摘 要

全球能源互联网概念的提出推进了智能电网的发展；作为智能电网的枢纽，智能变电站以其高度的集成化、数字化、信息化、网络化在国内外得到了广泛的重视和推广；互感器是变电站重要的测量和保护设备，而传统电磁式互感器无法满足智能化、高压等级的情况，无谐振、频带响应宽的电子式电压互感器应运而生。但电子式电压互感器在实际运行过程中存在着精度不高、不稳定等问题。本文主要从电子式电压互感器的特性分析中探讨其测量精度的影响因素。

首先对比了三种类型分压器的测量幅值偏差和相位误差，以及其适用电压等级，提出了基于电容分压型传感器的选型。

其次设计了电容分压器的单个电容芯子结构，实现多个电容单元的电气串联，接着用Ansys软件搭建了电容分压器的整体模型，并分析了互感器存在的对高压端的杂散电容和对地的杂散电容对测量误差的影响，调整主电容的大小，观察杂散电容呈现的变化趋势以及稳态误差的大小。

最后理论分析相间干扰对测量精度的影响，用Ansys Maxwell有限元软件仿真计算出三相互感器运行时的电位分布云图；增加一个接地干扰源，调整干扰源的与互感器的相对位置，计算出稳态误差的大小；并分析电容器外形尺寸对测量精度的影响，在保证其它参数不变的前提下，调整互感器的整体高度，观察杂散电容的变化趋势。

关键词：电子式电压互感器；杂散电容；有限元分析；邻近效应

Abstract

The concept of Internet global energy pushes the construction of smart gird, as an important part of smart gird, the intelligent substation had been widely promoted at home and abroad. Transformer is a crucial equipment for measurement and protection in the substation. While the traditional electromagnetic transformer couldn’t meet the need of high-voltage and intelligent, and then electronic voltage transformer become an ideal equipment that takes place of traditional transformer. This thesis discuss the factors for measurement accuracy through researching the characteristic of electronic voltage transformer.

Firstly it compared the phase-frequency characteristic and amplitude-frequency characteristic of three types of divider, and analysis the proper voltage levels for the three divider.

Secondly design the structure of a capacitor cell, then connected capacitor cells in series, and build the model of voltage transformer by Ansys Maxwell.

Then analyzes the impact of stray capacitance for measure error, computing the stray capacitance by adjusting the size of main capacitance and the relative position of the interference source.

Finally analysis the impact of phase disturbance on measurement accuracy, simulates the three-phase transformer’s potential contours while running .And observing variation trend of stray capacitance by adjusting the height of divider.

Key Words：EVT；stray capacitance；finite element analysis; proximity effect

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.2 电子式电压互感器简介 2

1.2.1 互感器的组成及分类 2

1.2.2 分压器的分类及原理分析 3

1.2.3 电容分压式EVT方案的确立 8

1.3 EVT的研究与应用现状 10

1.4 论文主要工作及章节安排 11

第2章 电容分压型EVT结构设计及电场计算 13

2.1 电容单元的结构设计及容值计算 13

2.2 电容分压型EVT的整体简化模型 17

2.3 电场分析方法及电场仿真 18

2.4 本章小结 21

第3章 电容分压型EVT准确度影响因素探讨 22

3.1 分压器的杂散电容等效电路及分析 22

3.2 杂散电容的仿真结果 25

3.3 误差结果分析 27

3.4 本章小结 27

第4章 相间干扰的对分压器测量的影响 29

4.1 相间干扰等效电路及分析 29

4.2 三相互感器的电场分布 30

4.3 电场干扰的的误差分析 32

4.4 本章小结 34

第5章 互感器外形尺寸对测量精度的影响 36

5.1 不同高度的互感器模型建立 36

5.2 仿真结果分析 37

第6章 总结与展望 38

参考文献 39

致 谢 40

绪论

课题研究的背景及意义

进入21世纪以来，随着能源短缺、全球变暖、经济发展等问题的日益突出和人们生态意识的提高和数字化社会对输电质量和供电可靠性的特殊要求，构建以灵活性、可观测性、可控性和互操作性为主要特性的智能电网是保障国家能源安全，承载第三次工业革命的关键^[1-2]。以特高压电网为骨干，以输送清洁能源为主导，以全球互联的坚强智能电网为平台的全球能源互联网对连接“一极一道”和各大型能源基地实现全球资源配置有重要意义^[3]。

在智能电网的发展过程中，智能变电站对于电力系统的稳定性、可靠性、电能输送增强和电网调度的优化以及电网管理能力的升华有着决定意义。作为电力系统的枢纽，变电站衔接着电网发电、输电、变电、配电、用电和调度六个环节，是实现能源转换和控制的平台之一^[4]。常规变电站经历了传统变电站、综合自动化变电站、数字化变电站三个发展阶段。智能变电站在数字化变电站的技术基础之上，以其更高的集成化程度，实现一二次设备的一体化、智能化整合和集成，更加顺应智能电网的发展潮流^[5]。根据《智能变电站设计规范》，智能变电站分为站控层、间隔层和过程层，与传统变电站的结构对比如图1.1所示^[6]。