5.2.3传递过电压要求

见GB/ 0840.5一2013。A型冲击波适用于空 电压互感器，B型冲 击波适用于安装在气体绝缘金属 压五感器

5.2.4分压系统的变比校正

厂房标准规范范本分压系统应用便携雷电冲击发生器做电压互感器 暂态冲击电压响应特性测量变比校正（具体） 附录A）。 套管末屏电压传感器构成的电网过电压测量装置的误差分析参见附录B

6电力系统暂态过电压记录系统

暂态过电压记录系统主要由暂态数据记录仪（简称数据记录仪）构成。数据记录仪应同时具有数据 采集、数据存储和数据分析处理的功能。

系统不确定度包括以下因素：

a）仪器冲击刻度因数的不确定度引起过电压峰值的不确定度； b） 确定仪器的基准电平时，由于数据记录仪的噪声影响过电压幅值造成的不确定度而引起过电压 峰值的不确定度： c 传递特性测定装置与实际测量装置之间的变动产生的不确定度引起过电压峰值的不确定度； d）测量系统本身对波前时间测量的不确定度引起的过电压波前时间测量的不确定度；

6.2.2不确定度的要求

数据记录仪的测量不确定度应满足以下要求 a）冲击电压峰值测量：±5.0%： b）冲击时间参数（波前时间、截断时间等）测量：±15.0%。 数据记录仪输出的原始数据在未经信号处理前应满足上述要求。在满足上述要求时，可进行信号处 以进一步提高数据的准确度，但原始数据仍应保留

6.3记录系统的特性要求

采样率应不小于30/t、（采样数/s），t,为被测时间间隔，可由记录读出。 示例：在测雷电冲击全波波前时间t，时，t，为130和190之间的时间间隔。(30和190分别为达到冲击峰值的30% 90%处的时间。

对于雷电过电压（即大气过电压），采集卡的采样频率应不低于20MHz。对于操作过电压 间应不少于1s。

用于现场测量用的数据记录仪宜选取分辨率为9位～10位的存储器。 6.3.4采样深度及存储容量

6.4记录系统的试验项目

每台新的数据记录仪以及在大修后或对其性能有疑问时应检定下列特性： a）静态特性，包括静态刻度因数、静态整体非线性和静态局部非线性； b）动态特性； c）时基的整体非线性。

6.5暂态过电压数据记录

6.5.1应对变电设备中各相线路中的暂态过电压进行在线监测，实时自动记录每次暂态

a 母线上各相过电压的幅值： 母线上各相过电压的波形； c） 母线上各相过电压持续时间、正波和负波的次数： d）出现时间。 6.5.2能按照事先设定的触发记录条件自动记录暂态数据波形，其中包括工频周期的事故发生前的正常 数据。 6.5.3线路中任意相上的电压出现异常都应自动启动全部通道进行采集记录，各相线路中的暂态过电压 波形应同步无相差。

6.5.4每次记录的数据应自动形成过电压数据文件，标明记录开始到结束的时间，并自动保存到仪器电 子硬盘相应位置， 6.5.5应能通过USB通信口从硬盘连续调出所有存储内容，详细分析过电压波形及有关参数，判定故 障发生过程及状况。 6.5.6系统宜具有完善的网络通信功能，既能通过远端计算机终端控制系统运行，也能通过网络将现场 采集数据送至运行管理部门。

6.6数据记录系统的基

6.6.1数据记录仪应能随时监测各相过电压的发生过程，自动采集记录每次过电压事件，并自动存储至 硬盘，每次过电压记录自动依次生成一个文件名，包含波形、记录时间等数据。 6.6.2数据记录仪硬盘空间应大于1GB。 6.6.3数据记录仪应设置合适的量程，包括采样深度、采样频率和带宽等。应根据被测暂态过电压的峰 值和分压系统的刻度因数选用合适的量程，使数据记录仪的输入电压占满量程的一半以上，最好是80% 左右。 6.6.4 数据记录仪的启动条件应设置在大于额定电压的1.3倍～2倍，可适应110kV～220kV、330kV~ 500kV及更高电压等级电力系统的暂态过电压监测。 6.6.5数据记录仪应设计预触发功能（负延时），能观察到过电压发生时工频电压的相位值。为保证数

6.7数据记录系统的触发方式

6.7.1仪器的触发应采用负延时外触发方式。 6.7.2负延时外触发方式是测量仪器直接对输入信号采样1个～2个工频周期，后面的采样数据覆盖前 面的数据，保存最新采样的5个工频周期数据。 6.7.3外触发方式是由测量仪器外部引入信号去触发，触发电压阀值宜设为额定电压的1.3倍。每个通 道（A、B、C三相）都应设有触发电路，并且正、负极性都可触发。 6.8信号的传输

暂态过电压分压系统取得监测信号后，由电缆将信号送入信号采集装置进行A/D转换。信号 接导线和电源线均应采用屏蔽电缆

6.9采样装置采样位数与采样速率的影响

7在线测量及记录系统的组建

在线测量系统的组建和设备的选取应根据现有电力系统高压设备的安装情况并充分考虑测量与记 录系统的一般要求来进行

电子式电压互感器可供测量和保护使用，不仅能满足正常使用条件下测量用，在电网出现异常现 象时，一次电压U，和频率F可能与额定值明显不同时也能正确传送信号，将电网的任何重要变化记录 下来。 电容式电压互感器多用于110kV及以上中性点直接接地的电力系统，冲击绝缘强度比电磁式电压互 感器高。 电磁式电压互感器的误差特性和暂态特性优于电容式电压互感器，多用于220kV及以下的电力系 统中。

可根据电力系统的运行方式、电压等 互感器或变压器电容型套管

接地回路宜采用宽度为30cm～1m的铜、 铝等非磁性金属带或薄板，以减少回路阻抗。若有大面积 的金属板或细孔金属网，则可以利用它作为接地回路。

传输系统是将转换装置的输出信号传递到记录仪器系统的一套装置，一股由带终端阻 组成，还包括转换装置与记录仪器所连接的隔离滤波、二次分压等装置。 测量电缆应选用高频同轴电缆或双屏蔽同轴电缆。 同轴电缆波阻抗应与仪器输入阻抗相匹配。同轴电缆波阻抗的数值宜以实测值为准。 可选用光缆取代测量电缆。所选光缆两端光电转换器的频带宽度应满足暂态过电压测量要求，并应 按光缆传送信号的幅度合理配置分压器的输出电压。 电磁暂态过电压传输系统应满足无线网络和局域网实时传输监测数据的要求。

7.2在线测量设备的连接与布置

7.2.1测量设备与电力系统的连接示意图

1测量设备与电力系统的连接示意图

测量设备与电力系统的连接示意图如图2所示。

7.2.2暂态过电压分压系统与数据记录仪的连接

图2测量设备与电力系统的连接示意图

暂态过电压分压系统到数据记录仪之间的接地连线的阻抗应尽量减小。 紧靠暂态过电压分压系统附近应有集中的接地极，电压互感器接地端应用最短的宽铜带或铝带接地 连线与接地极连接。 暂态过电压分压系统应采用低阻抗的接地回路连接。

7.2.5信号传输电缆的匹配

信号传输电缆两端与暂态过电压分压系统及数据记录仪的连接应采取匹配措施。电容型分压系经 始端匹配，若一端匹配不够完善，也可采用两端匹配。

a）信号传输电缆及触发信号电缆外皮中流过的暂态电流。 b） 间隙放电时产生的空间电磁波辐射。 c） 数据记录仪电源线引入的干扰和相位。 在线测量系统中，对这三方面干扰来源均应采取相应的抗干扰措施。 7.2.6.2对于7.2.6.1中的a）项，应采取如下措施，减少信号传输电缆及触发信号电缆中的暂态电流： a) 电压互感器应置于紧靠集中接地极的地点，并以最短的连线相连，此连线应采用宽的铜带或铝 带。 从电压互感器到数据记录仪应敷设较宽的金属板或金属带作为接地连线，使电压互感器与数据 记录仪尽量处于等电位的状况。信号传输电缆应沿此接地连线紧靠地面敷设，使电缆外皮与接 地线构成的回路面积尽量小。电缆宜直接敷设在接地连线的金属板或金属带之下。 信号传输电缆应尽可能短。 d 采用双屏蔽同轴电缆时，电缆首端的内、外层屏蔽或金属管应接地，电缆末端的外层屏蔽或金 属管也应接地。电缆内层屏蔽末端是否接地由干扰试验确定。如有可能，电缆外层屏蔽或金属 管应多点接地。 当数据记录仪具有对称输入通道时，可采用平衡接线，使引入的共模干扰彼此抵消。 f) 电缆采取两端匹配的接线方式。 g 提高同轴电缆中传送的信号电平，使共模干扰所占比重减少，即提高信噪比。当被测信号电平 高于数据记录仪输入的允许限值时，数据记录仪可加外设衰减器或二次分压器。 7.2.6.3 对于7.2.6.1中的b）项，测量设备可采用如下屏蔽措施，加强测量设备的屏蔽： a） 分压器低压臂应有接地的金属屏蔽套，信号传输电缆与分压器低压臂及与数据记录仪的连接均 应采用同轴电缆。 b） 仪器应采用金属外壳等作为屏蔽。使用时，数据记录仪应尽量远离放电点。 C 对于灵敏度较高的数据采集系统，应采用金属网或金属板制成的全封闭的双层或单层屏蔽室或 屏蔽箱，将数据记录仪放在屏蔽室（箱）中，屏蔽箱应直接接地。 7.2.6.4 对于7.2.6.1中的c）项，数据记录仪供电电源宜采取如下隔离与滤波措施： a 数据记录仪应采用单独的隔离变压器供电。隔离变压器两个绕组之间的屏蔽应与测量仪器的屏 蔽室（箱）相连。若隔离变压器放在屏蔽室（箱）外，它的二次绕组及出线应全部屏蔽；若放 在屏蔽室（箱）内，则其一次绕组及连线应全部屏蔽。 b） 宜在屏蔽室（箱）或数据记录仪的电源入口处串接低通滤波器，抑制高频于扰。

整体测量及记录系统的性能校核及校核记录

测量及记录系统的性能校核及校核记录应包括： 测量系统性能试验的次序（首次，第二次，.…）。 测量系统性能试验日期。 C) 现场环境条件。 d） 校准机构。 e） 校准用仪器设备的型号和编号。 校准试验方法。 g） 测定的标称刻度因数。 h）冲击波时间参数或阶跃响应。 i)干扰电平。

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k）响应的处理情况等。

暂态过电压的类型识别及在线测量数据不确定度

9.1暂态过电压的类型识别及特征量分析

对过电压在线测量数据进行分析时，应用特征量区分暂态过电压中内部操作过电压与不同类型的雷 电过电压。暂态过电压通过电容式电压互感器的隔离变换后，低压侧测得的响应波形不是按照变比传递， 而是出现了伴随有高频振荡过程的失真现象。可对畸变的高频暂态过电压信号进行频谱分析，在高频的 各个频段进行后期补偿，各频段补偿系数利用实验数据与理论计算综合计算，补偿后的高频暂态过电压 信号与原始过电压波形在误差范围内一致（具体参见附录C和附录D）。

9.2暂态过电压在线测量数据不确定度的估算

类。A类分量考虑随机因素的影响，根据多次重复测量的结果用统计方法进行估算。B类分量根据环境 条件和仪器设备性能等已知的影响因素，用不同于统计的其他方法进行估算。 电压互感器在暂态条件下的一次和二次电压规定如下：

式中： K、一互感器额定变比。 电子式电压互感器、电磁式电压互感器和电容式电压互感器在对最后测量的数据进行误差估算时均 可采用以下两种方法相结合的方法实施： a） 通过现场采样的大量数据进行数据拟合。因测量得到的数据都是在真值附近，具有一定的分散 性，可根据以往测量得到的大量数据得出暂态过电压数据分布特性的曲线，然后进行误差估算。 b） 计算机模拟仿真。通过对现场互感器建立模型，然后对不同的暂态过电压波形的响应特性仿真， 得出该互感器对暂态过电压波的响应特性，包括对过电压幅值和时间的影响，最后根据相应的 误差数据对现场数据进行误差修正。

10过电压测量系统其他注意事项

10.1隔离变压器一次侧和二次侧应采用不共地连接，以保证二次设备的绝缘安全性。 10.2仪器输入阻抗宜为大于100k2的高阻接入。 10.3对于35kV非直接接地的V形连接方式，仪器应设定特殊连接方式。

A.1变电站的雷电过电压建模与仿真

磁式电压互感器暂态冲击电压响应特性仿真分

因变电站采用了进线段保护，在进线段内绕击或反击而产生入侵雷电流的机会非常小。在进线段以 外落雷时，则由于进线段导线本身阻抗的作用使流经避雷器的雷电流受到限制，同时，由于在进线段内 导线上冲击电晕的影响将使入侵波陡度和幅值下降， 图A.1中细线为导线A相雷击处电压，粗线为距雷击处2km变电站母线（A相）上电压互感器处 电压。 仿真结果表明，进线段以外落雷时（2km以外），由于进线段导线本身阻抗的作用使流经避雷器的 雷电流受到限制，同时，在进线段内导线上冲击电晕的影响将使入侵波陡度和幅值下降。

A.2电压互感器的波过程

电压互感器是一种特殊的变压器。互感器绕组在冲击电压作用下产生绕组间的电容耦合、 和绕组内部的自由振荡

A.2.2绕组之间的电容耦合电压

将互感器等效为一电容耦合电路，如图A.2所示，其中C、C,分别为一次、二次绕组单位 地电容，K、K，为一次、二次绕组单位长度的纵向电容，C12为一次、二次绕组之间的电容。 参数沿绕组均匀分布，当电压作用于一次绕组首端时，若二次绕组首端开路（首端电流等于0） 二次绕组首端的电容耦合电压：

u, (0) = C12 Cn2 + NK

Ch2 = Ci2 + C, 电容耦合电压分布瞬间完成，感应信号与原突变信号同时出现且极性相同，电容耦合电压 组内部电压的起始分布。

A.2.3绕组之间的电磁感应电压

图A.2一次和二次绕组的电容耦合电路

不考虑内部杂散电容，互感器参数模型如图A.3所示。图中L，、Lz分别代表2个绕组的自感，M代 表它们之间的互感，n代表变比。由于绕组电感电流不能突变，铁芯存在有磁滞效应，因此互感器二次 绕组电磁感应电压不能突变。一次绕组脉冲信号在二次绕组电磁感应信号上升沿变缓，二次绕组电压滞 后于一次绕组电压，且互感器暂态过程的最终电压为电磁感应电压。

A.2.4绕组的振荡过电压

图A.3互感器参数模型

当脉冲信号作用于互感器一次绕组时，由于起始电压分布和最终电压分布不同，一次绕组内部将产 生自由振荡。在该一次绕组自由振荡电压的作用下，将在二次绕组中感应自由振荡电压。同时，整个互 感器等效为一个由电感、电阻和电容串并联组成的回路，二次绕组输出由最初电容耦合电压到最终的电 磁感应电压之间会存在一个自由振荡的过渡过程。起始分布电压（静电感应电压）和最终分布电压（电 磁感应电压）相差越大，自由振荡分量越大，振荡越强烈

A.3电压互感器仿真分析

仿真分析模型如图A.4所示。其中，L、L,分别为高、低压绕组线圈单元长度电感（包括自感和匝 间互感)；C、C分别为高、低压绕组的对地电容；K，、K,分别为高、低压绕组纵向（匝间）等值电容； R、Rz分别为高、低压绕组相应的等值损耗电阻；L.i、Lrz分别为高、低压绕组的对地寄生电感；C,为 高、低压绕组间电容：N为级联的集中参数单元个数，本模型取为10

A.3.2仿真结果及分析

A.3.2仿真结果及分析

A.3.2.1电压互感器同一绕组在相同时间参数的冲击电压下对幅值的响应特性

互感器同一绕组在相同时间参数的冲击电压下

图A.5为电磁式电压互感器在冲击电压作用下一次绕组和二次绕组的电压波形。由图中可以看到， 当冲击电压作用到互感器一次绕组后，互感器二次绕组产生较明显的电容耦合电压，二次绕组的电容耦 合电压与一次绕组的冲击电压同时出现，且极性一致。而二次绕组的电磁感应电压小于且滞后于电容耦 合电压，在电容耦合电压过渡到电磁感应电压的过程中还存在较大的自由振荡电压

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图A.4电压互感器仿真分析模型

图A.5电磁式电压互感器冲击波形图（波前时间t,=25us）

电压互感器在同一时间参数下进行试验，测得一次绕组电压和二次绕组电压幅值关系如图A.6所示。 由图中可以看出，电压互感器一次绕组和二次绕组的电压幅值呈线性关系。互感器的传递函数计算公式 如下：

U2m = kUm + b

式中： U2m 二次绕组电压幅值： k一传递比； b一常数。 对于相同时间参数冲击电压下的同一绕组来说，式中k和b都为定值。如在工频下，k即为绕组的 额定电压比的倒数，b为0。

A.3.2.2电磁式电压互感器在不同时间参数冲击电压下的幅值响应特性

对仿真模型的同一绕组进行不同时间参数的冲击电压下的幅值响应计算，得出的波形如图A.7所示。 随着一次绕组冲击电压的波前时间的减小，二次绕组传递电压波形中的自由振荡、过程时间变长， 且幅值逐渐变大。按照GB/T16927.1中的规定对有振荡或过冲的一次电压峰值进行处理后，得出的同 绕组不同时间参数冲击电压下的幅值响应特性如图A.8所示。

图A.7不同波前时间冲击电压下的幅值响应仿真典型波形一次电压波前时间t=3us，U、=96k

由图A.8可以得出冲击电压时间参数对电磁式电压互感器传递函数的影响，波前时间越 中的人值越大

A.4互感器冲击响应特性实测校验

测试原理如图A.9所示。

图A.8不同波前时间下电压的幅值响应特性

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图A.9互感器冲击响应特性测试原理图

分别用10kV电磁式电压互感器、110kV及220kV电容式电压互感器进行响应特性测试。在互感器 高压、低压端子之间施加冲击电压。电容分压器的低压端子、示波器、被试电压互感器一次绕组的一个 端子和底座均应接地。其中，示波器8测试的是被试电压互感器一次侧电压，示波器9测试的是被试电 压互感器二次侧电压的电磁分量，示波器10测试的是被试电压互感器二次侧的电容耦合电压分量。负 载阻抗为二次侧测量提供电压信号，负载阻抗Z，=U/P，其中P为电压互感器二次侧输出功率，U为 测量时电压互感器二次侧输出电压。

器一次侧及二次侧未加负载的情况下，冲击响反

图A.10电压互感器不接负载时冲击响应特性

一次侧电阻为52，二次侧电阻为82，10kV电磁式电压互感器的冲击特性响应如图A.11所示。图 中曲线2代表被测互感器冲击电压作用下一次侧的电压，曲线1则为二次侧电压。测量得到的10kV电 磁式电压互感器在冲击电压作用下一、二次电压和波前时间，以及根据测试数据得出的变比和峰值误差 见表A.1。

欠侧及二次侧均有电阻负载时电压互感器的冲击

电压互感器受到冲击电压作用时，因其分压电容对一次绕组的影响，实际测试得到的二次电压响应 比单独按变比的测量值要高，未进行误差校正的条件下，实际测得的峰值误差可能高达25%。 电压互感器在响应冲击电压信号时，波前时间响应误差和幅值响应误差与实际电路参数有关，只要 测得线路参数，就可计算得到响应的误差范围。利用测量值再计及误差校正后就可得到实际暂态冲击电 压波形参数。在进行校正后，电压互感器对于冲击暂态电压的幅值响应误差在10%以内，波前时间响应 误差在15%以内，能够满足实际工程的应用。电压互感器完全满足对操作过电压的采集要求，虽然对雷 电过电压的瞬变响应没有对操作冲击波那样灵敏，在允许一定误差的范围内，用互感器获取的雷电过电 压数据完全可以对事故的原因做出判断和分析。

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柴油质量标准由套管末屏电压传感器构成的电网过电压测量装置的误差分析

电压测量装置由套管末屏电压传感器、信号调理电路、触发电路、数据采集卡、工控机及后台 构成，其构成原理如图B.1所示。

图B.1过电压测量装置系统构成原理框图

当电网出现过电压时，电压传感器采集到过电压信号，信号经过调理电路传送至数据采集卡，数据 采集卡将输入的模拟电压信号转换为计算机所能识别的数字信号，并以文件形式保存在计算机硬盘上。 后台数据分析软件提供了过电压数据特征信息提取、分类模式识别等功能，完成对过电压数据的分析处 理，并以图形和故障报告的形式显示。 电容式套管是目前高压、超高压系统中最常用的型式，其绝缘主要为油纸内绝缘和外绝缘的结合。 油纸电容式套管的电容芯子以矿物油浸电缆纸为绝缘，在导杆上包以多层绝缘，在层间设计所要求的位 置上夹有铝箔，其等效电路为一串同轴圆柱形电容器串联。 采用变压器电容式套管作为分压器的高压臂，在套管的末屏测量抽头处安装电容，作为分压器的低 压臂，形成电容分压器电压传感器

工业标准在电容分压器的首末端达到完 套管电容分压系统分压比k为

中，C，为套管等值电容，C为接入到末屏接地处的传感器电容。如果在系统运行过程中，套管 变化量为AC，当AC很小时，可认为仍满足首末端匹配，新分压比k为

用套管末屏电压传感器在末屏出线 但分压器的高、低压臂之间有电的直 器相连，改变了一次设备的接地方式，电气安全性较差