電子式互感器的行波傳變特性分析及應(yīng)用技術(shù)研究

長(zhǎng)期以來，影響行波保護(hù)和故障測(cè)距實(shí)用化進(jìn)程的瓶頸之一是電壓電流傳感設(shè)備。為探索電子式互感器對(duì)故障行波信號(hào)的傳變能力和可行性，本項(xiàng)目針對(duì)羅氏線圈電子式電流互感器（R-ECT）和電容分壓型電子式電壓互感器（R-EVT）的行波傳變特性及應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了深入研究。項(xiàng)目取得了如下研究成果：①對(duì)R-ECT和C-EVT的傳感頭部分分別進(jìn)行了準(zhǔn)確建模，分析其對(duì)高頻信號(hào)的響應(yīng)特性和微分輸出特征，從理論上得出電子式互感器具有良好的行波信號(hào)傳變能力。②設(shè)計(jì)了一種無源和有源相結(jié)合的積分電路，對(duì)電子式互感器的微分輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)了從低頻到高頻的全頻段積分；設(shè)計(jì)了基于差分方程的數(shù)字積分算法，能在一個(gè)較寬的頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)有效積分。③研究羅氏線圈參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，提出基于物理參數(shù)和電氣參數(shù)的閉環(huán)設(shè)計(jì)思路，試制出行波用羅氏線圈樣機(jī)。④測(cè)試結(jié)果表明，羅氏線圈樣機(jī)的輸出信號(hào)為一次電流信號(hào)的微分，對(duì)雷擊浪涌和故障行波信號(hào)具有快速跟隨能力，與理論分析相符。⑤試制了電容分壓型電子式電壓互感器，測(cè)試結(jié)果表明，其二次輸出電壓為一次電壓信號(hào)的微分，對(duì)故障行波信號(hào)具有良好的傳變能力。⑥構(gòu)建了高速同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，為研究基于電子式互感器的行波測(cè)距和保護(hù)方法提供了方便可靠的測(cè)試平臺(tái)。⑦提出行波用合并單元及其接口的設(shè)計(jì)方案，通過CPU與FPGA的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)大批量采樣數(shù)據(jù)的快速收發(fā)。⑧利用電子式互感器微分輸出的特點(diǎn)，提出了基于微分行波的雙端故障測(cè)距新方法和極性比較式縱聯(lián)保護(hù)新方法。⑨利用微分行波的還原信號(hào)，提出一種新型行波方向縱聯(lián)保護(hù)原理，根據(jù)正向行波幅值積分與反向行波幅值積分的比值來確定故障方向，避免了只利用初始波頭信息進(jìn)行判定而帶來的可靠性問題。本項(xiàng)目取得的上述理論與試驗(yàn)研究成果，為基于電子式互感器的行波測(cè)距和行波保護(hù)的實(shí)用化奠定了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。 2100433B

電子式互感器被認(rèn)為是符合智能電網(wǎng)發(fā)展要求的下一代互感器，其寬頻響應(yīng)特征非常適合于行波保護(hù)（測(cè)距）在信號(hào)傳感方面的要求。但目前階段電子式互感器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用現(xiàn)狀還不能發(fā)揮其在頻率響應(yīng)方面的優(yōu)勢(shì)，致使已經(jīng)實(shí)用化的行波測(cè)距技術(shù)也無法應(yīng)用到數(shù)字化變電站中?；诖?，本項(xiàng)目研究以下內(nèi)容：電子式互感器傳感部分的精確建模以及對(duì)故障行波信號(hào)的傳變特性分析；適合行波信號(hào)傳變的傳感頭和信號(hào)還原電路的參數(shù)設(shè)計(jì)及樣機(jī)試制；電子式互感器高速數(shù)據(jù)采集以及與保護(hù)設(shè)備之間的數(shù)字接口技術(shù)；基于電子式互感器信號(hào)傳變特點(diǎn)的行波保護(hù)及故障測(cè)距新方法。項(xiàng)目的研究對(duì)象是基于羅氏線圈的電子式電流互感器和基于電容分壓原理的電子式電壓互感器。.本項(xiàng)目的研究目的在于探索電子式互感器對(duì)行波信號(hào)的整體傳變能力，解決應(yīng)用中存在的理論和關(guān)鍵技術(shù)問題，為近期行波測(cè)距技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字化變電站和將來行波保護(hù)的實(shí)用化奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

脈沖行波管用于地面固定和移動(dòng)式雷達(dá)﹑機(jī)載火控雷達(dá)﹑電子對(duì)抗設(shè)備等。脈沖功率在10千瓦至4兆瓦的行波管﹐頻帶寬度為8%～30%﹔脈沖功率為5千瓦者﹐頻帶寬度可達(dá)67%﹔脈沖功率為1千瓦者﹐頻帶寬度可達(dá) 100%以上。大功率連續(xù)波行波管多用于衛(wèi)星通信地球站﹐在10吉赫下輸出功率可達(dá)14千瓦﹐38吉赫下達(dá) 1千瓦。多模行波管用于電子對(duì)抗系統(tǒng)﹐可在多種脈沖狀態(tài)和連續(xù)波狀態(tài)下工作。多模行波管的脈升比(脈沖功率/連續(xù)波功率)為3～12分貝。印制行波管和小型行波管體積小﹑重量輕﹑成本低﹐適合于用量大的場(chǎng)合﹐如相控陣?yán)走_(dá)。空間行波管是空間應(yīng)用的專用管型﹐特點(diǎn)是可靠性高﹑壽命長(zhǎng)和效率高。通信衛(wèi)星和電視直播衛(wèi)星大多數(shù)采用行波管作發(fā)射管﹐壽命可達(dá)10年以上。

O型返波管 在行波管中﹐沿慢波電路傳輸?shù)哪芰苛鞯姆较蚺c電子運(yùn)動(dòng)方向相同﹐所以行波管是一種前向波放大管。在返波管中﹐沿慢波電路傳輸?shù)哪芰苛鞯姆较蚺c電子運(yùn)\動(dòng)方向相反。返波管有O型返波管和M型返波管兩大類。O型返波管又可按工作狀態(tài)分成振蕩管﹑放大管和變頻管三種﹐但僅有返波振蕩管獲得廣泛應(yīng)用。因此﹐返波管通常指返波振湯管。O型返波振湯管的電子調(diào)諧范圍大﹐可達(dá)67%以上﹐其最高工作頻率可達(dá)1250吉赫﹐它是傳統(tǒng)微波管中能達(dá)到亞毫米波段的實(shí)用器件。O型返波振湯管用于信號(hào)源﹑小功率振湯器。

《電子式互感器原理、技術(shù)及應(yīng)用》可供從事電氣設(shè)備制造、試驗(yàn)、電力系統(tǒng)運(yùn)行、設(shè)計(jì)的管理人員閱讀，也可供高等院校相關(guān)領(lǐng)域的教師、本科生及研究生參考。

《電子式互感器原理、技術(shù)及應(yīng)用》主要介紹電子式互感器的原理、技術(shù)及應(yīng)用，包括光學(xué)電流互感器、空心線圈電流互感器、鐵心線圈式低功率電流互感器、有源電子式電流互感器、光學(xué)電壓互感器、阻容分壓型電壓互感器、組合式電子電流/電壓互感器、基于IEC61850的電子式互感器數(shù)字接口、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和電子式互感器的試驗(yàn)等。