交流电压十篇

交流电压篇1

关键词：特高压输电；超高压输电；交直流输电

中图分类号： TF351 文献标识码： A 文章编号：

现阶段，我国的电网骨干架实行的是500kV的交流、±500kV的直流，电力输送的能力以及电力输送的规模受到限制。从我国的实际情况考虑，负荷受端电网比较密集，开辟新的输电线路存在较大的难度，负荷受端电流短路的情况比较突出，实行长距离送电会产生较大的电力损耗。笔者将主要对特高压输电以及超高压输电进行对比，分析两者存在的差异，以便作为参考。

一、分析国家大力建设特高压电网的原因

近几年来，我国电源发展的速度比较快，但是电网的建设相对落后，输电能力有待加强，电源的发展和电网的发展不协调。在当前情况下，500kV跨区同步的电网之间的联系较为薄弱，输电的能力受到一定的限制，大型电网不能发挥出它的优越性，跨区域的电网对电力的补偿明显不够，现有的电网在远距离和大容量输电方面存在不足，需要引入特高压电网进行输电。

二、特高压和超高压的概念

根据电压的不同，交流输电电压主要分为三种：第一，高压；第二，超高压；第三，特高压。超高压简称EHV，国际上定义的电压范围是330 kV～1000 kV，特高压简称UHV，电压为1000 kV，特高压直流简称UH-VDC，电压为±600 kV以上。

从我国的实际情况来看，超高压分为三个层次：第一，330 kV；第二，500 kV；第三，750 kV。特高压交流为1000kV电压，特高压直流为±800kV电压。在特高压电网建成之后，我国的电网骨干架将变成交流输电网1000kV、直流系统±800kV电压，可以和各级输配电网相互协调，使电网的结构变得更加清晰。

三、特高压输电以及超高压输电的比较

1、输送的容量

在交流输电线路中，自然功率是体现输送能力的重要标志。自然功率与电压的平方存在正比的关系，阻抗与波阻抗呈现反比的关系。如果交流线路是1000 kV，和500kV相比，它的波阻抗比较低，输电的能力比较高，在自然功率上，前者是后者的5倍。在特高压输电线路送电的能力方面，一回1000kV约为500万千瓦，500kV约为88.5万千瓦，前者大约是后者的5倍。

当直流特高压为±800kV时，它的输电能力约为640万千瓦；当高压直流为±500kV时，前者和后者输电能力的比例为21:10；当高压直流为±620kV时，±800kV与±600kV输电能力比例为27:10。

2、增强联网能力

对交流特高压进行同步联网，可以减小电气距离，使电气的联系更加紧密，稳定性增强。大电网互联可以产生多种效益，主要包括：第一，水火互济；第二，错过峰期；第三，跨流域实现互补；第四，降低系统装机的备用容量。采用特高压联网，在网间可以提高功率交换的水平，对资源进行优化配置，对电网的结构进行改善，短路电流超过标准的问题得到解决。

3、送电距离

在电网中计算两个节点的电气距离时，可以用与电压等级相对应的等效串联阻抗值来计算。电气距离主要和以下因素相关：第一，线路电压；第二，线路长度；第三，单位长度的阻抗。电气距离和线路电压的平方存在正比的关系，线路长度越大，电气距离越大，电气距离与单位长度的阻抗呈现正相关的关系。如果电气的距离比较短，电气之间的联系就越紧密，电气的稳定性比较好。1000kV的交流特高压输电和500kV的输电线路，如果两者的线路长度相等，电气距离前者是后者的四分之一。如果两者的输送功率相同，前者的最远送电距离是后者的四倍。

应用±800kV的直流输电技术，可以加大送电的距离，实现超远距离输电。它的经济送电距离可以超过2500公里。

4、线路损耗

在电网运行中，线路的电阻损耗是很重要的评价指标。它与两个因素存在关系：（1）线路电阻，它和线路电阻呈现正相关的关系，（2）线路电流，它和线路电流的平方成正比例关系。如果输送的容量相同，当提高电压时，电流就会降低，线路电阻的降低以平方的状态呈现。对于1000kV交流线路和500kV的交流线路，如果两者的导线截面和输送容量都一样，前者的电阻损耗是后者的四分之一。

如果直流线路为±800kV、±500kV，前者与后者的电阻损耗比例为39:100；如果直流线路为±800kV、±620kV，两者电阻损耗的比例为3:5。

5、对土地资源的节约

在特高压电流中，同塔双回线路走廊宽度为75米，猫头塔单回线路走廊宽度为81米。前者单位走廊的输送能力是13.3万千瓦/米，后者的单位走廊的输送能力是6.2万千瓦/米，两者的比例约为2:1。同类型500kV线路的单位走廊输送能力约为它的三分之一。

在特高压直流中，直流输电方案定为三种，第一，±800kV、640万千瓦，设为A；第二，±500kV、300万千瓦，设为B；第三，±620kV、380万千瓦，设为C。在线路走廊、单位走廊宽度的输送量上，A种方案和B种方案的比例是129:100，A种方案与C种方案的比例为137:100。

6、减少工程投资

应用特高压输电技术，能够减少导线、铁塔架构的使用，节省工程的资金投入。据相关的研究结果显示，在计算单位输送容量的综合造价时，1000kV和500kV输电方案的比例为73:100，大大节省了投资。

四、采用特高压产生的效益分析

1、使电力制造业技术水平提高

建设特高压电网，可以使电力企业的创新能力得到增强，输变电设备的制造企业制造水平得到提升，电力装备的技术增强，产品形成了竞争优势。

2、经济效益比较明显

建成特高压电网，规模较大的跨区域联网就可以实现。产生的效益如下：（1）错峰，（2）调峰，（3）水火互济，（4）互为备用，（5）降低弃水的电量，（6）降低网间损耗。原来的输电线路是500kV输电，采用交流特高压之后，可以节省成本，输电通道的重复建设变少，减少了资金的投入。

3、电网更加安全、可靠

现阶段，大区域500kV交流联系相对较弱，影响到电网的安全性；在负荷集中的地区，500kV短路电流会出现超过标准的现象。在我国，实行特高压电网的建设工作，上述问题就可以得到妥善的解决，在东部地区，用电负荷比较大，可以为其进行网架支撑。

4、减轻铁路运输的压力

建成特高压电网后，可以把大型的电网、大型的火电、大型的煤矿结合在一起，使煤、电成为一体，煤炭的回采率增加，煤炭、电力的成本变小。

结语：

经济社会快速发展，人们的生活水平明显提高，生活用电、企业用电以及其他类型的用电量不断增加，东部地区是用电的集中区，电网系统需要升级。针对以上的问题，建设特高压直流电网，电网的安全性得到增强，电网变得更加可靠，经济效益比较显著，铁路运输的压力得到缓解，电力制造业技术升级，电力企业的创新能力不断增强，有助于完善电网系统，保证生活用电、工业用电等。

参考文献：

[1]武艳杰.特高压交直流输电与超高压交直流输电的比较[J].民营科技，2012(11)

[2]黎岚，王海林，吴安平，高万良.特高压交直流输电技术在四川电网的运用[J].四川电力技术，2008 (1)

[3]徐秉雁.特高压输电与超高压输电经济性比较[J].电瓷避雷器，2011(1)

交流电压篇2

引言

交流稳压技术的发展一直倍受广大用户和生产厂商的关注，其原因在于我国市场上现有的各种交流电力稳压产品，在技术性能上都有不尽人意之处。

在我国应用较早，且用户最广的交流电力稳压电源当属柱式（或盘式）交流稳压器，虽然这种稳压电源有很多优点，但由于它是用机械传动结构驱动碳刷（或滚轮）以调节自耦变压器抽头位置的方法进行稳压，所以存在工作寿命短，可靠性差，动态响应速度慢等难以克服的缺陷。

近年来不少生产厂家针对柱式交流电力稳压器所存在的缺点，纷纷推出无触点补偿式交流稳压器，大有取代柱式稳压器之势。这种电源实质上仍然是采用自耦方式进行调压，所不同的只是通过控制若干个晶闸管的通断，改变自耦变压器多个固定抽头的组合方式，来代替通过机械传动驱动碳刷改变自耦变压器抽头位置的一种调压方法。这种方法固然提高了稳压电源的可靠性和动态响应速度，但却失去了一个重要的调节特性——平滑性，即调节是有级的，其必然结果是稳压精度低（一般只有3％～5％），并且在调节过程中，当负载电流很大时会冲击电网并产生低频次谐波分量，对负载也会产生冲击；另外采用这种方法所用变压器较多（一相至少需二台，即一台自耦变压器，一台补偿变压器），这就增加了电源的自重和空载损耗。

    伴随着全控开关器件的容量和性能以及模块化程度的提高，集成控制电路功能的不断完善，吉林市长城科技有限责任公司凭借自己的科技实力，率先研制出采用PWM技术，通过全控开关器件IGBT，对交流进行斩波控制的新型补偿式交流稳压电源——JJY－ZK/BW系列斩控补偿式交流稳压电源。为我国交流稳压技术的创新和满足市场对高性能交流稳压电源的需求开创了新局面，下面对PWM交流斩控技术在该种交流稳压电源中的应用原理及性能做一简要介绍。

1 PWM交流斩控调压原理

图1（a）所示，假定电路中各部分都是理想状态。开关S1为斩波开关，S2为考虑负载电感续流的开关，二者均为全控开关器件与二极管串联组成的单相开关[见图1（b）]。S1及S2不允许同时导通，通常二者在开关时序上互补。定义输入电源电压u的周期T与开关周期Ts之比为电路工作载波比Kc，（Kc=T/Ts）。图1（c）表示主电路在稳态运行时的输出电压波形。显然输出电压uo为：

式中：E（t）为开关函数，其波形示于图1（c），函数由式（2）定义。

在图1（a）电路条件下，则

E（t）函数经傅立叶级数展开，可得

式中：D=ton1/Ts，ωs=2π/Ts，θn=nπ/Ts；

D为S1的占空比；

ton1为一个开关周期中S1的导通时间。

将式（4）代入式（3）可得

    式（5）表明，uo含有基波及各次谐波。谐波频率在开关频率及其整数倍两侧±ω处分布，开关频率越高，谐波与基波距离越远，越容易滤掉。

在经LC滤波后，则有

把输出电压基波幅值与输入电压基波幅值之比定义为调压电压增益，即

由此可见电压增益等于占空比D，因此改变占空比就可以达到调压的目的。

2 控制方案设计与工作原理

一般情况下，PWM交流斩控调压器的控制方式与主电路模型、电路结构及相数有关。

若采用互补控制，斩波开关和续流开关在换流过程中会出现短路，产生瞬时冲击电流；如设置换相死区时间，又可能造成换相死区时间内二个开关都不导通使负载开路，在有电感存在的情况下，会产生瞬时电压冲击。本方案采用有电压、电流相位检测的非互补控制方式，如图2所示。对相数而言本方案采用三相四线制，即用三个单相电路，组合成三相电源，这样可以避免相间干扰，保持各相电压输出稳定。

    由图2可见，V1，VD1与V2，VD2构成双向斩波开关，Vf1，VDf2与Vf2，VDf1构成双向续流开关；Lof及Cof分别为滤波电感、电容；u1为补偿变压器初级绕组两端电压，u2为向主电路补偿的电压。本方案采用了有电压、电流相位检测的非互补控制方式。图3为在RL负载下，这种非互补的斩波开关和续流开关门极驱动信号的时序配合及一个电源周期中输出电压的理想波形。

由图3可见根据负载电压电流相位，一个电源工作周期可分为4个区间.

上述工作状态，可用逻辑表达式表示为：

为保证电源满足负载特性的要求及运行可靠性,本方案采用了图4所示的控制电路结构。

3 补偿稳压原理及控制

图5示出补偿稳压电路。

图5中电网电压u，补偿电压uc，输出电压uo均为工频。当u与uc相位差?=0°时，uo=u＋uc；当?=180°时，uo=u－uc。因此，当电网电压u变化时调节uc的大小以及与u的相对极性即可保证uo的恒定。

    u与uc相对极性变换的控制如图6所示。其输出uQ接双向晶闸管的过零触发电路。采样信号取自uo经整流滤波后的输出。电位器Rp用于调节输入信号的门槛电压，其传输特性如图6（b）所示。

4 结语

PWM交流斩控技术用于交流稳压，显著地提高了交流稳压电源的技术性能，其主要特点是：

    1）可采用全固态器件，真正做到了无触点、无抽头，因而可靠性高、工作寿命长；

2）平滑调节，输出无级差，对电网及用户无冲击，不产生低频次谐波干扰；

3）输出精度高，实际精度可达到±0.5％，即便在正补偿与负补偿变换瞬间，输出电压波动也不超过额定电压的1％；

    4）动态响应速度快，可达ms级；

交流电压篇3

【关键词】电场；向量有限元法；绝缘子；架空线

1.引言

交流特高压输电线路大多采用复合绝缘子串。复合绝缘子具有抗污闪性能好，重量轻，运行基本免维护，电晕小，电磁干扰小等优点。在特高压输电线路中，在绝缘子金具表面，绝缘材料和周围空气中，都有很高的电场强度[1]。复合绝缘子因为只有上、下两端有金属端头，并且尺寸不大，它们和中间绝缘体一起构成的主电容远小于瓷绝缘子串的主电容，因此，复合绝缘子的电场分布极不均匀，尤其是在高压端侧会出现强场区，当电场强度达到一定数值后，就会引起绝缘材料老化，击穿，金具表面发生电晕甚至电弧[1，2]。因此计算和控制绝缘子表面电场和电位分布有重要的意义。

特高压输电导线产生的电磁环境问题也越来越受到人们的关注。不同国家和地区对各种情况下电磁环境的标准不尽相同[1-2]，国际公认的数值，当输电线路跨过居民区时，地面上方1.5米处的电场强度数值应在4kV/m以下。对高压输电线产生的工频电场除采取现场测量[3]外，大都采用模拟电荷法计算[4-5]。在采用模拟电荷法时应先确定模拟电荷的大小和位置，其计算精度也由模拟电荷的精确程度确定。由于绝缘子串的电场可以近似简化为二维轴对称场，输电导线产生的电场可以简化为二维平行平面场，本文采用二维向量有限元方法，以导线三相电压向量为边界条件，求解周围空间的电压和电场强度分布。

2.计算电场的向量有限元法基本原理

在有限元中第二类边界条件自动得到满足，而第一类狄利克雷边界条件必须强加上去。假设第号边界节点的电位向量已知，将系数矩阵第列与号节点电位的乘积，，（为节点总数）移到等号的右端与原列向量叠加，并且令列向量的第个元素为，系数矩阵行和列的元素除外，其余全部为0。其它已知电位的边界节点处理方法与上述相同。由于向量有限元系数矩阵的元素为复数，因此在计算过程中将比一般有限元多占用一倍的内存资源。

3.输电线路电场环境分析

3.1 绝缘子串电场计算

4.结论

本文用向量有限元法分析了特高压交流输电线路绝缘子串上电场、电位分布和输电导线在地面上方附近的电场、电位分布。给出了均压环在绝缘子串的最佳位置在距端部上方800mm处。同时给出了地面附近电场强度的分布规律，输电线正下方中间位置电场强度值相对较弱，最大电场强度值出现在两边相导线的外侧。在人口稠密地区，为使最大电场强度控制在4kVm-1以下，输电线高度应在35m以上。

参考文献

[1]王娜,李春生.工频电场、磁场标准对比及建议[J].电力科学与工程,2007(3):62-65.

[2]陈树挺,李日隆.复合绝缘子均压环应用研究[J].电瓷避雷器,2004(3):8-10.

[3]董霞,惠杰.500kV变电站工频电场的测量分析[J].电气电子教学学报,2006,28(6):66-69.

[4]彭迎,阮江军.模拟电荷法计算特高压架空线路3维工频电场[J].高电压技术,2006,32(12):69-74.

交流电压篇4

对于特高压输电技术和绝缘的研究需要使用特定的特高压交流试验电源,而随着特高压输电技术的进步,对于特高压交流试验电源的要求也越来越高,一般来说,特高压交流试验电源需要更大的工作电压和充电容量,能为试验提供更多的输入电压和电源容量,同时能在标准工作电压下长期稳定运行,符合相应的绝缘水平的标准要求。在试验频率上要高于工作频率,能适应电压调整并且能冲击合闸。因此对于特高压交流试验电源不同类型电源进线特点研究和比较显得极为重要。

1特高压交流试验电源特点探讨

1.1试验变压器

1.1.1电压和电源容量

试验变压器一般来说包括单级式试验变压器和串级式试验变压器,串级式试验变压器能满足三相组的电流和电压需求。从电压的角度来看,试验变压器的输出电流较小,输入容量受到严格的控制,因此电源容量较小,而利用串级式试验变压器提高电源容量在理论层面可行,但是从经济性和操作可行性的角度来看并不现实,经济效率较低,而且实际意义不大。

1.1.2运行方式和绝缘效果

试验变压器是运行效果并不算优异,由于其自身的散热性能的影响,并不能长期的运行,而且绝缘系数较小,绝缘效果不理想,并不能满足绝缘要求,在大气电压和操作电压增大的同时很难做出相应的调整。

1.1.3输入频率

试验变压器的输入频率采用工频源输入,利用调压器来调节电压。试验变压器经济效益好,适用于容量较小的短时间试验。

1.2串联谐振设备

1.2.1电压和电源容量

串联谐振设备主要适用于单相高电压的试验,在三相电压试验中并不能应用,而且在一定程度上根据具体的调节情况,数据分析可以选择其中一相来进行分析,在每一相都对称的情况下,选择哪一相对整体结果影响都不大,而三相电压试验中三相负荷并不对称,选择其中一相很难准确。从具体的特高压交流试验中可以看出,对负荷特性的要求较高,尤其是不能影响品质因素,而串联谐振设备对三相串联谐振回路的调节很困难。串联谐振设备主要的原理就是谐振原理,利用电感补偿容性来调节无功功率,利用较小的输入电源来达到较好的试验效果,但是串联谐振设备主要还是适合容性容量较小的试验。

1.2.2运行方式和绝缘效果

串联谐振设备本身具有散热装置,能长时间稳定运行,但是绝缘系数较小,绝缘效果不理想,并不能满足绝缘要求,在大气电压和操作电压增大的同时很难做出相应的调整。

1.2.3输入频率

串联谐振设备的回路主要有工频串联谐振回路和变频串联谐振回路,两种不同的回路的输入频率不同。工频串联谐振回路一般来说,需要选择工频源,然后通过对电感量和电压的调节来达到谐振效果,而变频串联谐振回路利用调节变频装置源来调节如初频率,然后调节变频范围和电压达到预期目的。串联谐振设备适用于单相高电压试验,并且容量较大。

1.3电力变压器

1.3.1电压和电源容量

电力变压器本身的容量较大,尤其是和其他类型的特高压交流试验电源来说容量更大,而且在实际的电力系统中应用更为普遍。电力变压器本身就是一种较为常见的交流试验电源,可以通过升压变压器将试验电压进行调整,同时也能满足三相组的要求,容量更大。对于电压来说,由于输入电流较大,因此输出容量受到一定的限制,在具体的特高压交流试验中可以降低电压的空载损耗,选择最小的限制容量,这样能保证其长期稳定运行。

1.3.2运行方式和绝缘效果

电力变压器和试验变压器的结构有很大的差异,其中有较大的设计亮点,散热能力和绝缘水平较好。电力变压器能长期稳定的运行,保证试验长时间的工作,但是需要注意的是,如果电力变压器的容量长期比试验用的容量大会在一定程度上影响机械设备的运行成本,因此需要增加试验容量。在电力变压器的绝缘效果上考虑,根据标准的设计要求,能承受较大电压的侵袭,绝缘效果较好,因此不需要进一步的电压限制措施。

1.3.3输入频率

电力变压器的工频源能满足工频频率的要求,并且能满足不同试验频率的要求,也能将电源电压进行调整,产生变频源,使其符合试验电压的要求。电力变压器能通过调压器和调压机组来进行电压调节。电力变压器经济效益较差,但是适应能力强,适合大多数的特高压交流试验。

2特高压交流试验电源特点比较

特高压交流试验电源中试验变压器、串联谐振设备和电力变压器这三种特高压交流试验电源的具体特点,从电压和电源容量、运行方式和绝缘效果、输入频率、适用范围四个方面对这三种特高压交流试验电源进行比较,能直观的看出每种交流电源的具体特点。通过对特高压交流试验电源不同类型的比较,可以分析出每种交流电源的特点和适用范围,同时也能根据具体的试验选择不同类型的电源。在特高压交流试验电源想选择上可以从经济性、时间范围和容量以及相数等方面选择,通过不同指标的综合衡量选择最佳的特高压交流试验电源类型,能更好的保证试验效果,为特高压输电技术试验提供更为标准、稳定的电源。

交流电压篇5

关键词：交联聚乙烯电缆串联谐振耐压耐压试验车

中图分类号： U273.94文献标识码： A

为了检验XLPE电缆的施工质量，确保电缆在长期高场强、大负荷运行运行条件下不发生故障，国内外的电力公司竣工投产前或检修后运行的试验中，通常需要对在高压电缆进行耐压试验。

根据国际电工学会IEC 60840规定，110kVXLPE电缆耐压试验有两种方法：直流耐压3U0，15分钟；交流耐压1.7U0 5分钟或1U0 24小时；IEC 62067标准中220kVXLPE电缆试验取消了直流耐压，规定交流耐压1.7U0 5分钟或1U0 24小时。国内目前交接试验一般按照GB 50150《电气装置安装工程 电气设备交接试验标准》进行，电缆运行后的检修依据Q/GDW 168《输变电设备状态检修试验规程》进行。

高压电缆耐压试验方法

高压电缆耐压试验方法主要有直流耐压试验、传统的交流耐压试验、串联谐振耐压试验、振荡电压试验系统、超低频试验系统等等，不同的耐压试验方法的特点各有不同

电缆直流耐压试验对试验设备以其重量轻，可测电缆长度长为特点，便于应用。但是其电场分布与交流电压下的电场分布不同，导致击穿特性不一致；直流高压试验也不能发现XLPE电缆绝缘中的水树枝等缺陷，而且由于空间电荷的作用，还容易试验投产后在交流电场作用下的绝缘击穿；另外如果现场直流试验发生闪络或击穿可能会对其他正常的电缆和接头的绝缘造成危害，因此直流耐压试验现在很少使用。

传统的交流耐压试验使用的电源为普通试验变压器型式，对试验电源与变压器要求较高，尤其长的电缆线路，其容量很难满足要求，而且体积庞大不利于现场运输。

为了减轻电源系统的重量，电缆变频谐振耐压试验得到广泛应用，其原理是通过改变试验系统的电感量或试验频率，使试验回路中电抗与电缆的容抗值相同，组成谐振回路，试品上的大部分容性电流与电抗器的感性电流相抵消，电源供给的能量仅为回路中消耗的有功功率，从而降低了试验电源的容量。试验方法包括串联谐振与并联谐振两种方式，其中括串联谐振耐压试验应用最广泛。GB 50150规定交接试验中，电缆变频谐振耐压试验的频率范围为20~300Hz。

振荡电压试验这种试验方法包括用直流电源给电缆充电，然后通过一个触发球隙放电给一组串联电阻和电感，从而得到一个阻尼振荡电压。必须注意对于长电缆，振荡电压方法是有问题的。尽管振荡电压试验方法比直流耐压试验方法更有效，但此方法仍不如工频试验效果好。

超低频试验（VLF）已被广泛应用于中压电缆的试验，但目前还没有可用于高压电缆试验的超低频装置。

串联谐振耐压试验的原理

图1 串联谐振等效电路

变频串联谐振的基本原理是一个基本的LC串联谐振回路，具体如图1。要使回路发生谐振，有很高的输出电压，回路中的容抗与感抗必须相等。即：

此时：

式中 f0——电源频率；

I——试验回路电流；

w0——电源角频率；

串联谐振可通过调节电感、电容或频率使电路达到谐振条件，由于该试验大多是针对现场大电容设备进行的，因而电容确定时，一般通过采用调感或调频来进行补偿使试验回路达到串联谐振状态。

由于容性电流与电抗器上的感性电流相抵消，回路处于串联谐振状态时，电源供给的能量仅为回路中消耗的有功功率，为试品容量的1/Q（Q为系统的谐振因素），因此试验电源的容量降低，重量大大减轻。

变频串联谐振耐压试验是利用电抗器的电感与电缆电容实现谐振，在电缆上获得高电压，是当前高电压试验比较成熟的方法。

变频串联谐振是谐振式电流滤波电路，能改善电源波形的畸变，获得较好的正弦电压波形，有效防止谐波峰值对电缆的误击穿。变频串联谐振工作在谐振状态，当电缆的绝缘点被击穿时，电流立即脱谐，回路电流迅速下降。发生闪络击穿时，因失去谐振条件，除短路电流立即下降外，高电压也立即消失，电弧立即熄灭。

电缆变频谐振耐压试验车

杭州供电公司从事的35kV及以上高压电缆交接试验以及检修后的试验均采用串联谐振耐压试验，传统的试验方法是通过调节电抗器值，使电路在50Hz频率附近达到谐振条件。但该试验方法通常包括电源箱、控制柜、隔离变、励磁变、电抗器等主要设备，缺点是设备多、集成性差、试验接线复杂、不便于运输。

为了解决传统串联谐振耐压试验的缺陷，杭州供电公司于2013年通过引进德国海沃公司的WRV型变频谐振试验系统，并组织专业人员技术改造，形成了现在的高压电缆耐压试验车，其结构及实物见图2、3。

该设备的优点是通过变频控制单元调节电源频率可以使电缆线路与高压电抗器的组成串联谐振回路，而不必如传统的试验方法需要多个电抗器串并联以使回路来达到谐振点，因此占地面积小；设备使用的高压电抗器采用铁壳式电抗器，外接散热片，具有良好的散热效果;而国产设备采用绝缘桶结构，散热效果欠佳，在大电流时耐压时间难以持续太长，电抗器易过热烧坏；系统的可靠性高、多种完善的保护措施，例如电抗器的温度检测和过热保护、隔离阻抗对击穿后瞬态过电压的保护、穿检测和快速关断、其它软件和硬件保护；并且该设备可以测量电缆的局部放电量，可以发现电缆的不明显缺陷，保证电缆投运后的安全。

图2 串联谐振耐压试验车结构图

图3 串联谐振耐压试验车

串联谐振耐压试验车试验过程及需要注意以下问题：

1.试验必须可靠接地,接地电缆截面不小于50mm2

2.励磁变的输入对地必须绝缘

3.在通电前及工作过程中，必须关好柜门

4.断掉总电源至少6分钟才能进行变频柜的内部维修，查找原因

5.即使面板上的按钮开关关掉，控制部分也可能带电，必须关掉总电源才能进行维修

6.三相供电(尤其是柴油发电机)的中性点(N线)必须接地，合闸前必须检查供电电压,包括线电压和相电压（柴油发电机运行几分钟后，用万用表测量，正常后再送电）

7.供电开关不能带漏电保护

8.柴油发电机的容量应为所需容量的2.5倍以上

交流电压篇6

关键词:数字电压表;自动量程转换;单片机;AD574

中图分类号:TM930文献标识码:B

文章编号:1004-373X(2009)19-191-04

Design of Alternating Digital Voltage Meter

MIN Xiangna1,MA Jianjian2,WEI Haiyan1,LI Haitao3

(1.Jiangxi Vocational and Technical College of Communication,Nanchang,330013,China;

2.Hebei Dekai Railway Signal Equipment Co.Ltd.,Cangzhou,061000,China;3.Southwest Jiaotong University,Chengdu,610031,China)

Abstract:An automatic range-changing voltage meter based on AT89C51 is proposed.It is a completed measurement system based on the AT89C51 and AD574,by using operational amplifiers and multi-channel analog integrated circuit switches to realize to switch the range automatically.The voltage meter can measure the voltage ranging from 0V to 500V precisely and automatically.This digital voltage meter enjoys the reputation of small volume,low current-driven,fast rolling,concise structure and easy handle,which can be used in the experimental and practical teaching.

Keywords:digital voltage meter;automatic range-changing;single chip computer;AD574

0 引 言

传统的电压表在测量电压时需要手动切换量程,不仅不方便,而且要求不能超过该量程。如果在测量时忘记改变量程,则会出现很大的测量误差,甚至有将电压表烧坏的可能。

本文中采用运算放大器和集成多路模拟开关电路设计了电压表量程自动切换技术,通过单片机检测可实现电压表量程的自动转换。它具有体积小,驱动电流小,动作快,结构简单,操作方便的优点,可用于实验教学中。

1 技术要求

电压测量范围:0~500 V;

测量精度:0.5%;

量程自动切换;

采用LED显示;

可用现场提供的220 V交流电源。

2 基本原理

基本原理如图1所示,信号经过衰减处理后通过采样保持器采样保持,由A/D转换成数字信号,再由单片机控制和计算后将结果送LED显示。量程的自动切换由单片机通过程序控制多路模拟开关来完成。由于要求采用现场的220 V交流电源,所以本文设计了电源电路,将220 V交流电转换成电路可用的低压直流电。

图1 交流数字电压表原理框图

3 硬件系统设计

在硬件电路设计中多次采用了电容滤波来消除干扰信号,同时采用了跟随器,跟随器的输入阻抗很大,可以解决信号传输中的衰减问题。又考虑到单片机的驱动能力很小,在设计中加入了7407用来驱动LED显示。整个硬件系统主要由以下几部分组成:

(1) 电压信号衰减电路:将输入的0～500 V被测电压信号衰减成0～5 V。

(2) 量程自动切换电路:完成信号量程选择及其小数点位置选择。

(3) 采样保持器:对模拟信号进行采样并保持。

(4) 模数转换及控制电路:完成对采集的数据处理和对系统的控制。

(5) 显示器:由74LS164和数码管组成,将测量的电压信号显示出来。

(6) 整流电路:将交流电整流成直流电,作为电源给数字电压表供电。

3.1 电压信号衰减电路

电压信号衰减电路如图2所示[1]。为了在输入大电压时不损坏电压表内部器件先对电压进行衰减,该设计中用阻抗进行1∶100衰减,为防止衰减后信号电压过小又通过运算放大电路以及多路开关CD4052进行信号放大,其中的51 V稳压管起过压保护作用。

图2 电压衰减电路

3.2 量程自动切换电路

量程的自动切换由初设量程开始,直至选出最佳的量程为止。量程自动切换电路如图3所示[2],控制开关的闭合和断开都有一个短暂的过程,为解决这个问题系统中采用软件延时,然后再进行测量与判断。为了避免相邻两量程交叉点上可能出现的跳动,在程序中把低量程的上限比较值和高量程的下限比较值之间设计了一定的重叠范围。该单元中运算放大器与多路模拟开关CD4052的其中一组开关执行相应量程的选择,另一组开关接LED的小数点,选择不同量程时分别点亮相应LED的小数点位。CD4052的A、B以及INH分别接单片机P21,P20,P22。

图3 量程自动切换电路

3.3 采样保持器

在测量交流电压时,A/D转换器的转换误差与信号的频率成正比。为了提高模拟量输入的频率范围,故选用采样保持器。在此设计中采用LF398作采样保持器,采样保持器的原理结构图如图4所示,保持电容CH 取值和采样频率以及精度有关,常选510~1 000 pF。一般选用聚苯乙烯,聚四氟乙烯等高质量的电容器。

图4 采样保持器结构图

3.4 A/D转换电路

A/D转换器是将模拟信号转换成数字信号的器件或装置,是一种模拟系统和计算机之间的接口,在数据采集和控制系统中得到了广泛的应用。常用的A/D转换方式有逐次逼近式和双斜积分式,考虑到前者转换时间短,因此选用逐次逼近式A/D转换器。AD574为12位逐次逼近式A/D转换器,分辨率为1/212,转换时间25 μs。在本系统中的量程选用双极性-5～+5 V,与AT89C51的接口电路如图5所示[3,4]。AD574的12/8引脚接+5 V,一次输出12位转换结果,3,5脚分别接至单片机控制总线的P3.1,P3.2,CE接单片机的P30,状态引脚(STATUS)接单片机的P1.7。AD574的12引脚和10引脚接两个0.1 kΩ的电位器,分别用于零点调整和满刻度调整。 AD574的数据输出线与单片机数据总线的连接时,12位分别接单片机的P0.0～P0.7和P1.0～P1.3。

3.5 显示电路

显示电路如图6所示[5],电路采用了简单的软件译码移位输出的方法,串行数据经单片机的P3.6输出至74LS164,四个74LS164将串行数据转换成并行数据送数码管字型口显示,74LS164的时钟信号由单片机的P3.7提供。数码管选用共阴极型。

3.6 整流电路

数字电压表的设计电路中用到了两个直流电压5 V和12 V,而设计要求采用现场提供的交流220 V电源,因此需要经过整流电路把220 V交流电源转化为5 V和12 V直流电源。本系统中采用了单相桥式整流电路,如图7所示[6],为了减小纹波以及消除高频谐波电路中加入了电容滤波。

图5 A/D转换器和AT89C51接口电路

图6 显示电路

图7 整流电路

4 系统软件设计

系统的软件由主程序和显示子程序两部分组成。交流电压有效值的计算在主程序中实现,是根据有效值计算公式通过对一个周期内的采样点计算得到的[7]。离散量电压有效值计算公式如式 (1)所示。

U1T∑Nm=1u2mΔTm

(1)

式中:ΔTm为相邻两次采样的时间间隔;um为第m-1个时间间隔的电压采样瞬时值;N为一个周期的采样点数。若相邻两采样的时间间隔相等,即ΔTm为常数ΔT,考虑到N=(T/ΔT)+1,则有:

U=1N-1∑Nm=1u2m

(2)

根据式(2)可以由一个周期内各采样瞬时值及每周期采样点数计算电压信号的有效值。为了提高系统的抗干扰能力,除了在硬件上采取相应的措施外,软件上采用冗余计算法即重复重要的指令,以防止程序跳飞而死机。

系统的程序流程图如图8所示。

图8 系统软件流程图

5 结 语

本文采用程控放大器实现量程的自动转换。用

AT89C51进行数据控制、处理,送到显示器显示,硬件

结构简单,软件采用C语言实现,程序简单可读写性强,效率高。与传统的电路相比,具有方便操作、处理速度快、稳定性高、性价比高的优点,具有一定的使用价值。本设计在超量程时会显示特定的值,即超量程显示,如想更直观的显示,可加入声光报警电路,在超量程操作时可进行声光报警。

参考文献

[1]胡红博.基于单片机控制的新型交流电压表系统[J].微计算机信息,2008,24(14):103-104.

[2]张小义.自动转换量程电压表的设计与实现[J].中国农机化,2007(5):75-77.

[3]侯凤云,尤惠媛.基于AD574模数转换的数字处理程序设计[J].自动化技术与应用,2007(9):117-118.

[4]张智杰.AD574在数据采集中的应用[J].国外电子元器件,2003(6):55-56.

[5]张伟征,赵书俊,张大伟,等.基于单片机的切纸机位移测量系统[J].现代电子技术,2006,29(11):96-100.

交流电压篇7

关键词：电缆检测；交流耐压试验；变频串联谐振

中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：

电力电缆的耐压试验主要是检测电性能方面是否良好。电性能的试验主要有导体直流电阻试验、绝缘电阻试验、耐压试验、冲击电压试验等。直流耐压试验不能有效发现机械损伤和交流电压下的一些缺陷。由于橡塑电缆绝缘具有“记忆性”，这个“记忆性”是由于单项应力(直流耐压)作用而产生的。一旦电缆有了直流耐压而引起的“记忆性” 直流残压，它就需要很长时间来释放。这种直流残压一旦使电缆运行，直流残压就叠加在交流电压的峰值上，产生过电压，远远超过电缆的额定电压，足以损坏电缆。交流耐压实验方法通过变频谐振，其输出的电压与容量会被放大，电源装置的重量、体积却大为减小。因此，电力电缆检测试验中，交流耐压试验更为实用，也越来越得到广泛应用。

一、变频串联谐振的概念和特点

变频谐振实际上是一个谐振式电流滤波电路，能改善电源电压的波形畸变，获得较佳正弦电压波形，极其有效地防止谐波峰值对电缆产生误击穿。变频串联谐振在全谐振状态下耐压，当试品中绝缘弱点被击穿时电路立即失谐，短路电流立即下降为试验电流数的10%(I／Q)，而采用其他方式耐压时，击穿后的电流立即上升十倍以上。其他方式的耐压与变频谐振相比，击穿后两者间的短路电流相差数百倍，所以，变频谐振耐压既能有效地找出绝缘弱点，又无过大的短路电流。发生闪络击穿时，因失去了谐振条件，除短路电流立即下降外，高电压也立即消失，电弧即刻消灭。且恢复电压再建立过程很少，是一种能量积累的间歇振荡过程。

二、变频串联谐振耐压试验原理

变频电源是采用交流－直流－交流的变频原理。三相380V、50Hz交流电源，经三相全波整流和滤波成直流后，由大功率三极晶体管受低频正弦信号发生器及其前置放大器推动，将直流逆变放大成大功率30—300Hz正弦电压输出，并采用功率放大管串并联的方式得到0—450V的电压和输出大电流。

变频串联谐振的原理见下图1。UF为变频电源；TE为励磁中间变压器；、为电容分压器；PV为电压表。

图1变频串联谐振的原理图

当在较低的电源电压下改变变频电源的频率，逐步升高频率时，谐振电抗器L的感抗=2L逐步增大而试品电容器的容抗Xc=1／(2Cx)逐步减小，在某一频率下，=Xc，两者恰巧互相抵消，回路中只剩下损耗等值电阻R，在电源电压U的作用下，电流I达到最大。此时，试品Cx两端的电压Uc和L端电压达到最大值，且两者幅值基本相同，但相位相反。这个时刻称作达到串联谐振。然后调

节U，使Uc达到需要值。用很小的U，能产生很高的Uc。此时，L电感的磁场能量与Cx的电场能量相互来回互馈，电源只需要提供克服回路有功损耗的能量。

串联谐振时，感抗等于容抗，即2L=l／(2Cx)；回路谐振频率=1／(2 )；回路功率因素cos=1.0；回路电流I=U／R；回路品质因数Q=2L／R；试品电压Uc=QU；TE提供纯有功功率P=IU=I2R；试品所需的无功功率PQ=IUc=IQU=QP。这样，利用串联谐振回路可以在较低的电源电压和容量下，获得较高的试品电压和较大的试品无功容量。

三、串联谐振现场电缆交流耐压试验

目前接触的电力电缆现场试验主要是35 kV及以下电力电缆，通常按照以下程序确定试验电抗器的联结方式和选择频率来进行耐压试验。

（1）l0kV交联电缆耐压试验时，单台电抗器的额定电压能满足试验电压的要求，因此可以将1至6台电抗器并联起来使用，现场如何连接要根据实际电缆的参数来确定，我们能提供的最大电感量是88．2H、最小电感量为14．7H。

（2）35kV和27．5kV电缆耐压试验时，电抗器的串联型式要根据试验电压来确定。对于21kV／35kV、26kV／35kV的电缆按照2U0耐压要求，采用2台电抗器串联就能满足试验电压的要求，最多采用3台串联；对于27．5 kV电缆耐压试验。无论按照2U0或2.5 U0的要求均需要3台串联才能满足试验电压的要求，串联电抗器组的并联方式最多2组，并联方式由被试品的电容量来决定。

(3)选择谐振频率，根据实际电抗器投入并、串联形式所确定的实际电感量和被试品的电容量来重新核定谐振回路的频率，由=可计算试验所需要的频率。

(4)校核试验设备是否超负载运行。电容上的电流I=2就是谐振回路的电流, 由试验标准确定，把上面确定的谐振电路的参数L、C和代入可求的I；变频电源的负载=，值对这套设备按照30左右来估计，这样能估算出，把它们分别与励磁变压器、电抗器和变频电源的额定电流相比，看试验设备是否超负荷运转。

上述试验参数确定并校核试验设备容量以后就可以进行现场试验，设备具有自动／手动调谐功能．根据需要选择任一种操作方式都能完成现场试验任务。在湖南宁乡某10 kV配电所对馈出10 kV交联聚乙烯电缆进行现场交流耐压验收试验，电缆型号YJV22-8．7／15。

表1部分电缆交流耐压试验数据

表1所示为进行交流耐压试验的部分电缆试验数据，其中带有“”标记的为含有部分旧电缆．耐压标准降到85％，表中仅以A相数据为例，试验中试验设备和被试电缆均运行良好。

四、变频串联谐振试验系统在使用中的注意事项

变频串联谐振试验系统要求由高压试验专业人员操作，使用前应仔细阅读使用说明书，并经反复操作训练，操作人员应不少于3人。为了保证试验的安全正确，使用时应严格遵守有关高压试验的安全作业规程，严格按国家有关标准和规程进行试验操作。各连接线不能接错，特别是接地线不能接错，否则可导致试验装置损坏。变频串联谐振试验系统输出的是高电压或超高电压，必须可靠接地，注意操作安全距离。

变频串联谐振试验系统是利用谐振电抗器与被试品谐振产生高电压的，也就是说，能不能产生高电压主要是看试品与谐振电抗器是否谐振，所以，试验人员需要分析，现场不能够产生所需高电压时，应该分析什么破坏了谐振条件，回路是否接通等。变频串联谐振试验系统的激磁变压器有特定的电压和电流要求，在选用代替品时，一定要考虑电压和电流，不能采用只是容量相同的普通的试验变压器。

结束语

综上所述，变频串联谐振试验系统不仅适用于检测电缆，在其他设备交流耐压试验中也很实用，只要掌握一条原则“谐振”。就是电抗器的总感抗与被试设备的容抗相等就行。总之，采用变频串联谐振耐压试验方式，为检测和保证线电力电缆在应用中的安全性提供了可靠依据，同时也提高了电力技术人员的工作效率，降低了设备的应用成本，为企业和社会创造更多的便利和效益。

参考文献

[1]《电力设备预防性试验规程》

交流电压篇8

摘要：

采用Comsol仿真软件和人体模型计算分析倒三角较贴近实际的带弧垂特高压交流输电线路对人体产生的电场效应，并与理想直导线的结果进行对比。结果表明，人体以及人体附近电场和感应电流分布不均匀，体外电场最大值集中于人体头部表面上方，关节连接处和端部的电场、感应电流密度较大。带弧垂特高压输电线路在人体各组织产生的电场和感应电流密度均较理想笔直导线线路下高约17%~19%；与国际非电离辐射防护委员会导则限值相比较，电场强度无论是对专业人员还是普通民众均在ICNIRP导则限值范围内；而感应电流密度除人体腿部下部、头皮与颈部连接处附近的略高于ICNIRP导则中普通民众的限值外，其他均在ICNIRP导则限值范围内。两种类型特高压输电线路所产生的电磁辐射对专业人员是安全的，对普通民众应注意适当的防护。

关键词：

特高压交流；弧垂；理想直导线；电场；感应电流密度

频率在0~300Hz之间的低频电磁场暴露生物效应正越来越成为研究热点。其中以对人体的研究最为火热，如低频脉冲电磁场对骨骼愈合促进作用、低频电磁场影响人体细胞生长分泌、变电站电磁辐射对人体的影响等[1-4]。低频电磁场在给人们带来好处的同时也会带来危害。长期暴露在低频电磁场下会干扰人体机体组织之间的内部通讯，而对脑部未发育健全的青少年来说，影响更为明显[5]。低频电磁场可以导致头痛、耳鸣、神经障碍等症状，另外，患脑瘤、白血病的风险也会增加[6-7]。在我国，以工频电磁场应用最为广泛。如变电站、高压电线、家用电器等就是采用工频交流电。对人体的影响主要是由于工频电磁场与人体的相互作用，在人体及其附近产生了较大的电场和在人体感应出了较大的感应电流。相关研究表明，当人体感应的电场和感应电流密度超过一定的阈值会对人体产生危害，尤其是神经组织和肌肉组织等。为防止电磁辐射对人体造成伤害，国际非电离辐射防护委员会做出了规定[8-9]，对于50Hz工频，电网工作人员头部和躯体的暴露电场阈值为0.8V/m，感应电流密度阈值为10mA/m。普通民众头部和躯体的暴露电场阈值为0.4V/m，感应电流密度阈值为2mA/m。另外，由于中枢神经系统是人体神经系统的主体部分，为防止对其造成损害。故该委员会对中枢神经系统的暴露电场和感应电流密度做出了严格的规定，对于50Hz工频电磁场，电网工作人员中枢神经系统暴露电场阈值为100mV/m，感应电流密度阈值为10mA/m2。普通民众中枢神经系统暴露电场阈值为20mV/m，感应电流密度阈值为2mA/m2。由于社会对电能需求的不断增加，近几年，我国正大力发展1000kV及其以上特高压输电，这对于国家的“西部大开发”、“全国联网”等战略有着至关重要的作用。同时，由于特高压输电建设的加快，其输电线路对附近人体和环境造成的影响也逐渐被关注。国内外不少学者对于特高压输电线路杆塔附近的电磁场进行了研究，也有一些学者探究特高压输电线路产生的电磁场与人体之间的相互作用，大多采用理想直输电线路作为线路模型，且线路模型采用二维或者较短的三维输电线路模型，比较接近实际的考虑到导线的弧垂也比较少[10-11]，同时，研究的人体模型简单[12]，将人体各组织以同一电磁参数来考虑[13]，这与实际不相符。本研究采用较贴合真实情况的三维带弧垂输电线路模型，选取的输电线路长度贴近实际档距，对人体进行了较合理实际的建模，并将带弧垂特高压输电线路对人体产生的电场效应与理想直导线的仿真结果进行对比，而后将两者与ICNIRP标准中的电磁暴露限值进行比较，对我国特高压输电线路附近的电磁辐射进行科学的评估，同时也能为我国的特高压电磁辐射防护标准的制定作参考。

1原理与模型

1.1原理

研究电磁学问题，首先需要电磁学的基本方程组。人体各个组织和器官属于电磁场的介质，特高压输电线路下方人体产生的感应电场和感应电流密度，与人体的各个组织的电导率、相对介电常数、几何形状等都有关系，因此，采取接近实际的人体模型和电磁场参数是很重要的。

1.2Comsol仿真简介

Comsolmultiphysics是一款大型的高级数值仿真软件。广泛应用于各个领域的科学研究以及工程计算，模拟科学和工程领域的各种物理过程。Comsolmultiphysics是以有限元法为基础，通过求解偏微分方程或者偏微分方程组来实现真实物理现象的仿真，用数学方法求解真实世界的物理现象。本次采用Comsolmultiphysics的AC/DC模块中的EC(Electriccurrent)物理场来进行求解，取人体脚面与空气域底面接地，空气域最为电绝缘。计算机内存为12G，带弧垂仿真模型剖分网格自由度为1074531，计算时间约40min，直导线仿真模型剖分网格自由度为974607，计算时间约32min。

1.3模型

1.3.1人体模型

设人体单个组织内部的介质是均匀分布的。人体在50Hz条件下各个组织的电导率和相对介电常数[14]见表1。特高压输电线路下方的人体模型主要分为4个部分进行考虑，头部由3部分组成，头皮、颅骨、脑组织，三层球头半径分别为0.092、0.085、0.080m，躯体作为第4部分。人于输电线路正中位置，面向传输方向。头部和躯体具体尺寸如图1所示。

1.3.2输电线路

本次模型特高压输电线路为1000kV级，各相导线对地电压有效值为I（10001.05）/3约为606.2kV。导线采用六分裂LGJ-630/45型，子导线直径为33.6mm，分裂间距为0.4m。特高压输电线路杆塔如图2所示。针对经过比较平坦地区的特高压输电线路，实际档距能达到300~500m左右[15-16]，取一段档距为400m，并做出以下规定[17]：(1)特高压输电线路两端悬挂点等高。(2)计算只考虑线路主体部分，而不考虑杆塔、绝缘子等物体产生的电磁场。(3)架空输电线路是理想的柔性导线，只承受轴向拉力。(4)架空输电线路荷载沿导线均匀分布。架空输电线路如图3所示。架空输电线路的悬挂线方程[18-19]为：000=(coshcosh)+2xLyH(12)式中：0为导线水平应力(MPa)；为导线比载(MPa/m)，L为档距(m)，H为悬挂点高度(m)。气象条件[20-21]选晴天、无冰、风速小于10m/s，此时，0=63.504MPa，=34.047×10−3MPa/m，L=400m，H=37。整理上述悬挂线方程可得：y=1865.19×cosh(5.36×10−4x)−1840.16(13)相比理想中的直导线，实际中导线的最大弧垂为10.733m。

2结果

2.1电场强度

2.1.1人体及其附近电场

特高压输电线路下方的人体表面附近会产生很大的电场，远高于同一高度空气中的电场强度。原因是由于处在电场中的人体端部会聚集大量的电荷产生的极性效应的缘故。电场强度最大值部分集中于人体的头部，其次是集中在人体的手臂，如图4所示。左为实际中的弧垂导线（达到64kV/m），右为理想直导线（达到53.1kV/m），以下皆同。而在人体内部，其电场强度远小于人体表面的电场强度，原因是人体机体组织拥有比较大的介电常数等，对电场起了衰减作用。人体内部电场强度比较大的地方，则在组织关节的连接处（左达到0.105V/m，右达到0.0876V/m），如图5所示。

2.1.2头部电场

对于人体头部，分为3层，头皮、颅骨和脑组织，整个头部的电场分布见图6，脑组织部分如图7所示。可以发现人体头部纵向看，电场强度最大值位于颅骨位置，并且集中于中间，头部电场强度最大值分别达到21、17.4mV/m。头皮部分电场强度最大值位于与颈部接触附近。颅骨部分电场强度最大值位于中心位置。脑组织部分电场强度最大值分别达到9.66、8mV/m，位于脑组织下方。在头部中心水平面，取一切面，头部电场分布如图8所示。脑组织电场分布如图9所示，头部电场强度最大值位于脑组织中心部分，分别达到3.9、3.23mV/m，神经中枢位置电场强度达到最大值。电场强度大小依次为脑组织中间部分、颅骨、脑组织外侧部分和头皮。

2.2感应电流密度

2.2.1人体感应电流密度

在特高压输电线路下方的人体内部产生感应电流。电流密度大小，则与人体机体组织的电导率、几何形状等相关。人体的感应电流密度分布如图10所示，感应电流最大值位于脚与地面的接触位置，次之则位于腿与脚的连接处，最大值分别达到了7.01、5.71mA/m2，其他，则感应电流密度较大值都位于机体组织的连接处、尖端处，也是由于极性效应产生的效果。

2.2.2头部感应电流密度

人体头部头皮电导率比较大，感应电流密度比较大。而最大值则位于头皮与颈部连接的地方，如图11所示，颅骨纵切面感应电流密度分布如图12所示，脑组织纵切面感应电流密度分布如图13所示。头皮与颈部连接位置的感应电流密度最大值分别达到5.53、4.45mA/m2，颅骨感应电流密度最大值集中于颅骨下部中间位置，最大值分别达到0.48、0.399mA/m2。，其最大值集中于脑组织下方中心轴位置，最大值达到0.483、0.401mA/m2。在头部中心位置取水平切面，头部感应电流密度分布见图14。脑组织感应电流密度分布见图15。可以看到，在头部水平切面，头皮的感应电流密度最大，其次为脑组织，颅骨。因为头皮的电导率在3层头模型中最大，头皮感应电流密度最大值分别达到了1.35、1.12mA/m2。而脑组织中枢神经系统的感应电流密度较大值部分，集中在脑组织中间位置，分别达到了0.195、0.162mA/m2。将带弧垂和理想的特高压输电线路对人体各个组织产生的电场效应仿真结果整理，如表2所示。

3讨论

本文分析了在较实际情况下带弧垂导线和理想直导线的1000kV级特高压交流输电线路对其下方人体的电效应，得出以下结论：特高压交流输电线路下方，由于人体几何形状的不规则以及各组织的介电常数和电导率之间的不同，人体内部的电场和感应电流分布是不均匀的，同时在极性效应的作用下，人体表面附近的电场强度远大于人体内部的电场强度，最大相差数量级达到105以上，电场较大值集中于人体头部表面，其次是手臂附近。在人体内部，在一些关节连接处及其端部，电场也比较大，躯体的电场强度大于头部的电场强度。对于3层头部，感应电场最大值集中于头部下方颅骨位置。整个头部，头部下方的感应电场普遍比头部上方的大。感应电流密度方面，躯体的感应电流密度比头部大，腿部感应电流密度比躯体其他位置大。对于人体头部，头部下方普遍大于头部上方。头部感应电流密度较大值位于头皮。实际情况中带弧垂导线比理想直导线在人体内的电场强度和感应电流密度大小方面大约高出17%~19%。与ICNIRP限值相比较，电场强度方面：人体最大电场强度位于脚与腿连接处，为导则普通民众限值的1/4左右；脑组织下部电场强度不到导则中普通民众CNS限值的1/2，故实际CNS中的感应电场强度则更小。感应电流密度方面：对专业人员，人体各部位均未超过导则中专业人员的感应电流密度限值。对普通民众，对于头部，头皮与颈部连接处附近则超过了ICNIRP规定的普通民众限值，头部颅骨、脑组织感应电流密度则低于导则中普通民众限值的1/4，故CNS中的感应电流密度则更小；而躯体和人体的的腿部下方感应电流密度则超过了ICNIRP规定的普通民众限值。档距为400m的三维带弧垂输电线路和理想直导线以及比较真实的人体模型能够比较真实的反应特高压交流输电线路对人体的电场效应状况，带弧垂特高压输电线路在人体各组织产生的电场和感应电流密度均较理想直导线线路下要高，两种类型特高压输电线路所产生的电磁辐射对专业人员是安全的，对普通民众应注意适当的防护。本研究结果能够比较真实的反应特高压交流输电线路的辐射情况，对生物的辐射研究能起到一定的推动作用。但还存在不足之处，需对人体进行更加详细地分析。

参考文献：

1冯玉,白文芳,许伟成,等.低频电磁场促进骨髓间充质干细胞移植修复大鼠脊髓损伤的实验研究[J].中国组织工程研究,2013,17(32):5819-5826.DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.32.012.

2周文颖,逯迈.地铁高频电磁辐射的安全评估[J].辐射研究与辐射工艺学报,2016,34(1):010601.DOI:10.11889/j.1000-3436.2016.rrj.34.010601.

4林锦文,刘合,张杰,等.电磁脉冲对大鼠心脏和肝脏损伤及修复的影响[J].辐射研究与辐射工艺学报,2015,33(6):060201.DOI:10.11889/j.1000-3436.2015.rrj.33.060201.

5王桠男,梅勇.工频电磁辐射对小学生健康指标的影响研究[D].武汉:武汉科技大学,2014:1-45.

7徐倩,曹毅.极低频电磁场与儿童白血病关系的研究进展[J].中国辐射卫生,2009,18(2):243-245.

10马爱清,王淑情,张绮华,等.高压交流输电线路暴露场强限值下人体感应电场和感应电流分析[J].高电压技术,2015,41(5):1637-1643.DOI:10.13336/j.1003-6520.hve.2015.05.030.

11陈博栋,逯迈,陈小强,等.特高压交流输电线路对人体电场效应的对比分析[J].辐射研究与辐射工艺学报,2014,32(6):060501.DOI:10.11889/j.1000-3436.2014.rrj.32.060501.

13王青于,杨熙,廖晋陶,等.特高压变电站人体工频电场暴露水平评估[J].中国电机工程学报,2014,34(24):4187-4194.DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2014.24.024.

15庄晓云,李永明.交流1000kV输电线工频电磁场与输送功率及其影响因素研究[D].重庆:重庆大学,2012:1-69.

16文武,彭磊,张小武,等.特高压大跨越架空线路三维工频电场计算[J].高电压技术,2008,34(9):1821-1825.

17张家利,姜震,王德忠.高压架空输电线下工频电场的数学模型[J].高电压技术,2001,27(6):20-22.DOI:10.3969/j.issn.1003-6520.2001.06.009.

18罗杨,汪泉弟.超高压输电线下建筑物邻近区域三维工频电场仿真计算[D].重庆:重庆大学,2012:1-66.

20孟遂民,孔伟.架空输电线路设计[M].北京:中国电力出版社,2007:57-59.

交流电压篇9

关键词：特高压交流输电线路；串联补偿；合闸操作过电压

随着市场经济的快速发展，各行业对电力需求越来越大，电力系统也正在向特高压、远距离、大容量方向发展。电力系统电压等级、输送距离、输送容量的不断增大，导致系统稳定性问题越来越突出，其中操作过电压就是一个非常重要的问题。串联补偿作为一种提高稳定极限的技术方法，在输电线路运行系统中得到了广泛应用，极大的提高了输电线路的运行效率。

一、操作过电压计算

在特高压交流输电线路中，因为空载长线电容效应会导致工频电压不断提升，进而发生合闸过电压现象。合闸过电压在特高压电力网络中属于一种典型的操作过电压，决定了输电线路的绝缘水平。通常情况下，线路合闸主要包括两种：其一，空载线路正常合闸操作。在合闸之前，线路没有接地故障；在合闸之后，线路各点电压出现变动，进而发生合闸过电压问题。其二，合闸操作为运行线路的单相接地故障，在继电保护装置跳闸之后，经过一段时间再合闸，也就是自动重合闸操作。

（一）系统计算条件

在某特高压交流输电线路中，其线路长度是600km，其各项参数为：正序，电阻为0.008Ω・km-1，电抗0.259Ω・km-1，容抗0.227MΩ・km-1；零序，电阻为0.205Ω・km-1，电抗0.746Ω・km-1，容抗0.353MΩ・km-1。系统电源母线电压是1087kV，三项短路容量是5万MW。为了更好的明确设置串联补偿电容器对操作过电压的影响，在进行系统计算的时候，可以不采取过电压限制措施。

（二）空载线路合闸过电压计算

1.计算条件

空载线路合闸过电压计算主要考虑两种情况：其一，串联补偿电容器不同补偿度对合闸过电压的影响；其二，串联补偿电容器不同安装位置对合闸过电压的影响。线路合闸操作时间均设为一个工频周期，如果在线路三相同期合闸，需要通过120次计算，得到合闸过电压2%统计值。

2.计算结果

在线路正中间安装串联补偿电容器的时候，不同的串联补偿度，出现的合闸过电压也各不相同，详见表1所示。当串联补偿度是50%的时候，在不同位置安装串联补偿电容器，出现的合闸过电压也各不相同，详见表2所示。

3.计算结论

在安装串联补偿电容器前后，空载合闸过电压的最大值分别是3.30p.u.与2.93p.u.，由此可以看出，串联补偿电容器可以降低空载合闸过电压，在增加串联补偿度的时候，其合闸过电压的降低幅度越大；同时，安装位置对合闸过电压也有着很大的影响，在越靠近首端的位置，过电压限制效果越好。

（三）自动重合闸

1.计算条件

重合闸操作时序：0s出现接地故障，0.1s切除故障相，0.8s两侧断路器重合闸，0.9s再次切除故障相。其线路合闸操作时间和空载线路合闸过电压计算条件一致。

2.计算结果

在线路正中间安装串联补偿电容器的时候，不同的串联补偿度，出现的合闸过电压也各不相同，详见表3所示。当串联补偿度是50%的时候，在不同位置安装串联补偿电容器，出现的合闸过电压也各不相同，详见表4所示。

3.计算结论

在安装串联补偿电容器前后，重合闸过电压的最大值分别是2.04p.u.与1.97p.u.，由此可以看出，串联补偿电容器可以降低重合闸过电压，在增加串联补偿度的时候，其合闸过电压的降低幅度越大；同时，安装位置对合闸过电压也有着很大的影响，在越靠近首端的位置，过电压限制效果越好。

二、操作过电压限制措施

（一）空载线路合闸过电压限制

一般而言，空载线路合闸过电压的幅值都比较大，决定了输电线路的绝缘水平。在进行过电压限制的时候，其可以采取的措施主要有三个：其一，在线路两侧安装相等容量的电抗器，进行并联补偿，并且保证其补偿度是90%。其二，运用断路器合闸电阻，要求其阻值是400Ω，在合闸前10s接入。其三，在线路两侧安装金属氧化物避雷器，其相关参数为：雷电流20kA、10kA，对应的雷电冲击残压1620kV、1550kV。

（二）自动重合闸过电压限制

线路重合闸在永久性故障的影响下，其非故障相的工频稳态电压要求要高于接地故障消失之后的重合闸。针对单项重合闸来说，其过电压限制措施主要有两种：其一，在线路两侧安装相等容量的电抗器，进行并联补偿，并且保证其补偿度是90%。其二，在线路两侧安装金属氧化物避雷器，其相关参数为：雷电流20kA、10kA，对应的雷电冲击残压1620kV、1550kV。

结束语：

总而言之，在特高压交流输电线路中安装串联补偿电容器，能够发挥减小操作过电压的作用，在空载线路合闸过电压限制中，起到的作用更大，发挥的效果更好。同时，在安装串联补偿电容器之后，其安装位置越接近首端，发挥的限制作用越大；并且，随着补偿度的不断增大，其发挥的限制作用也越大。所以，在特高压交流输电线路运行中，需要恰当安装串联补偿电容器，保证线路的正常运行。

参考文献：

[1]田秋松，张健毅，李春阳，等.大型串联电容器组在特高压固定串补中的应用[J].电力电容器与无功补偿，2012（03）.

[2]张健毅，裴东良，程朝磊，等.超（特）高压串联补偿控制保护系统与线路保护接口方案[J].中国电力，2013（07）.

[3]王晓彤，班连庚，项祖涛，等.特高压交流输电线路加装串联补偿装置后断路器开断暂态恢复电压特性分析.高电压技术，2013（03）.

[4]丁心海，王先甲，董明齐，等.高低抗补偿调压机理比较及仿真分析[J].电力自动化设备，2010（02）.

交流电压篇10

关键词：交流滤波器 断路器 操作过电压 选相合闸

中图分类号：TM51 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（a）-0091-01

交流滤波器断路器主要采用SF6交流断路器，由开断元件、支撑绝缘件、传动元件、基座及操动机构五个基本部分组成。奉贤换流站交流滤波器断路器采用液压弹簧储能机构，当小组交流滤波器投入时，通过选相合闸装置下达命令，以减少投入时对交流电压产生的短暂波动。

1 操作过电压过程分析

电力系统中的电容、电感为储能元件，当操作或故障使其工作状态发生变化时，将有过渡过程产生。在过渡过程中，由于电源继续供给能量，而且储存在电感中的磁能会在某一瞬间转变为静电场能量的形式储存在系统的电容中，可产生数倍与电源电压的操作过电压，持续时间几毫秒到几十毫秒。电源中性点接地系统开断中性点不接地的电容器组时，会产生操作过电压。开关断开时的过电压被称为瞬变恢复电压，其值为1.7～2个电弧熄灭时的断路器上的电压瞬间值，会引起电弧重燃。限制操作过电压的根本方法是提高断路器的灭弧能力以及降低断路器触头间的恢复电压。

2 操作过电压限制方法

提高断路器的灭弧能力和分合同期、加装选相合闸装置、加装并联电阻、加强外绝缘可有效限制操作过电压。奉贤换流站内的现场改造条件分析如下。

2.1 选相合闸装置改造

断路器的合闸时间为断路器本身的机械特性，较为稳定，偏差在±1ms左右。在带电合闸时，合闸时间还与断路器内部的预击穿时间有关。奉贤换流站内交流滤波器场断路器配备了STITCHSYNC F236选相合闸装置，如图1，斜线为合闸过程中SF6绝缘强度下降率。如设定S点为断路器理想合闸时刻，由于合闸过程中SF6气体绝缘强度下降，在a点位置便发生预击穿，此时电压仍处于高位，再考虑断路器本身动作特性的离散性，预击穿位置还可能早于a点位置发生，这样会引起交流电压的剧烈波动。

考虑到断路器本身存在±1ms的合闸时间偏差，假设断路器目标合闸值为S点，当出现提前1ms合闸时，实际预计穿将发生在S-18°的角度上，在S-a之间的直线中。此时断口电压接近高电压，将使小组滤波器在电压接近高点充电，对交流电压的影响将非常大。

如图2所示，按断路器合闸动作离散性±1.5 ms计算，当在理想位置合闸时，关合滞后电压零点相角为约1ms（约18°），合闸时间提前1.5ms时，关合滞后电压零点为0.3ms（约5.4°），当合闸滞后1.5ms时，关合滞后电压零点约1.7ms（约30.6°）。这样可以保证预击穿都发生在较小电压值范围内，避免电压剧烈波动现象的发生。

2.2 并联电阻安装

奉贤换流站交流断路器对应合闸电阻静触头及其组件装在合闸电阻瓷套右侧，合闸电阻动触头及其组件装在左侧。合闸电阻动触头及灭弧断口由绝缘拉杆操动。合闸操作时，在灭弧室动触头合闸前，合闸电阻动触头先合闸，合闸电阻投入时间约半个工频周期，以降低过电压。分闸操作时，在灭弧室动触头的超行程阶段，合闸电阻动触头断开，在分闸操作时合闸电阻不通电。根据这种结构，合闸电阻只在合闸操作中起到降低过电压作用，分闸操作中不起作用。根据设备情况，奉贤换流站安装的断路器可以加装合闸电阻，但需打开灭弧室进行改造，现场不满足改造条件，需返厂改造。考虑运输及改造时间，1台断路器改造时间为3个月。

2.3 加强外绝缘

涂刷RTV涂料或加装硅橡胶防污伞裙套可有效增强设备外绝缘，且工期较短，交流滤波器轮停期间即满足工作条件。断路器操作过电压可通过多项手段进行限制：选相合闸装置可有效地解决断路器合闸动作离散性，但设备本身存在问题，应在设备设计制造过程中尽量避免；选相合闸装置自适应算法可有效地解决断路器运行期间分合闸时间变化，应在今后加以应用；从现场改造条件考虑，喷涂RTV涂料为较为有效的改造方法。

参考文献

[1] 王新军.浅谈真空断路器的操作过电压及其抑制措施[J].科技资讯，2009（15）：421.