发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种简单、精确地在气体绝缘变电站中测量TEV和TGPR的方法。本发明的技术方案如下：

一种在气体绝缘变电站中测量TEV和TGPR的方法，其包括以下步骤：

1)进行高压探头和信号自动采集卡型号的选择，高压探头用于测量点电压的获取。根据TEV的幅值绝对值和主频对高压探头进行选型，已选高压探头的耐受电压值和带宽应分别大于TEV幅值绝对值和主频。信号自动采集卡用于采集高压探头上的电压数据。根据测量点数目和TEV主频对信号自动采集卡进行选型，已选信号自动采集卡的采集通道数和带宽应分别大于测量点数目和TEV主频，且其采样频率要大于8倍TEV主频。将已选好的高压探头和信号自动采集卡置于继电保护小室内以减少电磁骚扰。2)选择合适的电压测点和零电位参考点，零电位参考点选在继电保护小室内的接地引出线处。

3)利用屏蔽线将测量点电位引到继电保护小室内的高压探头一端输入，利用接地线将继电保护小室内接地点电位引入到高压探头另一端输入，再将高压探头输出信号接入到信号自动采集卡。

4)从信号自动采集卡中获得已采集的电压数据，根据传输线电报方程数学模型，对电报方程所在时域内进行差分离散，建立对空间的一阶微分方程组，随后采用精细积分法，计算获得传输线瞬态响应。利用传输线瞬态响应公式对所测电压在传输线上产生的高频损耗进行修正，最终得到精确的测量电压值。

进一步的，所述步骤2)选择合适的电压测点和零电位参考点，合适测点的选择要满足以下基本条件：①对测点所在支路上的断路器或隔离开关操作均能得到电压响应；②可以测到最大的电压值，并且可以测到GIS外壳电位升和暂态地电位升；③测量路径包含GIS外壳-电压互感器-汇控柜这一骚扰电压传播路径；④减少电压测点与零电位参考点之间的距离。

进一步的，所述步骤3)中具体包含以下内容：在测量GIS外壳相对于继电保护小室接地点处的电位差TEV时，利用屏蔽线将GIS外壳电位引到继电保护小室内高压探头一端输入，利用接地线将继电保护小室内接地点处的电位引到继电保护小室内高压探头另一端输入，再将高压探头输出信号接入信号自动采集卡；在测量某处暂态地电位升高值TGPR时，利用屏蔽线将该处的接地引下线处电位引到继电保护小室内高压探头一端输入，利用接地线将继电保护小室内接地点处电位引到继电保护小室内高压探头另一端输入，再将高压探头输出信号接入采集卡。测量时所用的屏蔽线在引至继电保护小室内的路径上需要经绝缘杆架高，并做好屏蔽处理。

进一步的，所述步骤4)中由于GIS开关操作时产生的TEV和TGPR频率较高，会在屏蔽线上产生趋肤效应，导致信号的振幅、相位和导线的长度、直径有关，即产生传输线效应，此时屏蔽线相当于传输线，为便于分析，采纳偏微分双曲型方程组—电报方程作为描述传输线电压与电流关系的数学模型，即：

式中R,L,C,G分别为传输线单位长度的电阻、电感、电容与电导，u(x,t)，i(x,t)分别为传输线上的电压与电流；

对式(1)，(2)在时域内离散得：

式中Δt＝t/M，t为所研究时间区间宽度，M为离散点数；u_k＝u(x,kΔt)；i_k＝i(x,kΔt)，x 表示空间坐标，k＝0,1,2…M；

将式(3)，(4)写为矩阵形式：

X＝(u₁,...,u_M,i₁,...,i_M)^T

引入H、F和X主要为了将电报方程在时域内差分离散所得的一阶微分方程组转化为矩阵形式，X表示传输线上空间位置x处的M个时间离散点时刻的电压、电流变量组成的列向量。u_M表示MΔt时刻传输线上空间位置x处的电压，u₀表示零时刻传输线上空间位置x处的电压，i₀表示零时刻传输线上空间位置x处的电流。

方程(5)的解为：

ε表示积分变量X(0)表示传输线上空间坐标零处各时间离散点时刻的电压、电流量组成的列向量。

令空间步长为Δx，于是：

x_j＝jΔx j＝0,1,2,… (7)

其中exp(HΔx)的计算如下：

利用指数函数的加法定理

exp(H·Δx)＝[exp(H·Δx/m)]^m (8)

一般取m＝2^N，N＝20，因此，对于β＝Δx/m的时间区段进行泰勒展开有

exp(H·β)≈1+H·β+(H·β)²/2+(H·β)³/3！+(H·β)⁴/4！＝1+T_a (9)

式中

T_a＝H·β+(H·β)²/2+(H·β)³/3！+(H·β)⁴/4！ (10)

对式(8)进行分解

这种分解一直进行下去，共n次，又因为

(1+T_a)×(1+T_a)＝1+2T_a+T_a×T_a (12)

因此，(11)式相当于以下语句

for(iter＝0；iter<N；iter++)

T_a＝2T_a+T_a×T_a (13)

当循环结束后再

T＝1+T_a (14)

以上循环计算流程可用图4表示。

(10)、(13)、(14)便是exp(HΔx)的精细计算公式，可以看出，按(13)式进行递推计算，排除了1参与加法运算；

根据式(7)可知，只要已知传输线上某个点在某个时间段上的电压电流，即可求得传输线上任何一点的在该时间段的电压与电流，计算采用递推方式，通过从信号自动采集卡中获得已采集的电压数据，根据上述公式(7)对所测电压数据进行修正，最终得到精确的测量电压值。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明的创新主要是提出了一种更为简单、精确地测量气体绝缘变电站中TEV 和TGPR的方法。通常的测量方法采用较为复杂的电阻抗分压器装置，而本发明方法采用高压探头和信号自动采集卡这类简单的设备，不仅操作简单而且更为经济；通常的TEV测量方法将电位参考点选在GIS底座下的接地排处，由于在瞬态过程中接地网电位会出现暂态升高(即出现TGPR现象)，因此会造成所测 TEV值出现误差，而本发明将电位参考点选在继电保护小室内接地引出线处(电位接近于零且恒定不变)且创新性地根据传输线的数学模型对所测电压在传输线上产生的高频损耗进行修正，最终得到精确的测量电压数据。本发明对TEV和 TGPR数据进行精确测量，有利于分析GIS变电站二次设备的电磁干扰问题，对于现场及科研人员测量并掌握TEV和TGPR特性具有很大参考价值。