[發(fā)明專利]一種用電容傳感器測量變壓器線圈暫態(tài)電壓的解耦方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410539091.6
• 申請日: 2014-10-13
• 公開（公告）號: CN104267252B
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張喬根;王同磊;王喆;李少斌;倪鶴立;王磊;戴敏
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué);中國電力科學(xué)研究院
• 主分類號: G01R19/28
• 分類號: G01R19/28
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 張曉霞

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于電力變壓器暫態(tài)電壓測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用電容傳感器測量變壓器線圈暫態(tài)電壓的解耦方法。

背景技術(shù)：

電力變壓器暫態(tài)電壓的測量方法目前多采用直接法，需要破壞繞組的絕緣結(jié)構(gòu)。利用電容傳感器的非接觸式測量方法可實現(xiàn)變壓器線圈暫態(tài)過程無介入測量，然而利用電容傳感器測量時，由于電容傳感器感應(yīng)電極與臨近變壓器線餅之間也會存在耦合電容，因此單個傳感器測量到的電壓信號是多個線餅上電壓信號的耦合結(jié)果。考慮到變壓器線圈的實際尺寸，可以忽略電磁脈沖從不同線餅到感應(yīng)電極傳播時間差，即可認(rèn)為傳感器測量信號為不同線餅電壓的加權(quán)和。

發(fā)明內(nèi)容：

基于上述問題，本發(fā)明提出一種用電容傳感器測量變壓器線圈暫態(tài)電壓的解耦方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

S100對變壓器線圈首端施加脈沖電壓，使用電容傳感器陣列測量變壓器線圈不同線餅的電壓；

S200根據(jù)目標(biāo)變壓器線圈的尺寸，搭建等效繞組模型確定電容傳感器陣列對變壓器線圈不同線餅的耦合系數(shù)；

S300利用數(shù)學(xué)方法處理數(shù)據(jù)，獲得變壓器線圈不同線餅的電壓。

附圖說明：

圖1為變壓器線圈暫態(tài)電壓測量系統(tǒng)示意圖；其中，Z表示測量電纜的波阻抗.

圖2為電容傳感器等效測量電路；其中，U_n表示第n根變壓器線匝上的電壓信號，C_m，n表示第m個電容傳感器的感應(yīng)電極和第n根變壓器線匝之間的雜散電容，C_m表示第m個電容傳感器的低壓臂電容，V_m表示第m個傳感器最終的輸出電壓信號.

圖3為變壓器線圈等效模型示意圖。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖及實例進一步闡述本發(fā)明內(nèi)容。

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

實施例1

如圖3所示，按照目標(biāo)電力變壓器線圈的尺寸，搭建等效繞組模型；等效繞組模型中變壓器線匝采用與待測變壓器線圈相同的線匝；例如使用包有絕緣紙的扁銅線。等效繞組中變壓器線匝的安裝骨架采用絕緣材料制成；等效繞組模型中變壓器的線匝位于同一豎直平面，所述線匝之間平行放置，同時相鄰線匝間距離與實際的目標(biāo)變壓器線圈相同；

等效繞組模型中的電容傳感器與線匝放置于同一絕緣骨架上，同時在整個測量過程中保證兩者的相對距離不變。所述電容傳感器安裝于接地金屬板上，電容傳感器包括有感應(yīng)電極，所述感應(yīng)電極一側(cè)朝向平行線匝；

利用等效繞組模型確定耦合系數(shù)：在等效繞組模型中對每根線匝依次施加1kV工頻交流電壓，利用電容傳感器測量相應(yīng)的電壓幅值，測量的電壓幅值與施加電壓值的比值即為對應(yīng)的線匝在傳感器上的耦合系數(shù)。對每根線匝都進行測量便得到耦合系數(shù)矩陣A；所得耦合系數(shù)矩陣為帶狀稀疏矩陣，且為對稱矩陣；

如圖1所示利用電容傳感器陣列測量變壓器線圈在觀察脈沖下的電壓信號，脈沖源通過錐形變阻抗傳輸線施加到待測變壓器線圈首端，然后利用傳感器陣列測量線圈不同位置處的電壓信號，傳感器陣列中傳感器數(shù)目與變壓器線餅的數(shù)目相同。每個傳感器后端連接測量頻帶拓展電路，最終傳感器測量回路的頻帶為0.1Hz～130MHz；所述頻帶拓展電路由電壓跟隨器組成，用于拓展電容傳感器待測量回路的下限頻率；

所述電壓跟隨器由高速運算放大器和電阻組成。

利用傳感器測量數(shù)據(jù)獲得變壓器線圈各線餅電壓。設(shè)電容傳感器獲得的電壓矩陣為，而相應(yīng)的變壓器線圈線餅電壓為，前面測量得到的耦合系數(shù)矩陣為A；其滿足如下關(guān)系：

從而可以利用下式獲得變壓器線餅電壓

由于耦合系數(shù)矩陣A為一帶狀稀疏矩陣，求解方程組時可采用簡化方法，如追趕法。

優(yōu)選的，本發(fā)明所采用測量方法的測量絕對誤差可以表示為：其中a′_ki表示逆矩陣A^-1的元素；

其相對誤差可近似表示為