃₁、ΔE₃₂和ΔE₃₃，计算C相电 压对第一电压传感器或电场传感器、第二电压传感器或电场传感器以及第三电压传感器或 电场传感器的影响系数分别为：和k_C3＝1；

(4)根据步骤(3)的影响系数，构造一个矩阵A，$A=\left(\begin{array}{ccc}{k}_{A1}& k_{B1}& k_{C1}\\ k_{A2}& k_{B2}& k_{C2}\\ k_{A3}& k_{B3}& k_{C3}\end{array}\right),$根据步骤(3) 中的影响系数的计算方法，有以下关系式：

$\left(\begin{array}{c}{E}_1\\ E_2\\ E_3\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{k}_{A1}& k_{B1}& k_{C1}\\ k_{A2}& k_{B2}& k_{C2}\\ k_{A3}& k_{B3}& k_{C3}\end{array}\right)·\left(\begin{array}{c}{E}_{A1}\\ E_{B2}\\ E_{C3}\end{array}\right)$

(5)对上述矩阵A取逆，得到解耦矩阵B，B＝A^-1；

(6)利用解耦矩阵B，以及第一电压传感器或电场传感器、第二电压传感器或电场传 感器以及第三电压传感器或电场传感器分别测得电压或电场暂态波形E₁、E₂和E₃，求解 输电线路A相过电压在第一电压传感器或电场传感器处产生的信号E_A1，输电线路B相过 电压在第二电压传感器或电场传感器处产生的信号E_B2，输电线路C相的电压在第三电压 传感器或电场传感器处产生的信号E_C3：

$\left(\begin{array}{c}{E}_{A1}\\ E_{B2}\\ E_{C3}\end{array}\right)=B·\left(\begin{array}{c}{E}_1\\ E_2\\ E_3\end{array}\right).$

得到解耦后的三相信号E_A1、E_B2、E_C3。

本发明提出的利用过电压波形跃变解耦三相过电压测量波形的方法，，其优点是：

1、本发明提出的电场或电压解耦方法，消除了电场或电压测量中，输电线路三相之 间相互干扰的问题，从而可以通过波形类比，推出单相线路上的实际电压波形。

2、本发明提出的电场或电压解耦方法，使得在进行过电压监测时，传感器放置位置 可以比较灵活，例如可以放置在线路下方甚至放在地面上，无需与输电线路直接接触。

3、本发明提出的电场或电压解耦方法，在每次过电压测量中，都可以利用当次测量 波形进行解耦，得到正确的结果。

4、本发明提出的电场或电压解耦方法，既适合过电压的长期监测，同时也可以用于 试验、调试过程中的过电压测量。

具体实施步骤

本发明提出的利用过电压波形跃变解耦三相过电压测量波形的方法，包括以下步骤：

(1)分别将第一电压传感器或电场传感器、第二电压传感器或电场传感器以及第三 电压传感器或电场传感器放置在电力系统A相、B相和C相输电线路的下方，为安装方便， 可以将传感器放置在地面上，也可以利用支撑装置，将其安装在一定高度处。

(2)当电力系统输电线路发生过电压时，第一电压传感器或电场传感器、第二电压 传感器或电场传感器以及第三电压传感器或电场传感器分别测得电压或电场暂态波形E₁、 E₂和E₃如下：每一个传感器测得的感应电压或电场，都应是输电线路三相产生的合成场。

E₁＝E_A1+E_B1+E_C1

E₂＝E_A2+E_B2+E_C2

E₃＝E_A3+E_B3+E_C3

其中，E_A1、E_A2和E_A3分别为A相输电线路的过电压在第一电压传感器或电场传感器、 第二电压传感器或电场传感器以及第三电压传感器或电场传感器产生的感应电压或电场 信号，E_B1、E_B2和E_B3分别为B相输电线路的电压在第一电压传感器或电场传感器、第二 电压传感器或电场传感器以及第三电压传感器或电场传感器产生的感应电压或电场信号， E_C1、E_C2和E_C3分别为C相输电线路的电压在第一电压传感器或电场传感器、第二电压传 感器或电场传感器以及第三电压传感器或电场传感器产生的感应电压或电场信号；

(3)设A相出现过电压时，第一电压传感器或电场传感器、第二电压传感器或电场 传感器以及第三电压传感器或电场传感器测得的波形突变分别为ΔE₁₁、ΔE₁₂和ΔE₁₃，由于 过电压的变化速度远大于工频电压的变化速度，所以此时可认为只有A相电压在发生变化， 因此此时第一电压传感器或电场传感器、第二电压传感器或电场传感器以及第三电压传感 器或电场传感器测得的信号波形突变，全部是由输电线路A相的电压变化造成。计算A相 电压(应该是A相过电压吧？)对第一电压传感器或电场传感器、第二电压传感器或电场 传感器以及第三电压传感器或电场传感器的影响系数分别为：k_A1＝1、和 $k_{A3}=\frac{{\mathrm{\Delta E}}_{13}}{{\mathrm{\Delta E}}_{11}};$

设B相出现过电压时，第一电压传感器或电场传感器、第二电压传感器或电场传感器 以及第三电压传感器或电场传感器测得的波形突变分别为ΔE₂₁、ΔE₂₂和ΔE₂₃，由于过电压 的变化速度远大于工频电压的变化速度，所以此时可认为只有B相电压在发生变化，因此 此时第一电压传感器或电场传感器、第二电压传感器或电场传感器以及第三电压传感器或 电场传感器测得的信号波形突变，全部是由输电线路B相的电压变化造成。计算B相电压 对第一电压传感器或电场传感器、第二电压传感器或电场传感器以及第三电压传感器或电 场传感器的影响系数分别为：k_B2＝1和

设C相出现过电压时，第一电压传感器或电场传感器、第二电压传感器或电场传感器 以及第三电压传感器或电场传感器测得的波形突变分别为ΔE₃₁、ΔE₃₂和ΔE₃₃，由于过电压 的变化速度远大于工频电压的变化速度，所以此时可认为只有C相电压在发生变化，因此 此时第一电压传感器或电场传感器、第二电压传感器或电场传感器以及第三电压传感器或 电场传感器测得的信号波形突变，全部是由输电线路C相的电压变化造成。计算C相电压 对第一电压传感器或电场传感器、第二电压传感器或电场传感器以及第三电压传感器或电 场传感器的影响系数分别为：和k_C3＝1；

(4)根据步骤(3)的影响系数，构造一个矩阵A，$A=\left(\begin{array}{ccc}{k}_{A1}& k_{B1}& k_{C1}\\ k_{A2}& k_{B2}& k_{C2}\\ k_{A3}& k_{B3}& k_{C3}\end{array}\right),$根据步骤(3) 中的影响系数的计算方法，有以下关系式：

$\left(\begin{array}{c}{E}_1\\ E_2\\ E_3\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{k}_{A1}& k_{B1}& k_{C1}\\ k_{A2}& k_{B2}& k_{C2}\\ k_{A3}& k_{B3}& k_{C3}\end{array}\right)·\left(\begin{array}{c}{E}_{A1}\\ E_{B2}\\ E_{C3}\end{array}\right)$

(5)在实际中，我们已知传感器测得的信号E₁、E₂、E₃，需要求解各相电压独立产 生的信号波形E_A1、E_B2、E_C3，因此对上述矩阵A取逆，得到解耦矩阵B，B＝A^-1；

(6)利用解耦矩阵B，以及第一电压传感器或电场传感器、第二电压传感器或电场传 感器以及第三电压传感器或电场传感器分别测得电压或电场暂态波形E₁、E₂和E₃，求解 输电线路A相过电压在第一电压传感器或电场传感器处产生的信号E_A1，输电线路B相过 电压在第二电压传感器或电场传感器处产生的信号E_B2，输电线路C相的电压在第三电压 传感器或电场传感器处产生的信号E_C3：

$\left(\begin{array}{c}{E}_{A1}\\ E_{B2}\\ E_{C3}\end{array}\right)=B·\left(\begin{array}{c}{E}_1\\ E_2\\ E_3\end{array}\right).$

得到解耦后的三相信号E_A1、E_B2、E_C3。

由这三相独立的波形，可以类比输电线路上各相的过电压波形。

本发明提出的利用过电压瞬间波形跃变量对三相过电压测量结果进行解耦的方法，一 个应用是通过一套光学电场测量装置来实现。将光学电压或电场传感器固定在待测输电线 路线下方，测得过电压发生时的电场波形。利用本发明提出的三相解耦的方法，得到三相 独立的电场波形。并根据所测各相的工频电场与高频电场的相对值来反映架空连接线等部 位的过电压倍数，根据所测电场的频率、波形来反映待测实际线路中的过电压特性。

本发明的解耦方法，适合进行过电压的长期监测，同时也可以用于试验、调试过程中 的过电压测量。实现了在三相合成电场中的过电压测量。