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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:謝廷彥
研究生(外文):Ting-Yen Hsien
論文名稱:電容耦合式比壓器電壓波形畸變之研究
論文名稱(外文):A Research of Coupling Capacitor Voltage Transformer for Voltage Distortion
指導教授:黃思倫黃思倫引用關係
指導教授(外文):Sy-Ruen Huang
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:電機工程所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:79
中文關鍵詞:阻尼電阻MOV主要氣隙元件EMTP/ATPDrawCCVT電壓波形畸變
外文關鍵詞:CCVTVoltage DistortionEMTP/ATPDrawGapDamping resistanceMOV
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在今日高科技產業蓬勃的發展下,電源供應的品質將顯得格外的重要。電容耦合式比壓器(CCVT)的功用是用來監測電力系統是否正常運作,因此若CCVT裝置發生故障時,將會直接影響電力系統的可靠度以及穩定度。本文即是探討CCVT裝置內部的主要氣隙元件發生絕緣劣化後,對於匯流排上電壓波形量測的影響。
研究過程中,本文使用EMTP/ATPDraw軟體建立CCVT測試系統模組,並且利用模擬驗證的方式探討電壓波形畸變之原因。研究結果發現主要氣隙元件發生瞬間短路故障,確實會造成CCVT發生電壓波形畸變現象;主要氣隙元件發生永久短路故障時,將會燒毀CCVT裝置內部的阻尼電阻元件,並且會造成電驛端的電壓值降低。最後,本文擬利用投入阻尼電阻的方式來抑制電壓波形畸變,然而當阻尼電阻投入時將會產生不必要的暫態現象。因此,本文仍建議直接將Si-C型式的主要氣隙元件更換為MOV型式的突波保護元件。
The quality of power plays an important role in the high technology industries nowadays. A coupling capacitor voltage transformer (CCVT) is a device for monitoring the power system operation. When the CCVT fault, then it would affect the stability of the power system. This text discussed the impact of bus voltage measurement when the gap insulation deteriorated in CCVT.
This thesis using EMTP/ATPDraw(Alternative Transients Program) software to simulate the reason for voltage distortion when normal operating condition. A comparison between simulated and recorded voltage waveforms confirmed that voltage distortion is caused by an instantaneous short-circuit fault in the CCVT. Simulation results also demonstrate that when a permanent short-circuit fault caused by a breakdown in the gap insulation layer, the damping resistance would burn out, thereby causing the under-voltage protection relay to execute an error action. Finally, this work attempted to introduce resistance into secondary winding to prevent voltage distortion; however this test caused additional serious transient voltage. Since the distorted voltage can affect power system stability, we recommend that the gap (Si-C) in the CCVT be exchanged for a metal oxide surge arrester (MOV), as the operating characteristics of a MOV are very stable and reliable
致謝 i
摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xi
縮寫及符號對照表 xii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究過程 2
1.3 章節概述 3
第二章 CCVT的暫態響應分析 4
2.1 CCVT的基本結構 4
2.1.1 分壓電容器 5
2.1.2 過電壓保護裝置 5
2.1.3 補償電抗器 7
2.1.4 中間變壓器(PT) 8
2.1.5 鐵磁共振抑制電路(FSC) 8
2.2 不同類型的FSC對於CCVT抑制鐵磁共振現象能力之評估 9
2.2.1 Type-1的FSC電路 9
2.2.2 Type-2的FSC電路 13
2.2.3 Type-3的FSC電路(本文所使用的FSC電路) 16
2.3 轉移函數的分析 19
2.3.1 極點的計算 19
2.3.2 暫態響應的分析 25
第三章 CCVT測試系統模型之建立 29
3.1 CCVT裝置之參數量測 29
3.1.1 參數的量測 30
3.1.2 銘牌參數修訂與元件參數的量測 30
3.1.3 中間變壓器之鐵心磁路計算 32
3.2 CCVT模型之建立 35
3.2.1 分壓電容的模型之建立 36
3.2.2 補償電抗器的模型建立 36
3.2.3 中間變壓器的模型建立 37
3.2.4 鐵磁共振抑制電路的模型建立 39
3.2.5 主要氣隙元件之模型建立 40
3.3 測試系統模型之建立 42
3.3.1 電源端模型之建立 43
3.3.2 架空傳輸線模型之建立 44
3.3.3 地下電纜模型之建立 46
3.4 CCVT模型的驗證 49
3.4.1 遠端線路加壓 50
3.4.2 停電作業 52
3.4.3 開關突波 53
第四章 CCVT電壓波形畸變的原因探討 55
4.1 主要氣隙元件故障對CCVT電壓波形畸變的影響 55
4.1.1 瞬間短路故障 56
4.1.2 永久短路故障 65
4.2 電壓波形畸變的改善方式 67
4.2.1 阻尼電阻控制模組的建立步驟 67
4.2.2 阻尼電阻控制模組抑制電壓波形畸變的能力評估 70
第五章 結論 74
參考文獻 76
作者簡介 79

圖目錄

圖2.1 CCVT的基本架構圖 5
圖2.2 過電壓保護裝置的基本架構圖 7
圖2.3 Type-1的FSC電路圖 10
圖2.4 Type-1的FSC測試電路圖 11
圖2.5 未裝設FSC的CCVT二次側電壓波形圖 11
圖2.6 未裝設FSC的鐵心電流波形圖 12
圖2.7 裝設Type-1的FSC之CCVT二次側電壓波形圖 12
圖2.8 裝設Type-1的 FSC之鐵心電流波形圖 13
圖2.9 Type-2的FSC電路圖 14
圖2.10 鐵心電感器的等效流程圖 14
圖2.11 裝設Type-2的FSC測試電路圖 15
圖2.12 裝設Type-2的FSC之CCVT二次側電壓波形圖 15
圖2.13 裝設Type-2的FSC之鐵心電流波形圖 16
圖2.14 Type-3的FSC電路圖 17
圖2.15 裝設Type-3的FSC測試電路圖 17
圖2.16 裝設Type-3的FSC之CCVT二次側電壓波形圖 18
圖2.17 裝設Type-3的FSC之鐵心電流波形圖 18
圖2.18 未裝設主要氣隙元件的CCVT基本架構圖 20
圖2.19 裝設主要氣隙元件的CCVT基本架構圖 21
圖2.20 裝設主要氣隙元件但未裝設FSC的CCVT基本架構圖 23
圖2.21 未裝設主要氣隙元件與FSC的CCVT基本架構圖 24
圖2.22 單位步階響應對阻尼比的響應圖 28
圖3.1 ABB(西屋PCA-9)低壓接線箱的銘牌 31
圖3.2 量測ABB(西屋PCA-9)低壓接線箱的實體圖 32
圖3.3 中間變壓器的鐵心磁路曲線之測量圖 33
圖3.4 ABB三節套管CCVT線路圖 35
圖3.5 CCVT的電容分壓器電路圖 36
圖3.6 補償電抗器的ATP模組圖 37
圖3.7 中間變壓器的ATP模組圖 38
圖3.8 中間變壓器的非線性磁路參數之輸入圖 39
圖3.9 可以調整分接頭的鐵磁共振抑制電路圖 40
圖3.10 鐵磁共振抑制電路的ATP模組 40
圖3.11 主要氣隙元件的結構圖 41
圖3.12 主要氣隙元件的模擬示意圖 41
圖3.13 主要氣隙元件的電壓-電流特性曲線圖 42
圖3.14 雙端電源同時供電的簡化示意圖 43
圖3.15 架空傳輸線的ATP模組 45
圖3.16 架空傳輸線模型的參數輸入圖 45
圖3.17 LCC地下電纜的ATP模組 46
圖3.18 第一類參數---LCC地下電纜模型內的參數設定 47
圖3.19 第二類參數---LCC地下電纜模型內的參數設定 47
圖3.20 CCVT模擬系統的完整測試圖 48
圖3.21 峨嵋超高壓變電所現場實測圖(1) 49
圖3.22 峨嵋超高壓變電所現場實測圖(2) 50
圖3.23 遠端線路加壓於分壓電容上的實測電壓波形圖 51
圖3.24 遠端線路加壓於分壓電容上的模擬電壓波形圖 51
圖3.25 停電作業於分壓電容上的實測電壓波形圖 52
圖3.26 停電作業於分壓電容上的模擬電壓波形圖 53
圖3.27 開關突波於分壓電容上的實測電壓波形圖 54
圖3.28 開關突波於分壓電容上的模擬電壓波形圖 54
圖4.1 事故一的模擬電壓波形圖 58
圖4.2 事故一的記錄電壓波形圖 58
圖4.3 事故一的模擬電流波形圖 59
圖4.4 事故一的記錄電流波形圖 59
圖4.5 事故一的電壓與其RMS值的波形圖 60
圖4.6 事故一的電流與其RMS值的波形圖 60
圖4.7 事故二的模擬電壓波形圖 62
圖4.8 事故二的記錄電壓波形圖 62
圖4.9 事故二的模擬電流波形圖 63
圖4.10 事故二的記錄電流波形圖 63
圖4.11 事故二的電壓與其RMS值的波形圖 64
圖4.12 事故二的電流與其RMS值的波形圖 64
圖4.13 主要氣隙元件永久短路於阻尼電阻兩端的電壓波形圖 66
圖4.14 主要氣隙元件永久短路於負擔端的電壓波形圖 66
圖4.15 阻尼電阻投入的判斷流程圖 69
圖4.16 阻尼電阻控制模組的ATP模組圖 70
圖4.17 未投入阻尼電阻的事故電壓波形圖(1) 72
圖4.18 投入阻尼電阻後的事故電壓波形圖(1) 72
圖4.19 未投入阻尼電阻的事故電壓波形圖(2) 73
圖4.20 投入阻尼電阻後的事故電壓波形圖(2) 73

表目錄

表2.1 轉移函數的計算參數 28
表2.2 計算結果 28
表3.1 銘牌的數值 31
表3.2 CCVT的各項參數值之實際量測值 32
表3.3 中間變壓器二次側的鐵心磁路參數值 34
表3.4 中間變壓器一次側的鐵心磁路參數值 34
表3.5 中間變壓器的參數值 38
表3.6 主要氣隙元件的設定參數 42
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