瞬变感应电场测试方法与遥测框架讨论

瞬变感应电场测试方法与遥测框架讨论

詹红生，郎咸丰，刘潇，陈书康

云南电网有限责任公司西双版纳供电局 云南省西双版纳州666100

摘要：

文本针对变电检修面临的感应电压触电现象提出了检测感应电压的必要性，对比分析了避雷器末屏分压探测、移动式电阻分压探测、非接触式电压探测技术，浅析了非接触式电压探测技术在隔离感应电压负载、动态灵敏度、安全性方面的综合技术优势。

关键词： 瞬变 感应电压  非接触式 避雷器  动态灵敏度

1引言

变电检修中感应电压是影响检修人员安全及检修效率的一个迫切需要解决的问题，但由于感应电压的产生和传递受到停电线路和带电线路的结构、海拔、电压等级、操作设备绝缘介质等综合影响，具有非常显著的随机性，因此很难形成统一的检测规范。

2感应电压的负荷特征

感应电压通常是带电线路经空气、相间介质、杂散电场介质和等效分布电容耦合到停电线路中，具有间歇性、随机性、电压幅度不稳定、瞬变特征显著等特征，通常检修人员触电发生在连接测试线或接触被检修设备高压侧电极时，表现为带负载能力不强，但足以引起操作人员“手麻”的人身安全威胁。

3阻容分压感应电压探测方式

   直接测量感应电压通常可以采取阻容分压原理实现，但由于感应电压带负载能力不高，分压电阻如果对感应电压的能量释放形成了较大的负载通道，可能危及感应电压探测的准确性。另一方面，感应电压如果瞬变特征明显，分压电容的等效容抗地，直接形成低阻通道，严重影响感应电压探测。因此借助站内的氧化锌避雷器作为现成的分压电容，利用该分压电容数值小，安装位置稳定的特点，可借助避雷器末屏分压比一定程度进行感应电压测量。

末屏端探测的方式主要限于来自避雷器高压侧的感应电压，该感应电压还受到试验接线耦合的影响，因此探测的波形还受到操作人员的影响。典型的基于避雷器分压的末屏测量方法如图1所示，为了提升探测灵敏度，可设置放电开关进行放电处理。

图1：避雷器末屏探测方式

如图，感应电压探测装置由隔离开关、放电开关、过压保护模块、串联耦合模块、滤波器、放大器、报警模块、模数转换模块、微处理器和显示器。所述避雷器电压监测装置具备保护功能。通过放电开关实现对装置的保护并释放避雷器末屏端的电压。过压保护模块具备过压保护功能，因此在不确定感应电压幅度的情况下可实现安全可靠的测量。当需要观测脉冲电压波形时，通过模数转换模块和微处理器实现，并在显示器上显示。图1的避雷器电压监测装置能够快速响应避雷器的脉冲电压，实现对避雷器高压端感应电压的监测和报警。

4非接触式感应电压探测方式

非接触式感应电压探测目前应用较少，仅在部分科研项目中开展探讨应用，而且多用于稳定电压的探测。由于非接触式的电压探测具有安全性好，灵敏度高，不影响感应电压负荷的优势，具有很好的复杂多样环境的推广应用前景。下面重点介绍以空间分布阻抗拟合为原理的非接触感应电压的探测原理。

   空间阻抗拟合非接触式感应电压探测由多个与被测线路空气绝缘的分压电极、多个模拟量采集模块、数值运算模块组成。

图2：空气绝缘耦合电容组成的感应电压探测原理

    其他分压电极采取不同间距或厚度的电极，使得多个电极与被测物体的等效耦合电容不同，最终形成差异化V1，V2，V3等模拟电压。

基于V1，V2，V3和电容C1，C2，C3，可以通过数学拟合方法实现被测带电物体的电压值。

   可知C1，C2，C3是已知参数，这些电容对被测物体的空间等效电容C1x,C2x,C3x未知参数，但可以认为C1，C2，C3与C1x,C2x,C3x的分压比是一致的，因此即使探测装置移动过程中，C1/C1x, C2/C2x,C3/C3x有非常稳定的数学关系。

   设C1为无穷小，C2为无穷小和一个无穷大之间的中间值，C3为近似无穷大的数值。C1和C3之间还可以有多个电极形成的电容，这里为了简要描述问题，不做深入分析。从C1，C2，C3与被测物体的感应电压可知，如果C1，C2，C3的电极与被测物体的距离相同，L1=L2=L3，那么可认为C1，C2，C3的电容比就是各自的分压比。

而由于假设C1为无穷大，理论上空气绝缘等效电容C1x>>C1, C1的分压值近似等于被测物体电压Vx。依次分析，C2为Vx/2, C3近似为零值。由此通过采集C1，C2，C3的耦合电压，可以获得被测物体电压。

实际应用中，不可能模拟无穷小的电容或无穷大的电容，因此可进一步假设分压电容与空气耦合电容的分压变化为非线性的函数关系，以指数函数为零，假设随着分压电极等效电容Ck(1

以电容C1，C2…Ck为X轴，x>=0，以电压V1，V2…Vk为Y轴，y>=0，计算方式包括以下任意一种：

A1、根据C1，C2…Ck和对应的V1，V2…Vk，设计斜率k小于0的直线y=kx+k0，计算出对应的k0作为电压幅度；当电容C1，C2，Ck, k>2时，产生多条直线，获得多个k0值，以多个k0值的平均值作为k0值，或任意取两个电容及对应的电压确定一条直线计算；

A2、将C1，C2…Ck和对应的V1，V2…Vk带入指数函数，计算出对应的k, A，其中的A值即为电压幅度；

5讨论

     非接触式的电压探测具有安全性好的优势，且不改变耦合电压的负荷，理论上更加准确的探测感应电压数值。在实际应用中，需要考虑感应电压耦合的多个电极，并开展相关模拟量的采集和数值计算，相比传统的直接分压测量的方式，运算成本较高。但综合安全性和经济型，非接触式测量更加适用多种现场环境。显然该方法还可用于带电/停电线路的检验核验，以及对被测电力设备局部放电，压场均匀性的遥测。

6总结

 本文介绍了感应电压产生的环境特征和感应电压探测的几种方式，重点介绍了基于分压电极的等效电容、空气等效电容分压比的耦合测量方式，浅析了其技术优缺点，认为该技术不仅可用于感应电压探测，还可用于稳定电压测量，带电/停电核验，放电探测等，因而有很好的应用前景，值得深入研究和推广。

7参考文献

[1]莫付江,陈允平,阮江军.架空输电线路雷击感应过电压耦合机理及计算方法分析[J].电网技术,2005,29(6):72-77

[2]一种运行电力设备非接触式电参数量测核验装置及方法,发明专利，2021115804636

詹红生，1988-09，工程师，毕业于三峡大学电气工程及其自动化专业，现就职于西双版纳供电局变电修试所，主要负责变电站电气设备相关试验工作。