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一種基于電容分壓的電子式電壓
摘要：提出一種新型的電子式電壓互感器，它結(jié)合了光纖和式電壓互感器的優(yōu)點,，一定程度上解決了高壓傳輸系統(tǒng)中的絕緣和抗電磁干擾等傳統(tǒng)難題,。
關(guān)鍵詞：雙CPU；光纖,；電子式電壓互感器
1 引言
電壓互感器是電力系統(tǒng)中一次與二次電氣回路之間*的連接設(shè)備,，其作用是實現(xiàn)一次、二次系統(tǒng)的電氣隔離,，把一次側(cè)的高電壓變換成適合于繼電保護裝置和電氣測量儀表等工作的低電壓,。隨著電力系統(tǒng)超高壓輸變電的發(fā)展,，傳統(tǒng)的電磁式電壓互感器（PotentialTransformer，簡稱PT）的體積變得越來越大,，造價高,，存在鐵磁諧振等嚴重問題，給PT的防爆和電力系統(tǒng)的安全運行帶來困難,，在高壓電力系統(tǒng)中PT逐步被電容式電壓互感器［1,，2］（Capacitive Voltage Transformer，簡稱CVT）所取代,。CVT相對電磁型電壓互感器,，具有防鐵磁諧振、性能價格比較高以及運行維護工作量較小等明顯優(yōu)勢,，成為高電壓等級系統(tǒng)中的主要測量裝置,。光學電壓互感器（Optical VoltageTransformer，簡稱OVT）是集晶體物理,、光電子技術(shù),、光纖技術(shù)、高電壓技術(shù)和微機技術(shù)于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品,，具有絕緣性能*,、抗干擾能力強以及無鐵芯等很多傳統(tǒng)互感器*的優(yōu)點，特別適合于電力系統(tǒng)的微機化測量保護和無人值班電站,，是新一代電壓互感器的主導研究方向,。我國在80年代也參與OVT的開發(fā)和研制，并在電網(wǎng)中掛網(wǎng)運行,，取得了寶貴經(jīng)驗,。但其實用化、產(chǎn)業(yè)化過程中仍存在一些工藝和技術(shù)的問題,，其可靠性和穩(wěn)定性還有待于提高,。本文提出了一種新型的易于實用化的電壓互感器——電子式電壓互感器（Electronic VoltageTransformer，簡稱EVT）,，它采用了成熟的電容分壓技術(shù)卻不含鐵芯線圈,；充分利用了光纖的優(yōu)良特性，卻無需考慮復雜的工藝及穩(wěn)定性等問題,，可以說,，EVT集CVT和OVT的主要優(yōu)點于一身。
2 電子式電壓互感器
電子式電壓互感器采用了*的光纖技術(shù),，實現(xiàn)了高低電壓之間真正的電隔離,，巧妙地解決了高壓傳輸系統(tǒng)中傳輸與隔離的矛盾［3，4］,。其基本設(shè)計思想是：采用光纖傳輸被測信號,，使互感器一,、二次側(cè)之間只有光的聯(lián)系而無電的聯(lián)系；采用成熟的電容分壓技術(shù)而去掉鐵芯單元,，降低故障率,；采用信息融合技術(shù)［5］等進行軟件補償處理，提高了系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性,。
系統(tǒng)可分為三大部分：電容分壓器,、室外電子單元、室內(nèi)主控裝置,，如圖1所示,。采用電容分壓器獲取信號，通過電容器串并聯(lián)組合將電網(wǎng)高電壓進行分壓,，降至100V以下,，以便于高壓側(cè)電子單元對其進行前端處理、采樣,，后再通過電／光轉(zhuǎn)換耦合進光纖,。采用光纖實現(xiàn)高壓側(cè)與低壓側(cè)的隔離，并將被測信號傳輸?shù)降蛪簜?cè)主控室,，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換恢復出被傳數(shù)據(jù)，從而進行軟件方面的補償處理,。電容分壓器和高壓側(cè)電子單元都工作在室外,，受溫度影響較大，所以系統(tǒng)同時把溫度信號通過光纖傳到主控室,，將電壓信號和溫度值進行融合處理,，以補償溫度對系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)的測量準確度和穩(wěn)定性,。同時系統(tǒng)留有兩種信號接口,，既可以將數(shù)字量直接送到微機保護系統(tǒng)，也可對模擬式繼保裝置進行控制,，便捷快速地與繼電保護系統(tǒng)融為一體,。
3 結(jié)構(gòu)簡介
3．1 電容分壓器
電容分壓器是系統(tǒng)的信號獲取單元，通過電容器串并聯(lián)組合將電網(wǎng)高電壓進行分壓,。這里主要考慮兩方面誤差：一是電容分壓器置于室外,，大范圍的溫度變化會直接影響電容分壓器的分壓比，使其不穩(wěn)定,，從而影響測量準確度,；二是電容器的分壓引入的相位差?？梢圆捎秒娙萜鞔⒙?lián)組合的方式來分壓,，以減少溫度對分壓比的影響,；軟件上把溫度作為系統(tǒng)中一個重要參數(shù)與電壓信號進行信息融合，以消除溫度變化對整個系統(tǒng)的影響,。
3．2高壓側(cè)電子單元
高壓側(cè)的電子單元是整個系統(tǒng)的“外核”,，如圖2所示。主要包括信號預處理模塊,、A／D轉(zhuǎn)換,、一片*先出存儲器（FIFO，IDT7203）,、兩個單片機（AT89C51）及光發(fā)射模塊等,。為提高采樣精度，選用BB公司的16位高速AD采樣芯片ADS7805,，每周期（1／50Hz）采樣64個點,。為提高系統(tǒng)實時性，采用了兩個單片機,，其中一個專門負責采樣,，并將數(shù)據(jù)暫存在FIFO中；而另一個單片機專門負責數(shù)據(jù)傳輸,，其主要任務(wù)是把FIFO中的數(shù)據(jù)快速地通過光纖傳輸給主控室,，同時它還要控制溫度，并把溫度信號傳輸?shù)街骺厥?。為了保證（準）實時性,，要滿足在個單片機采樣一周期（0．02s）的時間內(nèi)，第二個單片機要傳完一周期所采的64個數(shù)據(jù)（16位）,，同時還要兼顧溫度傳感器的測量及溫度值傳輸,。溫度傳感器采用DS18B20，該芯片采用一線技術(shù),，接線簡單,，轉(zhuǎn)換速度快，測量結(jié)果直接就是數(shù)字信號（溫度值）,。整個單元工作在強電磁干擾環(huán)境中,，因而不但要滿足處理的速度和精度，同時還要具有較強的抗干擾能力,。