基于贴片电容的VFTO传感器的研究

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气体绝缘开关装置(GasInsulatedSubstation,简称GIS)具有占地面积小、运行安全可靠、维护工作量少、检修周期长等突出优点,因此,我国对GIS的使用日益广泛,特别是在近年城市电网建设和改造中,大量使用了GIS。  由于GIS内隔离开关或断路器的开合操作,或由于GIS内部破坏性放电,会产生一种陡波前过电压[1-6](波前时间可低至10ns,最高频率成份可高至100MHz),这种过电压的波头较陡,幅值较高,对GIS本体以及相邻设备的危害较大[7-9]。现有的VFTO窗口式传感器一般选用绝缘膜作为绝缘介质,这种膜很薄,使传感器的制作过程对手工工艺依赖性很大;且温度和湿度的变化对绝缘膜的特性有一定的影响,使得传感器的稳定性存在隐患。  本文分析了影响传感器频带和稳定性的因素,研制了一种低压臂电容外置的新型传感器。通过传感器波阻抗匹配设计,防止了高频信号在传输过程中的畸变;通过使用贴片陶瓷电容元件解决了温湿度变化对测量系统分压比的影响问题,提高了传感器的制作工艺水平;通过采用电容并联设计及降低引线电感的方法,提高了传感器的测量频带;研究电容分布对传感器测量频带的影响,合理安排电容分布。在实验室使用温控箱模拟外部环境温湿度变化,进行了传感器温湿度稳定性试验。通过扫频试验和低压方波试验对传感器的频带进行了标定,同时通过长波尾试验、工频试验、高压陡脉冲试验对传感器的性能进行了验证。在不同时期,不同的气候环境下,在武汉特高压基地进行了大量实测试验。  结果表明,这种新型的窗口式传感器低频截止频率小于20Hz,高频截止频率大于200MHz,满足VFTO测量频带要求。环境温度从-30℃到70℃变化时,传感器低压臂电容变化约0.01nF,变化率为1.9%。温度稳定在50℃,湿度从50%到90%逐渐增加,低压臂电容值变化率不超过2%,考虑到实验误差,温湿度对传感器的影响几乎可以忽略。利用该传感器在武汉1000kV特高压实验基地对隔离开关操作所引发的VFTO进行了数百次测量,验证了传感器的长期测量可靠性。
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