电力系统过电压测量及分析

前言

1 电力系统过电压机理

1.1 电力系统电磁暂态概述

1.2 电力系统过电压分类

2 过电压在线监测系统传感器研究

2.1 套管末屏电压传感器

2.2 无间隙金属氧化物避雷器电压传感器

2.3 输电线路耦合电容电压传感器

2.4 变电站过电压全波形光学在线监测技术

3 过电压监测系统采集与传输分析系统

3.1 过电压在线监测系统概述

3.2 过电压在线监测系统结构

3.3 过电压监测系统采集装置

3.4 过电压信号传输系统

3.5 过电压波形分析系统

3.6 过电压波形远传终端分析系统

3.7 过电压在线测量案例分析

3.8 过电压统计分析

4 雷电波入侵电力系统波过程研究及暂态响应特性分析

4.1 雷电波入侵电力系统研究现状

4.2 复杂情况下的波过程

4.3 电力设备雷击过电压形成过程

4.4 变电站雷电入侵波仿真研究

4.5 变电站雷电入侵波的影响因素研究

4.6 变电站雷电入侵波的典型波形

4.7 雷击过电压在电网传播过程中的响应特性测量研究

4.8 雷电入侵波与变压器的绝缘水平的关系特性

4.9 雷电定位测量系统

5 特高压直流输电系统现场典型试验及波形分析

5.1 特高压直流输电系统典型试验波形采集及分析

5.2 特高压直流输电系统现场典型试验

6 过电压数字仿真计算

6.1 过电压数字仿真计算软件

6.2 操作过电压计算

6.3 工频过电压计算

6.4 大气过电压计算

6.5 铁磁谐振过电压计算

6.6 特快速暂态过电压计算

6.7 特高压直流输电系统的暂态计算

7 输电线路过电压实体动模测量分析

7.1 输电线路过电压实体动模概述

7.2 输电线路雷电通道模型建模方法

7.3 输电线路雷电通道模型软件仿真验证

7.4 动模实验台测试系统

8 电力系统过电压模式识别及分析

8.1 暂态过电压识别系统特征值选取

8.2 时域特征值提取

8.3 小波变换分析

8.4 奇异值分解理论

8.5 分类器特征值选择

8.6 基于SVM的暂态过电压识别系统的实现

8.7 数据预处理

8.8 参数选择及优化

8.9 现场波形参数的提取及修正研究

参考文献

索引 2100433B

开展电力系统过电压测量及分析对保障电网安全可靠运行具有重要意义。本书根据近年来采用的过电压监测新思维、新方法，结合现场大量实测数据，特别是中国特高压直流输电工程调试和运行期间的过电压试验，运用数字仿真、实体动模等分析手段，对各种过电压的形成机理和监测分析方法进行详细阐述，并基于树形结构的特征量提取方法，详细介绍了过电压的Z 新传感器及测试技术，以及过电压波形模式识别技术。

全书共分八章，包括电力系统过电压机理、过电压在线监测系统传感器研究、过电压监测系统采集与传输分析系统、雷电波入侵电力系统波过程研究及暂态响应特性分析、特高压直流输电系统现场典型试验及波形分析、过电压数字仿真计算、输电线路过电压实体动模测量分析、电力系统过电压模式识别及分析。

音频测量一般包括信号电压、频率、信噪比、谐波失真等基本参数。大部分音频参数都可以由这几种基本参数组合而成。音频分析可以分为时域分析、频域分析、时频分析等几类。由于信号的谐波失真对于音频测量比较重要，因此将其单独归类为失真分析。以下分别介绍各种音频参数测量和音频分析。

音频分析仪基本参数测量

音频测量中需要测量的基本参数主要有电压、频率、信噪比。电压测试可以分为均方根电压(RMS)、平均电压和峰值电压等几种。

频率是音频测量中最基本的参数之一。通常利用高频精密时钟作为基准来测量信号的频率。测量频率时，在一个限定的时间内的输入信号和基准时钟同时计数，然后将两者的计数值比较后乘以基准时钟的频率就得到信号频率。随着微处理芯片的运算速度的提高，信号的频率也可以利用快速傅立叶变换通过软件计算得到。

信噪比是音频设备的基本性能指标，是信号的有效电压与噪声电压的比值。信噪比的计算公式为：

2-1

在实际测量中，为方便起见，通常用带有噪声的信号总电压代替信号电压计算信噪比。

音频分析仪时域分析

时域分析通常是将某种测试信号输入待测音频设备，观察设备输出信号的时域波形来评定设备的相关性能。最常用的时域分析测试信号有正弦信号、方波信号、阶跃信号及单音突变信号等。例如将正弦信号输入设备，观察输出信号时域波形失真就是一种时域分析方法。

方波分析具有良好的突变性及周期性，通过观察设备对方波信号的输出信号波形能够很好的检测设备的各项性能，因此方波信号成为最常用的时域分析信号。

阶跃信号分析比较简单，主要用来检测音频设备对于信号突变的响应灵敏度。阶跃信号分析的参数通常两个，就是阶跃响应信号的上升时间和脉冲宽度。上升时间越小，设备对于信号突变的响应越灵敏，瞬态特性越好;脉宽越小，设备的阻尼特性越好，系统越稳定。

正弦信号在某个时刻峰值突然升高，形成突变，就是单音突变信号。由于单音突变信号的能量集中在一个很窄的频率范围，因此常用单音突变信号检测音频设备在某个特定频率的响应情况。单音突变信号的主要用途是快速判定某些音频设备，例如扬声器的阻尼特性等。

音频分析仪频域分析

频域分析是音频分析的重要内容，频域分析的主要依据是频率响应特性曲线图。前面提到的正弦检测、脉冲检测及最大长度序列信号检测都能够得到设备的频率响应。频率响应曲线图反映了音频设备在整个音频范围内的频率响应的分布情况。一般来说曲线峰值处的频率成分，回放声压大、声压强；曲线谷底处频率成分声压小、声音弱。若波峰和波谷起伏太大，则会造成较严重的频率失真。

音频分析仪时频分析

时频特性描述了音频设备在时间轴上随着时间的变化其频域特性的变化情况。时频特性不仅在频率的变化过程中描述了音频设备的响应状态，而且还在时间的变化过程中描述了音频设备的响应状态，也就是从三维的角度全面地描述了音频设备的响应特性。对于放音设备而言，主观听感的评述，如低音是否干净，背景是否无损，层次是否分明，音场的深浅等均与音频设备的时频特性均有密切关系。音频设备的时频特性是客观评价音频设备性能优劣的一个很重要的方面。

音频分析仪失真分析

音频设备的失真包括谐波失真、互调失真、相位失真及瞬态失真等几类。音频测量中最重要的是谐波失真，谐波失真，简单地说就是声音信号经音频设备重放后多出来的额外的谐波成分。从听众的角度看，不同的发声物体所发出的声音是由不同的基波和谐波构成的，听众可以根据声音的特性分辨出发声的物体。如果功率放大器将某种乐器所发出的乐音(乐音由基波和谐波组成)放大，经扬声器放音后，对基波和各次谐波的波形形状、幅值和相位均能无失真的重现出来，则可以认为是高质量的放音；否则，扬声器所放出的声音听起来烦躁、别扭，则谐波失真已经达到无法忍受，甚至使人无法分辨发声乐器的种类。因此，谐波失真是音频设备的重要性能指标。

谐波失真的测量方法有两种，一种是以正弦信号输入待测设备，然后分析设备响应信号的频率成分，可以得到谐波失真。另一种更简单的测量方法是首先利用带阻滤波器滤除响应信号中的基频成分，然后直接测量剩余信号的电压，将其与原响应信号作比较，就可以得到谐波失真。显然第二种方法得到的谐波失真是THD N，由于采用了信号的总电压值代替了基频分量电压值，因此得到的谐波失真比实际值偏小，且实际的谐波失真越大，误差越大。

在实际的音频测量时，通常在一定的频率范围内选取若干个频率点，分别测量出各点的谐波失真，然后将各谐波失真数值以频率为横坐标连成一条曲线，称为谐波失真曲线。

内容提要

本书由电力系统过电压的分析与计算及计算电力系统过电压的计

算机辅助设备两大部分组成。第一部分包括第一～第六章，主要介绍

输电线路的大气过电压和操作过电压的分析与计算、高压变电站的绝

缘配合等。对ZnO无间隙避雷器和气体绝缘变电站（GIS）作了系统、

全面的介绍是本书的一大特色。第二部分包括第七章，主要介绍了电

子模拟计算机、暂态网络分析、直流仿真器及数字电子计算机等计算

过电压的辅助设备，这是电力系统过电压的实验研究方法中的重要内

容，安排这部分内容，使本书独具特色。

本书是电力系统及其自动化专业的选修课教材，也是该专业硕士

研究生的教材，还可作为高等学校教师、工程技术人员及研究人员的

参考用书。