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GIS用互感器的传递过电压测量装置设计 王彦金，王巍 (武汉楚为志远信息科技有限公司，武汉，430074) 摘要：为了测量GIS用互感器的传递过电压，本文利用实验室虚拟仪器工作平台Lab VIEW 8.6（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench），研制一套适用于互感器传递过电圧试验的测量控制装置。通过该测控装置测量了110kV GIS电压互感器的传递过电压，试验结果表明该装置的B类冲击波产生、控制和测量均能满足国家标准和IEC标准的要求，且使用灵活方便，可靠性高，能很好运用于互感器型式试验中传递过电圧的测量及研究传递过电圧的传递特性。 关键词：GIS；；B；；（gas insulated switchgear, GIS）1-100MHz的特快速瞬态过电压（VFTO）[1-2][3-4]。GIS电压互感器本身就是电容分压和电磁感应原理进行电压测量的线路器件。由于GIS电压互感器接于线路对地之间，所以这种过电压要传递到二次测量回路，使二次测量设备承受来自一次回路的传递过电压，在GIS运行中也出现过互感器传递过电压造成二次设备危害的问题[5-6]。 为了降低传递过电压对二次设备的危害，互感器国家标准GB20840.1-2010规定从互感器一次侧传递到二次侧的传递过电压峰值不大于1.6kV，同时规范了施加到一次侧的过电压波形。标准中对气体绝缘金属外壳全封闭式组合电器（GIS）B类冲击电压波，其波前时间为10×（1±20%）ns100ns，传统的MARX回路冲击发生器很难满足试验要求。如：德国Arches大学、慕尼黑大学、西安交通大学、清华大学均采用小型冲击发生器与陡化间隙相结合的方法研制的VFTO模拟发生器产生的波形波前时间均为20-50ns，幅值为几十KV到1MV[7-9]。由于冲击电压发生器回路及高压引线电感会影响冲击源向陡化间隙提供能量的速度，导致陡化间隙击穿后输出电压的上升时间和主振荡频率难以10ns时间要求。因此本文基于Lab VIEW 8.6平台，研制了一套满足标准要求的B类冲击波试验的便携式测控装置并对110kV GIS电压互感器的传递过电压进行了测量分析。 传递过电压的测量原理 1.1 B类冲击波的产生 如同雷电波一样必须将特快速瞬态电压波标准化。目前，电压互感器新标准GB 20840.1-2010已将VFTO定义为冲击波分为二类：A类冲击波和B类冲击波。A类冲击波，适用于空气绝缘变电站用的电压互感器；B类冲击波，适用于气体绝缘金属外壳全封闭用的电压互感器（GIS）。在实验室进行GIS电压互感器的传递过电压测量，标准中VFTO波形的定义，分类和要求见表1。 表1 GIS电压互感器的传递过电压标准 冲击波类型 A B 施加电压峰值(Up) 波形参数： —常规波前时间(T1)a —半峰值时间(T2) —波前时间(T1) —波尾时间(T2) 0.5×(1±20%)us ≥50us — — — — 10×(1±20%)us ﹥100ns 传递过电压峰值限值(Us)b 1.6kV 1.6kV a其波形参数代表了开关操作引起的电压振荡 b经制造方与用户协商，可选取其他的传递过电压限制 标准的B类冲击波如图1所示： 图1 B类波形 由于B类冲击波的波前时间为10×（1±20%）ns100ns，与阶跃波类似，因此可以通过对直流电源进行开关合闸来产生。试验电路图如图2所示。 图2 阶跃波发生电路 可知单位阶跃函数为： （1） 3所示的试验电路产生的波形会与标准阶跃波形有所差异。 (a) 标准阶跃波形 (b)试验电路输出波形 图3 阶跃波形 其中开关的好坏直接影响输出波形的质量，纳秒级波形产生系统对开关的要求是：1）[9]。在纳秒级波形产生电路中，影响波形输出质量的开关特性有以下因素：开关特性上升时间、从触发到闭合的动作延迟、时间抖动以及开关的电感与电阻。干簧继电器不仅满足上述要求，而且此开关导通时间无回跳、前沿陡，适合于用来开断直流电源产生波头陡度为纳秒级的波形，因此本文选干簧继电器作为开关元件。根据冲击电压发生的原理[7]，研制B类冲击波发生器，B类冲击波波形如图4。对比图1中的波形可知符合电压互感器新标准GB 20840.1-2010中B类冲击波要求。 图4 B类冲击波 GB 20840.1-2010 互感器通用技术要求》对于GIS用互感器传递过电压的试验要求，应通过50Ω同轴电缆适配器将低电压冲击波U1施加在任意一次端子与地之间，GIS外壳应按运行方式接地。试验电路如图5所示。 图5 GIS用互感器传递过电压试验线路 传递过电压U2应在开路的二次