沈志毅
（广东电网有限责任公司河源供电局，广东 河源 517000）
摘要：对电磁式电压互感器的行波传变特性进行了理论分析与试验研究，分析及试验结果表明，电磁式电压互感器能够有效反映行波波头时间，满足双端行波定位技术的要求，因此基于电磁式电压互感器的双端行波定位技术能够实现输电线路的精确故障定位。
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关键词 ：电压互感器；行波传变特征；双端行波定位；故障精确定位
0引言
目前基于行波的变电站故障定位的主流方式是利用电流互感器的二次侧采集电流行波以实现双端定位［1］，该方式下，故障定位系统需要采集变电站各条线路每相的电流互感器二次侧电流信号，因此接线繁多，且对采集电路及数据处理电路等硬件资源要求较高。目前普遍认为变电站内用作保护、计量及工频录波等用途的电压互感器无法传变故障时的高频行波信号，但经过本文的理论分析与试验验证，电磁式电压互感器能够反映高频行波信号的波头，而基于双端同步的波头时间，即可利用双端行波定位实现故障定位。采用电压传感器采集行波信号，无需对每条线路进行行波监测，只需在母线进行行波监测即可，极大地降低了故障定位系统的成本与复杂度。综上，基于电压行波信号的新型故障定位系统的研制具有重要的理论意义和广阔的应用前景。
1电磁式电压互感器行波传输机理分析
电磁式电压互感器本质上是变压器，只是容量相对较小，因此其行波传输特性与变压器绕组的波过程类似，理论上存在绕组内部的电磁振荡过程和绕组之间的电磁感应、静电感应过程等［2］。
图1为电压互感器的简化等值电路图，图中K0、C0、L0分别为单位长度绕组的匝间或饼间电容、对地电容以及自感。
电压互感器线圈的初始电位取决于静电感应分量，其响应输出信号与注入的行波信号时间基本一致、极性相同。由图1可知，线圈中包含有电感分量，由于电感电流不会发生突变，因此线圈输出信号的电磁感应分量一般滞后于静电感应分量，大约10 μs后开始发展电磁振荡过程，并最终衰减到0。综合以上分析，电压互感器的行波响应特性存在以下特征：初始响应为与激励行波信号同极性的脉冲信号，随后是振荡过程，最后衰减到0。
2电磁式电压互感器行波传变试验
本文采用35 kV电磁式电压互感器进行试验验证，电压互感器型号为JDZX9-35，原副边额定电压分别为35 kV和100 V。
采用的试验回路如图2所示，冲击电压发生器能够产生脉宽、幅值可调的冲击行波电压并注入电压互感器作为激励，利用示波器观测电压互感器输出响应波形。
试验结果如图3所示，图3（a）分别是电压互感器的输入行波信号与输出响应信号，可以看到波头时间一致。图3（b）是输出响应信号的放大图，可以看到，其行波响应特性与理论分析基本一致，初始响应为与激励行波信号同极性的脉冲信号（试验波形是由于探头极性相反造成为反相），随后是振荡过程，最后衰减到0。
为进一步验证电磁式电压互感器的行波传变特性与注入信号的脉宽无关，本文改变注入信号脉宽，进行了第二组试验，如图4所示，将波头时间为15 μs的冲击电压行波注入电压互感器一次侧，其二次侧输出依然存在很强的振荡特性，对比第一组试验波头时间2 μs的响应波形，可以看到其输出波形没有本质区别，均响应迅速且存在高频振荡。
3双端行波定位原理
基于同步时间的双端行波定位技术，利用两端变电站监测到的行波波头时间的时间差来定位［3］，如图5所示，当输电线路C点发生故障后，产生的故障行波以速度v沿线路向两端传输，到达两侧变电站（变电站A和变电站B）的时刻分别为tM、tN，则故障点到两端监测点的距离LM、LN分别为：
LM=［L+v·（tM-tN）］/2（1）
LN=［L-v·（tM-tN）］/2（2）
4结语
综合本文对电压互感器行波传变特性的理论分析与试验研究，电磁式电压互感器能够反映高频行波信号的波头，因此变电站可以利用现有的电压互感器，基于双端行波定位，即可实现精确故障定位，有利于降低站内行波定位系统的成本。
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参考文献］
［1］ 董新洲，葛耀中，徐丙垠.利用暂态电流行波的输电线路故障测距研究［J］.中国电机工程学报，1999，19（4）：76-80.
［2］林福昌.高电压工程［M］.2版．北京：中国电力出版社，2011.
［3］ 位韶康.基于行波原理的输电线路雷击故障定位方法研究［D］.淄博：山东理工大学，2013.
收稿日期：2015-08-17
作者简介：沈志毅（1976—），男，广东南海人，工程师，研究方向：输电线路运行维护。