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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，它結合了光纖和式電壓互感器的優點，一定程度上解決了高壓傳輸系統中的絕緣和抗電磁干擾等傳統難題。
關鍵詞：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中一次與二次電氣回路之間*的連接設備，其作用是實現一次、二次系統的電氣隔離，把一次側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。隨著電力系統超高壓輸變電的發展，傳統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的防爆和電力系統的安全運行帶來困難，在高壓電力系統中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勢，成為高電壓等級系統中的主要測量裝置。光學電壓互感器（Optical VoltageTransformer，簡稱OVT）是集晶體物理、光電子技術、光纖技術、高電壓技術和微機技術于一體的高新技術產品，具有絕緣性能*、抗干擾能力強以及無鐵芯等很多傳統互感器*的優點，特別適合于電力系統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的開發和研制，并在電網中掛網運行，取得了寶貴經驗。但其實用化、產業化過程中仍存在一些工藝和技術的問題，其可靠性和穩定性還有待于提高。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卻不含鐵芯線圈；充分利用了光纖的優良特性，卻無需考慮復雜的工藝及穩定性等問題，可以說，EVT集CVT和OVT的主要優點于一身。
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，實現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中傳輸與隔離的矛盾［3，4］。其基本設計思想是：采用光纖傳輸被測信號，使互感器一、二次側之間只有光的聯系而無電的聯系；采用成熟的電容分壓技術而去掉鐵芯單元，降低故障率；采用信息融合技術［5］等進行軟件補償處理，提高了系統的精度和穩定性。
系統可分為三大部分：電容分壓器、室外電子單元、室內主控裝置，如圖1所示。采用電容分壓器獲取信號，通過電容器串并聯組合將電網高電壓進行分壓，降至100V以下，以便于高壓側電子單元對其進行前端處理、采樣，后再通過電／光轉換耦合進光纖。采用光纖實現高壓側與低壓側的隔離，并將被測信號傳輸到低壓側主控室，經過光電轉換恢復出被傳數據，從而進行軟件方面的補償處理。電容分壓器和高壓側電子單元都工作在室外，受溫度影響較大，所以系統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，以補償溫度對系統的影響，提高系統的測量準確度和穩定性。同時系統留有兩種信號接口，既可以將數字量直接送到微機保護系統，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融為一體。
3 結構簡介
3．1 電容分壓器
電容分壓器是系統的信號獲取單元，通過電容器串并聯組合將電網高電壓進行分壓。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，使其不穩定，從而影響測量準確度；二是電容器的分壓引入的相位差。可以采用電容器串并聯組合的方式來分壓，以減少溫度對分壓比的影響；軟件上把溫度作為系統中一個重要參數與電壓信號進行信息融合，以消除溫度變化對整個系統的影響。
3．2高壓側電子單元
高壓側的電子單元是整個系統的“外核”，如圖2所示。主要包括信號預處理模塊、A／D轉換、一片*先出存儲器（FIFO，IDT7203）、兩個單片機（AT89C51）及光發射模塊等。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。為提高系統實時性，采用了兩個單片機，其中一個專門負責采樣，并將數據暫存在FIFO中；而另一個單片機專門負責數據傳輸，其主要任務是把FIFO中的數據快速地通過光纖傳輸給主控室，同時它還要控制溫度，并把溫度信號傳輸到主控室。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，第二個單片機要傳完一周期所采的64個數據（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，接線簡單，轉換速度快，測量結果直接就是數字信號（溫度值）。整個單元工作在強電磁干擾環境中，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。