跨步电压（精选12篇）
跨步电压 篇1
1 引言
跨步电压即是人的两脚站在电位不同的地面上的两脚之间的电位差, 这种电压所造成的触电事故就叫跨步电压触电[1]。而在发电站变压器区域, 电压有的高达上百千伏, 故障电流非常大, 对工作人员构成了生命威胁, 因此跨步电压的安全测量方法是非常必要的。本文主要根据DL/T475-2006《接地装置特性参数测量导则》测量跨步电压的方法, 通过大电流发生器模拟一个故障电流给被测物体, 再用内置等效人体电阻的电压表对模拟人体双脚的电极进行跨步电压的测量, 并由此实验找出其改进措施, 为以后跨步电压的测量提供参考。
2跨步电压的形成
造成地面上各处电位不同的原因主要有:一是相线断线, 带电一端触地, 即以触地点为中心形成许多同心圆, 在不同的同心圆上其电位也不相等, 中心点的电位最高, 相反远离中心点的电位也越低 (图1) 。二是接地设备漏电时, 接地线带电或电线电缆绝缘破坏、接头处包扎不严导致漏电等, 也会以接地点或漏电点为中心, 形成电位不同的同心圆。当人的双脚站在不同的同心圆上, 跨步电压加于双脚时, 就会有电流流过人体。设前脚的电位为U1, 后脚的电位为U2, 则跨步电压U=U1-U2。显然距离电流入地点越近, 跨步电压越高, 其危险性亦越大。人体受到跨步电压作用时, 电流将从一只脚经跨步到另一只脚与大地形成回路[2~8]。
当跨步电压达到40~50V时, 人就有触电的危险。触电者的症状是脚发麻、抽筋、跌倒在地[2]。人若能蹦出同心圆, 就可脱离危险, 如果不能蹦出同心圆甚至被击倒, 会加大人体的触电电压, 危险性就会更大。这是因为当人站立时, 电流途径是流过双腿, 而倒地后, 电流则通过大脑和心脏, 可能会使人发生触电死亡。
3 跨步电压的测量原理
雷电流入地点周围电位分布区行走的人, 两脚间 (80cm) 的电压离落地点越远, 电流越分散, 地面的电势也越低, 为了降低跨步电压而需要人与雷电流入地点之间保持一定的安全距离, 即防跨步电压安全距离。
跨步电压是电气设备碰壳或电力系统一相接地短路时, 电流从接地极四散流出, 在地面上形成不同的电位分布, 人在走近短路地点时, 两脚之间的电位差。
利用大电流发生器向被测物体输入一个故障电流, 利用两个电极替代人体的双脚, 在电极之间并联一个等效人体电阻1.5kΩ, 利用选频电压表进行测量。按公式Uk=U Imax/I推算跨步电压。跨步电压测量示意如图2所示。
跨步电压的最大接触电压允许值按下式进行校核:其中t为短路电流持续时间。
4 跨步电压的测量方法
将大电流发生器输出电流设置为2A, 代替人体双脚的电极可采用包裹湿布的直径为20cm的金属圆盘, 并压上重物。两电极中心距离为1.0m, 跨步电压现场测量如图3。
从测量区域接地体开始沿直线方向, 每隔2.0m测量一点, 直到地网边缘为止, 再按公式Uk=U Imax/I推算跨步电压。对于被测试电气设备跨步电压抽查测试点的数值最大短路电流可由甲方提供。对计算的跨步电压进行数据整理并进行校核, 并判断所测跨步电压是否超过最大允许跨步电压值。
5 降低跨步电压的方法
如果所测跨步电压大于允许值, 可以在发电站经常维护的通道、保护网附近局部增设l~2m网孔的水平均压带, 可直接降低大地表面电位梯度, 此方法比较可靠, 但需要增加钢材消耗。
可以铺设砾石地面或沥青地面, 用以提高地表面电阻率, 以降低人身承受的电压。而此时地面的电位梯度并没有改变。可通过 (1) 采用碎石、砾石或卵石的高电阻率路面结构层时, 其厚度不小于15cm。 (2) 采用沥青混凝土结构层时, 其厚度为不小于4cm。采用电阻率高的路面措施, 在使用年限较久时若地面的砾石层充满水泥或沥青地面破裂时, 则不安全, 因此, 要定期维护。
可以增设垂直接地极来降低跨步电压, 增加垂直接地体具有非常显著的作用, 一是垂直极的引入, 降低了地电位升, 而跨步电压均与地电位有着直接的关系。二是因为增设垂直极后, 大部分故障电流通过垂直极流入大地, 相应减少了水平导体的散流量, 因此地表面的水平方向电流密度大大减少, 造成水平方向电场强度大大降低。
6 结语
通过大电流发生器模拟了一个故障电流给被测物体, 再用内置等效人体电阻的电压表对模拟人体双脚的电极进行跨步电压的测量, 并提出了降低跨步电压的一些方法, 为今后跨步电压的测量及降低方法提供参考。跨步电压可能引起触电危险的现象可能无法完全避免, 但若设法降低加在人体上的电压 (电势差) , 并及时采取必要措施, 则会有效降低触电危险。
摘要：根据DL/T475-2006《接地装置特性参数测量导则》测量跨步电压的方法, 通过大电流发生器模拟一个故障电流给被测物体, 再用内置等效人体电阻的电压表对模拟人体双脚的电极进行了跨步电压的测量, 并找出了其降低措施, 为以后跨步电压的测量提供参考。
关键词：大型地网,跨步电压,测量方法,发电站
参考文献
[1]张蓝丹.浅谈跨步电压触电及预防措施[J].电力科技, 2012 (10) :269.
[2]王妍, 孙奎明.跨步电压和接触电压的限制措施[J].科技创新导报, 2011 (29) :80~81.
[3]赵德宁, 黄国柱.一种消除跨步电压威胁的大楼防雷接地方式[J].山西建筑, 2009, 35 (24) :179~180.
[4]张晓, 尹晗, 何金良, 等.以降低跨步电压为目标的直流多环接地极电流配比的优化[J].高电压技术, 2012, 38 (5) :1217~1223.
[5]任合明, 周璧华, 杨春山, 等.地闪回击电流近区跨步电压研究[J].高电压技术, 2005, 31 (3) :4~6.
[6]中华人民共和国建设部.GB50057-2010, 建筑物防雷设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2010.
[7]中华人民共和国能源部.DL/T475-2006, 接地装置特性参数测量导则[S].北京:中国电力出版社, 2006.
[8]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T21431-2008, 建筑物防雷装置检测技术规范[S].北京:气象出版社, 2008.
跨步电压 篇2
学习目标与考点分析
1、通过与水压的类比了解电压的概念，知道电源提供了电压。
2、通过观察、实验掌握电压表的正确使用规则，学会正确使用电压表，能正确读数。
学习内容与过程
引入： 演示“串并联电路连接实验”，提问“为什么取出干电池，小灯泡无法点亮?那么怎样才能使小灯泡持续点亮呢”引导学生提出“电路中形成持续的电流的原因”引入新课。
一、电压
1、思考：当我们闭合电路中的开关，灯泡亮了，说明电路中产生了电流．当我们取下电池，再闭合开关，灯泡不亮，说明电路中没有电流．在这种情况下，为什么电路中不能形成电流，电源的作用是什么？
2、介绍水流的形成原因
3、强调：电路中电流的形成，是由于电路两端存在着电压，而电源的作用就好象水泵一样维持正负两极有一定的电压。电压是形成电流的原因。电压的符号用U表示．
在国际单位单位制中电压的单位是：“伏特”简称“伏”符号“ V” 常用单位：千伏（kV），毫伏（mV），微伏（μV）掌握其换算关系
4、一些常见的电压值:一节干电池电压1.5V;一节蓄电池电压2V;家庭电路的电压220V;人体安全电压36V。
二、电压表的使用
1、引导学生观察演示电压表，并思考回答下列问题： 电压表上有几个接线柱？“－”是公用接线柱，“3”或“15”是“＋”接线柱． 当使用“－”和“3”接线柱时，从表盘的下排刻线读数，量程是多大？最小刻度值是多少？ 使用“－”和“15”接线柱时，从表盘的上排刻度读数，量程是多大？最小刻度值是多少？
2、进行电压表的读数练习
3、电压表的使用方法 ： 1）、较零 2）、并联 3）、“正”入“负”出 4）、允许把电压表直接连到电源的两端（测电源电压）5）、被测电压不超出电压表量程
4、利用电压表测量电池组的电压。
结论：电压组的电压等于各干电池的电压之和。
三、串并联电路电压特点
1、串联电路电压特点：
（1）让学生预测课本图中两灯泡两端电压与总电压的差别？（2）怎样探究呢？请说出实验步骤并绘制表格（3）得出实验结论：U总= U1+U2 进一步的研究可以得到以下结论：串联电路两端的总电压等于各部分电路两端的电压之和。
2、并联电路电压特点：
女人的电压 篇3
女人初涉爱河的时候总是忐忐忑忑的，由于这样或者那样的原因，此时女人的电压就极为不稳。她的忽高忽低会让你心里发热头脑发晕。
男人的心是一个马达，男人与男人之间的区别也绝不在于他外表的潇洒与否，而在于他的那个心灵马达功率的大小。
一个叱咤风云的男人，他心灵马达的功率就很大，若找个心手相牵的人生伴侣，那么这个女人必须有个能够与之匹配的电压。这样的女人不仅要漂亮，而且还要聪颖能干，可以帮助男人处理各式各样的突发事件。
反之，一个老实巴交的男人，他心灵马达的功率就相对小些。他所找的女人并不需要有很高的电压，一般来说只要贤惠、本份就行了。因为对于一个普通的家庭来说，所谓婚姻，说白了就是搭伙过日子。
在现实生活中我们不难看到，一台功率较大的马达如果配给它的电压很低，那它就无法启动机器；同样，一个功率较小的马达，倘若配给它的电压很高，那很有可能烧坏机器，所有的人都懂得这样一个道理：只有电压与马达相匹配，才能发挥出最佳的工作效率，这也许就是婚姻中的男人与女人之间的辩证关系。
跨步电压 篇4
目前, 我国XLPE电缆的用量及电压等级正在逐年上升, 高压电缆外护套是电缆线路的重要组成部分, 其绝缘状态的优劣直接影响着电缆的使用寿命和电网的安全可靠运行。但因在施工过程中, 外护套被拖伤、压伤、石头或护联箱紧固螺栓顶穿;运行过程受白蚁破坏及外力破坏等造成电缆绝缘护套破损现, 而电缆护套一旦破损, 一方面会使电缆金属套 (或金属屏蔽层) 形成接地回路, 产生环流, 从而使电缆金属套发热, 加大电缆损耗, 降低电缆的带负载能力;另一方面由于破损处空气及水分的侵入, 会加速电缆金属套腐蚀, 而腐蚀处产生的电场集中, 易于产生局部放电和引发电树枝, 对电缆的短期运行安全造成威胁;此外破损处水分的侵入还会使主绝缘产生水树老化的几率增加, 严重影响电缆寿命。通过对电缆外护套故障工作的查找, 发现电缆外护套存在的缺陷隐患对运行安全带来一定的影响, 及时进行处理, 杜绝了安全事故发生的可能性。因此对护套破损处进行及时定位和修补非常重要。
2 故障发现、查找过程、原因分析、以下将以110kV皇石II线为例, 进行分析。
2.1 故障发现
2007年4月3日, 经对110kV皇石II线进行电缆外护套绝缘电阻测量时发现:110kV皇石II线B相外护套绝缘电阻为零。
现场数据如下:
由以上数据我们可以看到, 110kV皇石II线#1中间井——#2中间井B相的电缆外护套绝缘不合格, 存在故障。另外经测量发现, 110kV皇石I线#1中间井——#2中间井有两相的电缆外护套绝缘电阻也为零。110kV皇石II线的敷设方式有两种, 1/3是混合沟, 2/3是直埋沟, 而故障点的位置刚好在直埋沟这部分。结合以上情况, 初步判断该故障点可能由白蚁侵蚀电缆外护套所致。随即运用跨步电压法等仪器对外护套进行故障查找、修补及消缺工作。
2.2 故障查找过程
2.2.1 用电缆故障定位仪进行电桥法预定位
电桥法原理
被测电缆全长为L, 距测量点L1处有护层故障点P, 对地电阻为Rp。金属护套材料为铅或铝, 甚至不锈钢, 与电缆线芯相比, 电阻稍大, 均匀分布。因此, 当电桥平衡时, 电阻之比, 等于其长度之比。图中ZGH为高压恒流源, r为比例臂电阻。
其电路原理如图2, XP间的金属屏蔽电阻为R1, PYNM间的金属屏蔽电阻为R2。
接入电桥后构成如右电路
图中r1+r2=r0
则由电桥原理可得:
P为指示比例臂电阻的刻度盘读数
L为测试电缆的全长。L1为故障点距测量点的距离。
因此L1=2·P‰·L, 即可算出护层故障点P距测量点L1的大概距离。
经过公式L1=2·P‰·L算L1, 即故障点就在距#2中间井440米的地方。
2.2.2 用跨步电压法精确定点
由于电压测量误差、电缆总长度误差、及电缆蛇形敷设引起的偏差等, 使定位不准。进一步用跨步电压法精确定点。
跨步电压法基本设备为高压信号发生器和一套带有探针的电位差计或毫伏表。其原理如下图, 在电缆金属套与地之间施加一高压脉冲电流, 用电位差计沿电缆路径探测,
从护套不良点流入土壤的电流如示意图所示, 电源电压为负极性, 土壤表面电位呈漏斗状分布, 跨步电压法正是通过探棒寻找土壤中电势最低点或跨步电压零点。用这种方法, 找到使跨步电压指示仪最敏感、指针摆动幅度最大的点, 进而精确确定故障点的位置。
很快故障点被找到, 其故障位于110kV皇石II线经过益田路与福荣路交汇处的过路穿管口处。
经分析用电桥法所测故障点位置与用跨步电压法所测故障点不在同一个点上, 误差为3米。经开挖后, 发现故障点电缆外护套已被白蚁侵蚀的“斑斑点点”。
2.3 引起故障原因
2.3.1 高压电缆本体本身是无防白蚁的护套, 所以受到白蚁的侵蚀。
2.3.2 高压电缆施工时未做防白蚁处理。长期深埋与地下, 无法喷白发蚁药, 得不到常规的防蚁维护, 容易引起白蚁。所以对高压电缆本体一定要进行防白蚁处理。
2.3.3 施工单位在工程完成后, 回填泥土时, 没有及时清理施工现场, 遗留多余木板, 给白蚁在木板里面造巢穴带来便利。所以电缆沟道土层要干净, 不能有木屑等杂物。
3 处理方法
3.1 先将路面开挖, 打开盖板, 刨出细沙, 找到电缆外护套的故障点。
3.2 用葫芦将故障相电缆吊起, 用抹布把粘在电缆上的泥沙清理干净。
3.3 在故障相的两侧及故障点的位置, 用玻璃片将石磨层刨干净。
3.4 用绝缘自粘带、防水绝缘带及PVC, 将故障点修复。
3.5 将吊起的电缆放下, 沙子回填, 又喷洒了防白蚁药水。
3.6 在直埋段装了一根药管, 方便以后喷白蚁药水时, 药水能很好的渗入沟中。
3.7 再做一次绝缘电阻测试及试验。
3.8 检测数据合格后, 恢复该线路运行。
4 结论
最后检测数据:
跨步电压法的优点是原理简单、易操作、抗干扰好、破坏性少、定点直观准确, 适用于敷设于泥土地面内的电缆。而传统的直流冲击法冲击电压及能量较高, 长时间放电时对电缆金属护套及外护套都有破坏性, 且会将正常运行时不必处理的薄弱点击穿扩大为故障点, 因此对已投运的高压电缆不提倡使用此法。
跨步电压法也有不足之处:
4.1 易受地下金属管线 (如水管、天然气管等电位体) 的干扰, 特别在变电站或电缆接头井周围的干扰更为严重。
4.2 在干燥地面或马路上接受信号很弱, 需采取措施, 否则可能很难测到信号。
在实际查找故障过程中, 要结合不同设备特点及不同情况, 根据现场经验来判断选择不同的设备和方法。
摘要：高压交联聚乙烯绝缘电力电缆在我市的使用和发展已有二十多年的历史, 由于生产技术的发展、材料工业的进步, 以及相关产业日新月异的变化, 使得高压交联聚乙烯绝缘电力电缆在各个方面都有了显著的进步。本文就高压电缆外护套故障定位及用跨步电压法进行电缆外护套故障精确定点进行分析和介绍。借此能引起同业人员的关注, 以共同探讨。
什么叫安全电压及安全电压等级 篇5
安全电压，是指不致使人直接致死或致残的电压。一般环境条件下允许持续接触的“安全特低电压”是24V。(也可能是36V、12V AC/DC，24V最常见)。
所谓安全电压，是指为了防止触电事故而由特定电源供电所采用的电压系列。这个电压系列的上限，即两导体间或任一导体与地之间的电压，在任何情况下，都不超过交流有效值50伏。我国规定安全电压额定值的等级为42、36、24、12、6伏。当电气设备采用的电压超过安全电压时，必须按规定采取防止直接接触带电体的保护措施。
关于安全电压的相关规定
根据生产和作业场所的特点，采用相应等级的安全电压，是防止发生触电伤亡事故的根本性措施。国家标准《安全电压》(GB3805―83)规定我国安全电压额定值的等级为42V、36V、24V、12V和6V，应根据作业场所、操作员条件、使用方式、供电方式、线路状况等因素选用。
《安全电压》(GB3805―83)是一项关于对人没有危险电压的最权威的基础标准。充分分析表中的数据后可知，在最不利条件下(除医疗及人体浸没在水中外)，这种限值是：15～100Hz交流电压(有效值)不超过16v;无纹波直流为35v。其中50Hz交流16V的数值，较现今我国工程习惯(乃至初中物理教科书)还采用的36V，低得很多;更低于发布的GB4706.1―98(家用和类似用途电器的安全通用要求》中所规定的安全特低电压不超过42V的数值。
9月1日起实施的《特低电压(ELV)限值》GB/T3805-中不知道又有什么新规定，现在还找不到全文。
安全电压值的规定，各国有所不同，我国根据具体环境条件的不同，安全电压值规定为：
在无高度触电危险的建筑物中为65V。
在有高度触电危险的建筑物中为24V。
在有特别触电危险的建筑物中为12V。
中国环保企业跨步海外 篇6
近几年，環保产业进入快速发展期，全国环保企业数量从2005年的不足3000家快速增长到2014年的约5万家。2014年，中国环保产业总产值约为 3.98万亿元，2015年预计将达到4.5万亿元。
在产业规模壮大的同时，环保技术也在不断提升，培育了一批拥有自主品牌、掌握核心技术、市场竞争力强的环保龙头企业。
清华大学环境学院副院长左剑恶认为，环保市场的全球化发展，促使国内一些大型环保企业调整发展战略，已有的环境产品以及工程建设能力急需开拓新的市场。
在日前举行的中国-阿拉伯国家环境保护合作论坛上，业内人士普遍认为，当前绿色经济发展已成为多国共识，中国在建设“一带一路”战略中明确要“加强生态环境、生物多样性和应对气候变化合作，共建绿色丝绸之路”，这将为中国环保企业走出去提供市场和机遇。
全国工商联环境商会常务副会长、博天环境集团股份有限公司董事长兼总裁赵笠钧说，“一带一路”沿线国家大多是新兴经济体和发展中国家，其工业化、城市化正在加速发展，基础设施相对薄弱，不少国家的经济高度依赖能源、矿产等资源行业，环保市场需求潜力巨大。
“不久前全国工商联环境商会去肯尼亚内罗毕考察，发现当地急需饮用水清洁技术，而后续的环保需求也会逐步涉及污水处理、垃圾处理等方面。”赵笠钧告诉记者。
联合国环境规划署驻华代表处驻华代表张世钢说：“‘一带一路’战略是一个拥有巨大潜在影响力的区域合作框架，也是促进环保南南合作的新舞台。”
阿盟可持续发展与国际合作负责人莎赫拉·哈桑·艾哈迈德·瓦哈比告诉记者，阿拉伯国家渴望借鉴中国在环保方面探索出的一些创造性解决方案，同时也希望双方合作建立工业项目，用于新能源利用、海水淡化、沙漠化防治等。
在中国-阿拉伯国家环境保护合作论坛期间，中国环保部与阿盟秘书处共同签署了环境合作谅解备忘录，双方将在环境政策对话、污染防治、环境产业等方面进一步开展合作。
2013年，国务院印发的《关于加快发展节能环保产业的意见》中就提出，在支持节能环保产业“走出去”和“引进来”方面，中国将鼓励有条件的企业承揽境外各类环保工程、服务项目。
环保部总工程师刘华说，应鼓励国际间企业界参与合作，广泛开展技术交流，加强政府、企业和科研机构之间的科技合作和信息分享，促进产业合作与技术创新。
跨步电压 篇7
电力系统的无功补偿与无功平衡是保证电压质量的基本条件, 有效地控制和合理的无功补偿, 不仅能保证电压质量, 而且提高了电力系统运行的稳定性和安全性, 降低电能损耗, 充分发挥电能经济效益[7]。
随着电力系统互联的深入发展, 大容量超高压直流输电的应用, 分布式电源的并网[3], 负荷快速而不均匀的发展以及负荷峰谷差的不断拉大, 显著增大了电网无功电压耦合的复杂性, 给电网的无功电压调控带来了巨大的挑战和难度[2]。
系统电压控制涉及发电出力、负荷情况、功率因素、主变档位、无功分布等因素, 然而目前并没有对电压控制较为易于理解的决策支持方法。为解决此问题, 对影响电压、无功的诸多因素进行统筹分析, 依托电压无功象限分布情况, 制定了基于电压、无功象限分布的系统电压控制决策方法。
1 传统电压控制方法
系统运行人员根据电压无功曲线
下达无功调整操作指令
变电运行人员根据操作指令操作
图1系统电压无功管控流程
对于未实现AVC控制的电网, 传统的电压控制方法是由调度机构下达节点电压无功曲线, 由系统运行人员根据电压无功曲线, 结合节点电压实际情况进行控制, 流程如图1所示。而调度机构下达的电压无功曲线仅包含电压的上下限, 节点功率因素, 机组无功出力, 厂站无功投退情况。对于电压、无功的组合调节并无明确的要求, 需要系统运行人员根据自身经验进行考虑, 从而导致经验欠缺的运行人员, 往往只重视电压的管控, 对无功分布的管控欠缺。
2 影响电压无功分布的重要因素分析
影响电压、无功分布的重要因素主要包含发电机无功出力、无功就地补偿容量、主变档位、节点电压支撑需求及负荷情况等[1]。然而对不同情况下的电网, 影响电压无功分布的重要因素的重要性不同。在不同的负荷情况及发电出力情况下, 节点电压支撑需求不同, 从而相应的无功就地补偿要求及主变档位调整要求不同。
根据以上分析及文献[1], 可建立基于电压无功分布的双目标优化函数模型:
式中:α、β为双优化目标的加权因子, 根据目标函数的重要度进行设定, α+β=1;f1 (Vad) 为电压质量最优目标函数, n为除平衡节点外的节点总数, U为监测节点实际电压, Uj为节点给定电压, ∆Uj为节点电压给定最大偏移值;f2 (Ploss) 为网损最优目标函数, nl为系统总支路数, Gk (i, j) 为支路i至j的电导, Ui, j分别为节点i和j的电压, θ (i, j) 分别为节点i和j的相角;G (Pi) 为给定系统潮流情况下的i机组无功出力, 其中Gi1为机组最大进相运行无功出力值, Gi2为机组最大迟相运行无功出力值;B (Pi) 为节点i在给定潮流情况下的无功补偿值, Bi1为该节点最大无功补偿值;T (Pi) 为主变i在给定潮流下的监测点侧电压值, 一般取中压、低压侧, Ti1为主变i在最高档位时的电压调节能力, Ti2为主变i在最低档位时的电压调节能力;U (Pi) 为上级调度对系统在i状态下的电压评估结果, Ui1为相应状态下可能的最低电压, Ui2为相应状态下可能的最高电压。
根据公式1可知, 系统电压无功双优化目标函数是一个复杂的数学模型, 不仅要考虑在一个静态潮流下, 相关约束变化后导致的电压、无功分布情况, 还要在一个静态潮流下因一个约束条件变化后重新计算相应的静态潮流变化及其为了达到优化目的而制定的另外的约束变化。当电网节点数增大n倍后, 计算量呈n次方增长, 显然不利系统运行人员快速判断, 对工程应用也无实际效用。
3 电压无功象限分布的决策方法
3.1 电压无功象限分布决策原则
为解决电压无功双目标优化函数模型复杂性对系统运行人员快速判断的影响, 同时从工程应用的角度出发, 对电压无功在不同分布状态下需求的调节手段进行定性分析, 如下表所示。
为了做到在调整电压的同时能兼顾无功分布, 使得系统在确保电压稳定的同时, 输电网络损耗尽量降低。考虑将节点的电压状态与节点无功分布情况相结合, 制定电压、无功的象限分布图, 并针对每个象限的情况制定相应的适合工程应用的调整原则。如图2所示。
3.2 电压无功象限分布决策方法
根据图2所示, 在以上四个象限情况下的控制原则, 对应的控制手段分为不同情况, 但需考虑该手段对电压或者无功的影响, 确保在电压合格的情况下, 无功也尽量满足最优分布要求。结合表1中的相关常用手段, 以及工程实际应用中的需求, 制定了电压无功象限分布决策方法, 如图3所示。
通过图3所示的电压、无功象限分布决策方法, 可避免系统运行人员因为时间紧迫而导致决策错误。运行人员通过判断目前电压情况及无功分布情况, 查找对应的象限, 从而根据电压无功象限分布决策方法及厂站实际情况, 选择目前可用的控制手段。为系统运行人员快速制定电压、无功调整控制策略提供了定性的帮助。虽然无法达到电压无功的最优调节, 但能使得电压无功的匹配调节达到一个较为有效的结果。
3.3 扩展应用
制定电压无功象限分布决策方法的目的, 是为了对未实现AVC控制的电网, 制定应用于人工控制的快速决策方法, 但本方法仍然适用于AVC控制系统。AVC控制系统常用的控制方法[8,9], 以节点电压为唯一控制标准, 通过对无功装置、主变档位、机组出力的协调控制, 使得电压能满足设定要求。
然而利用电压无功象限分布决策方法, 结合AVC系统的数据采集、比对功能, 可实现电压无功在象限内的决策手段进一步细化。形成图4所示的电压无功象限分布决策方法。
基于图4所示电压无功比对的象限分布决策方法, 利用了AVC系统的数据采集、比对功能, 但还需要在AVC系统中设定电压、无功比对边界条件。因此需要系统运行人员根据电网长期的电压无功运行数据, 制定边界条件, 便于AVC系统根据决策方法, 快速选择调整手段。
4 应用情况
由于昆明电网2015年还未完成AVC系统的建设投产, 系统电压控制主要还是靠系统运行人员根据电压无功曲线人工控制, 应用电压无功象限分布决策方法对昆明电网2015年110k V、35 k V、10 k V母线电压进行管控调节, 取得了明显的效果。昆明电网2014、2015年110k V、35 k V、10 k V母线电压合格率如表2所示。昆明电网2014、2015年综合线损率也取得了较为明显的提高, 虽不完全是因电压无功匹配调整的成效, 但通过电压无功象限分布决策方法实行电压无功的匹配调整, 对综合线损率也具有积极效应。
5 结束语
1) 利用电压无功象限分布决策方法能快速指导系统运行人员作出决策, 对未实现AVC控制的电网具有明显的指导作用。
2) 利用电压无功象限分布决策方法具有兼顾电压合格率及网损的效果, 通过应用本方法虽无法做到电压、无功的精确控制, 但在一定粗糙度范围内可达到电压、无功匹配调整的目的。
参考文献
[1]王晓文, 赵彦辉.电力系统无功优化模型的研究综述[J].华北水利水电大学学报 (自然科学版) , 2015, 36 (2) :63-69.
[2]顾丹珍, 徐瑞德.一种地区电网多目标无功优化的新方法-改进模拟退火算法[J].电网技术, 1998, 22 (1) :71-74.
[3]文福栓, 韩祯祥.人工神经元网络模型的无功电源最优分布及经济调度[J].中国电机工程学报, 1992, 12 (3) :20-28.
[4]刘传铨, 张焰.电力系统无功补偿点及其补偿容量的确定[J].电网技术, 2007, 31 (12) :78-81.
[5]张勇军, 林建熙, 杨银国.电力系统无功电压调控配合研究综述[J].电网技术, 2012, 36 (3) :101-106.
[6]乔蕾, 郭力, 张尧, 等.基于最优潮流的分布式小水电无功考核方法[J].电力系统自动化学报, 2008, 20 (2) :88-93.
[7]夏成军, 崔弘, 王强, 等.考虑静态安全约束的分布式电源准入容量计算[J].电网技术, 2009, 33 (16) :96-100.
[8]翟伟芳.基于上下层电网协调的变电站电压无功控制策略研究[D].华南理工大学硕士学位论文, 2012.05.
跨步电压 篇8
关键词：电压表,测试,压板电压
1 引言
电压表不仅在电工、电子行业及日常生活中得到应用, 而且在发电厂、变电站运维工作中, 进行倒闸操作、日常维护, 都离不开电压表。
在电力生产过程中, 由于发电厂、变电站运维人员不懂得保护出口压板异常电压测试测试原理、方法及使用注意事项, 往往形成事故, 对电力系统造成重大损失。因此, 熟悉保护出口压板异常电压测试原理, 掌握正确的测量方法, 是安全生产的重要保障。
2 电压表使用注意事项
(1) 检查电压表外观无影响测量的缺陷;
(2) 电压表的检验合格证应在有效期;
(3) 指针式电压表在水平放置指针应指零;
(4) 测量前估计被测电路的性质 (交流或直流) ;
(5) 测量前估计被测值大小, 选择适当量程。选择的量程应使电压表指针指在满刻度的2/3左右[1];
(6) 对于指针式电压表, 红、黑表笔接压板的位置不得颠倒, 否则电压表指针会反偏, 打坏指针;
(7) 要用绝缘胶布将电压表的表笔包住, 避免直接接通“上”、“下”压板, 形成事故;
(8) 一般保护出口“上”压板都接直流电源负极, “下”压板都接直流电源正极。实际生产中, 难免厂家会接错, 为避免测量出错, 因此要求上下压板都应测量。
3 电压表测试保护出口压板异常电压分析
断路器跳闸回路如图1所示。图1中, R1和R2 (与R1相等) 构成的支路为直流系统绝缘监察装置回路, K为电流继电器;﹢WC、﹣WC表示控制电源小母线, KCO为保护出口中间继电器, XB为保护出口压板, XB的“1”端表示压板的上端, XB的“2”端表示压板的下端;QF1为断路器的常开辅助触点, YT为断路器跳闸线圈[2]。根据倒闸操作的要求, 当断路器处于合闸位置 (QF1也闭合) 时, 需要投入保护出口压板XB时, 若保护装置异常造成保护出口继电器KCO动作, 形成电流的通路为:﹢WC→KCO→XB→QF1→YT→﹣WC, 跳闸线圈YT通电而将正常运行的断路器断开, 形成事故。
因此, 按照规程的规定, 当断路器处于合闸位置时, 在投入该断路器的保护出口压板时, 必须测试保护出口压板两端无异常电压[3]。测量保护出口压板异常电压的方法有“测量压板对地电压”、“测量压板对负电压”、“直接测量压板两端电压”三种方法。
3.1 电压表测量保护出口压板对地电压
(1) 测量保护出口压板“上”端对地电压。将电压表切至直流电压250V档, 红表笔一端接电压表的“+”插孔, 黑表笔一端接电压表的“*”端插孔, 电压表的黑表笔另一端接保护出口压板XB的“1”端, 红表笔另一端接地。此时第一支路R1与R2之间的接地端与电压表红表笔的接地端通过大地形成回路, 电压表与电阻R2形成并联关系, 电压表测得的电压既是电阻R2两端的电压。由于R1=R2, 所以R1与R2分得的电压相等, 电压表的读数为110V, 即保护出口压板“上”端对地电压为“-110V”。此时, 当继电保护装置正常 (KCO触点断开) 或不正常 (KCO触点闭合) , 均不影响测试结果。
(2) 测量保护出口压板“下”端对地电压。如图1所示, 将电压表的红表笔接保护出口压板XB的“2”端, 黑表笔接地。此时第一支路R1与R2之间的接地端与电压表黑表笔的接地端通过大地形成回路。当继电保护装置异常造成KCO触点闭合时, 电压表与电阻R1形成并联关系, 电压表测得的电压既是电阻R1两端的电压。同上分析可得, 电压表的读数为110V, 则保护出口压板“下”端对地电压为“+110V”;当继电保护装置正常时, 即图1中KCO触点是断开的, 则电压表测得的电压为0V。
因此得出结论, 在断路器处于合闸位置时, 当测得保护出口压板XB“上”、“下”端对地电压分别为“-110V”、“0V”时, 保护出口压板无异常电压, 可以投入该压板;当测得保护出口压板XB“上”、“下”端对地电压分别为“-110V”、“+110V”时, 保护出口压板有异常电压, 不能投入该压板。
3.2 测量保护出口压板对负电压
在保护屏后面的端子排上, 我们都能很方便的找到与控制电源负极相连的端子。测量保护出口压板上、下端对负电压, 也能正确判断保护出口压板有无异常电压。
(1) 测量保护出口压板“上”端对负电压。将电压表的红表笔接保护出口压板XB的“1”端, 黑表笔接负极。由于与电压表串联的保护出口压板XB是断开的, 所以电压表测得的电压为零, 即保护出口压板“上”端对负电压为“0V”。此时, 不管图1中保护出口继电器KCO触点是断开 (保护装置正常) 还是闭合 (保护装置异常) , 均不影响该测试结果。
(2) 测量保护出口压板“下”端对负电压。如图1所示, 将电压表的红表笔接保护出口压板XB的“2”端, 黑表笔接负极。当继电保护装置异常 (继电器KCO触点闭合) 时, 则电压表测得的电压即是控制电源正负极之间的电压, 电压表读数为220V, 即保护出口压板“下”端对负电压为“+220V”;当继电保护装置正常 (KCO触点断开) 时, 则电压表读数为0V, 即保护出口压板“下”端对负电压为“0V”。
因此得出结论, 在断路器处于合闸位置时, 当测得保护出口压板XB“上”、“下”端对负电压分别为“0V”、“0V”时, 保护出口压板无异常电压, 可以投入该压板;当测得保护出口压板XB“上”、“下”端对地电压分别为“0V”、“+220V”时, 保护出口压板有异常电压, 不能投入该压板。
3.3 直接测量保护出口压板两端电压
直接将电压表的红表笔接XB的2端, 黑表笔接XB的1端, 若电压表读数为零, 说明保护装置正常, 可以投入压板;若测得电压为220V, 说明保护装置异常, 不能投压板。但是一般不提倡采用直接测量法, 因为万一电压表出现短路情况或在工作中错将万用表的电流档当成电压档使用, 则会造成保护压板两端有异常电压时直接接通YT线圈而造成断路器跳闸。
4 结语
结合带直流系统绝缘监察装置的断路器跳闸回路接线, 可以分析电压表测试保护出口压板两端异常电压的原理及方法。在实际工作中建议采用“测量压板对地电压”和“测量压板对负电压”两种方法。只有熟悉电压表测量保护出口压板两端异常电压的使用注意事项, 掌握正确的测量方法, 才能避免人为安全事故的发生。
参考文献
[1]张斌.电工仪表及测量 (第一版) [M].北京:中国电力出版社, 2011.
[2]黄栋.发电厂及变电站二次回路 (第一版) [M].北京:中国水利水电出版社, 2004.
跨步电压 篇9
为了适应并促进较低电压等级电网的数字化发展趋势, 提出了适用于6～35 kV 电网的电阻分压式电子型电压互感器 ERVT (Electronic Resistor - divider - based Voltage Transformer) [1,2,3,4]。这种 ERVT 采用电阻分压器作为传感单元, 将被测母线电压转换成与之成比例的小电压信号送信号处理电路进行滤波、移相及放大等处理, 最后输出满足 IEC60044-7标准的信号, 供测量和保护装置使用。由于信号处理单元对地电位很低, 不存在对地绝缘问题, 因而无需使用光纤进行信号传输。显然, ERVT 具有测量频带宽、动态特性好、线性范围大、绝缘结构简单、体积小、造价低、易实用化等优点。但是, ERVT 也存在明显的不足之处, 如:适用范围有限、没有实现一次系统与二次系统的完全隔离、二次系统易受一次系统的干扰等。为了克服这些缺点, 进一步简化电压互感器的绝缘结构, 现提出一种基于电压-电流变换和弱电流检测技术的电子式电压互感器 EVCVT (Electronic Voltage - Current - conversion - based Voltage Transformer) 。
1 组成原理
基于电压-电流变换和弱电流检测技术的 EVCVT 的组成结构与工作原理如图1所示。
由图1可见, EVCVT 由电压-电流变换元件 ZVI、弱电流检测处理装置以及保护间隙 S 等3部分组成。其中, 电压-电流变换元件 ZVI 选用精密线性复阻抗, 它的一端接于被测母线, 另一端接地。流经 ZVI 的电流 Ix 与母线电压 Ux 之间呈现线性关系, 二者之间的关系见式 (1) :
Ux=ZVIIx (1)
由式 (1) 可知, 如果复阻抗 ZVI 的阻抗值 zVI 与阻抗角 φz 为固定值, 则电压 Ux 与电流 Ix 之间就会存在固定的比例关系和固定的相位关系, 比例因子为 zVI, 相位差为 φz。由于电压-电流变换元件为精密线性元件, 只要适当选取阻抗值 zVI, 电压-电流变换元件 ZVI 就可以把被测母线电压 Ux 按固定比例关系 (1/zVI) 转换为毫安级别的弱电流 Ix, 而且电压到电流变换过程中所产生的固定的相位偏差取决于变换元件的阻抗角 φz。
弱电流检测处理装置是利用电子测量技术和微机检测技术实现的电子检测处理装置, 由弱电流传感单元、数据处理单元以及信号输出单元3个部分组成, 其主要功能如下:
a. 实现对电压-电流变换元件接地引线中毫安级别弱电流 Ix 的精确测量;
b. 根据式 (1) , 将电流 Ix 的测量结果换算成被测母线电压 Ux;
c. 以模拟信号形式输出被测电压信号, 供模拟仪表与模拟保护装置使用;
d. 以数字信号形式输出被测电压信号, 供数字仪表以及数字保护装置使用。
由于电子检测处理装置安装于电压-电流变换元件的接地侧, 其对地电位非常低, 不存在对地绝缘问题。因此, 它与二次装置之间的连接不必使用光纤传输, 且对供电电源也无特殊要求。但是, 如果在 EVCVT 的运行中出现接地不良 (接地线松动或断线) , 一次侧的高电压将会窜入到二次侧, 将会严重威胁二次设备与人身安全。为了避免这种情况, 在 EVCVT 的一次侧设置了保护间隙 S, 其击穿电压应远小于电流取样元件 TA 的隔离电压。
2 电压-电流变换
如上所述, 电压-电流变换元件 ZVI 负责完成被测母线电压到毫安级别弱电流的转换。为保证电压互感器有较高的准确度, 变换元件需选用精密线性元件, 而且变换元件必须具有较高的稳定性。理论上, 电压-电流变换元件可以使用电阻、电容及电感组成的复阻抗。但在实际工程应用中, 电压-电流变换元件易使用纯电阻或者纯电容2种元件, 以简化变换元件的绝缘结构与制造工艺, 同时还可简化对电压到电流变换过程中产生的相位偏差所做的软件补偿或硬件补偿。电阻变换元件适合于6～35 kV 中压电网, 而电容变换元件则适合于110～220 kV 高压电网, 甚至适合于330 kV 以上的超高压电网。受篇幅所限, 这里仅讨论电阻变换元件作为电压-电流变换元件的情况。
用纯电阻元件构成电压-电流变换元件 ZVI 时, 变换元件仅完成被测母线电压到毫安级别弱电流的转换, 且在电压到电流变换过程中不产生相位移, 即输出电流与被测电压同相位。这时, ZVI=RVI, 由式 (1) 可知, 电压与电流之间的变换关系见式 (2) 。
Ux=RVIIx (2)
为了实现母线电压到毫安级别弱电流的转换, 电压-电流变换元件的额定阻值可按式 (3) 选择。
RVI=UN/IN (3)
式中 UN 为电网的额定电压 (V) ;IN 为变换元件的额定电流 (A) 。
变换元件的额定电流应选择毫安级别的电流。增大额定电流虽然可以使得电流测量变得更为容易, 但也会使互感器从电网吸收过多的能量, 增大变换元件的功率损耗而引起较大的温升, 影响变换电阻阻值的温度稳定性, 从而增加测量误差而影响互感器的准确度。反之, 如果额定电流过小, 则易受电晕放电电流和绝缘漏电电流的影响, 也会增大测量误差而影响互感器的准确度, 而且易受外部电磁场的干扰[1,2,3]。与毫安级额定电流相对应, 电压-电流变换元件的额定阻值为兆欧级。
为了保证电压-电流变换元件阻值的温度稳定性, 变换电阻的额定功率可按式 (4) 确定。
PN=KrUNIN (4)
式中 Kr 为裕度系数, 1.5≤Kr≤2;PN 为电压-电流变换元件的额定功率 (W) 。
变换电阻在工作过程中会因消耗电能而产生热量, 从而引起电阻元件的温度变化, 进而引起其阻值发生改变, 影响其阻值稳定性。为充分保证变换元件阻值的温度稳定性, 必须保证电阻额定功率大于正常工作条件下变换电阻消耗的实际功率。因此, 式 (4) 中引入了裕度系数, 裕量的大小视具体散热条件而定[3]。通常情况下, 裕度系数可取1.5～2。
高阻、高压的厚膜电阻具有高阻值、高耐压、高稳定性等特点, 非常适合用作电压-电流变换元件。其最大阻值可达2 GΩ, 单体工作电压可达40 kV (交流有效值) , 温度系数以及电压系数可以做得很低, 高稳定性的厚膜电阻经受冲击试验后阻值非常稳定, 而且阻值可以做得很精确, 外形尺寸也很小, 完全适合于6～35 kV 中压电网的电压测量[3,4,5]。
为了减少电压互感器的测量误差, 保证 EVCVT 有较高的准确度, 在电压-电流变换元件的设计中, 除了电阻元件种类的正确选择及元件参数的合理选用外, 还必须做到合理的结构设计, 以减小杂散电容的影响。电阻变换元件的对地杂散电容是影响电压互感器性能的主要因素, 减少变换元件对地杂散电容的影响是改善电压互感器特性的重要措施, 而合理的结构设计可明显地减少对地杂散电容的影响, 并将其影响限制到允许的范围内[1,2,3,4]。与电阻分压式电压互感器中的电阻分压器相比, EVCVT 中的电压-电流变换元件没有中间抽头, 不存在上、下臂元件间的配合问题, 因而其结构更为简单。但从减少对地杂散电容的影响以及满足绝缘要求等方面看, 电压-电流变换元件的结构设计与电阻分压器的结构设计相同。因此, 电压-电流变换元件的结构设计可参阅文献[1,2,3,4,5], 这里不再赘述。
3 弱电流检测
如上所述, 电压-电流变换元件把被测母线电压按照固定的比例关系变换为毫安级别的弱电流, 而且对于电阻变换元件而言, 从电压到电流的变换过程中不会产生相位移, 即保持输出电流与被测电压同相位。因此, 只要准确测量出弱电流 Ix, 就可以在数据处理电路中很容易地计算出被测母线电压 Ux。由此可见, EVCVT 把高电压测量问题转化成了弱电流的检测问题。很显然, 弱电流的精确测量是实现 EVCVT 的关键技术。事实上, 弱电流精确检测技术已比较成熟, 而且已广泛应用于电力设备的在线监测中[6,7,8]。因此, 基于电压-电流变换以及弱电流检测技术的 EVCVT 在技术上完全可行。
在 EVCVT 中, 弱电流传感单元实现对电压-电流变换元件接地引线中毫安级别弱电流的精确测量, 因而是 EVCVT 中极为重要的环节, 其组成与工作原理如图2所示。由图2可知, 弱电流传感单元主要由2部分组成:弱电流传感器 (TA) 和信号调理电路。其中, 弱电流传感器实现对弱电流信号的取样, 而信号调理电路则实现对取样信号的预处理。
弱电流传感器可采用多匝串入式电磁线圈或单匝穿心式电磁线圈, 以实现弱电流信号的隔离测量。对于多匝串入式电磁线圈, 因其一次绕组匝数较多, 因而对弱电流信号的变化反映较为灵敏, 二次侧输出信号较强, 有利于提高信号传输的信噪比, 但这种传感器需要串入到电压-电流变换元件接地引线中, 使用不够方便。而对于单匝穿心式电磁线圈则恰恰相反, 因其原边绕组仅为一匝, 反映弱电流信号变化的灵敏度较差, 二次侧输出信号的幅值较小, 信号传输的信噪比较低。但它不需串入到电压-电流变换元件的接地引线中, 而是直接套装在变换元件的接地引线上, 使用非常方便, 且安全性较高, 因而在电力系统弱电流检测中得到了广泛应用[6,7,8]。
信号调理电路主要由电流-电压变换电路、滤波电路、相位补偿电路及线性放大电路等部分组成, 负责完成对取样信号的滤波、相位补偿及信号放大, 从而输出与被测电流成比例且同相位, 同时满足 A/D 电路输入要求的电压信号。需要特别强调的是, 为保证 EVCVT 的准确度, 减少测量误差, 信号调理电路必须采用温度稳定性高、线性度好的精密电子元件。目前, 我国一些公司已能提供产品化的、将弱电流传感器与信号调理电路合二为一的高精度电量传感器, 如:WB-I 411系列交流电流隔离传感器, 可以实现毫安级别弱电流的精确测量。WB-I 411系列电流传感器的输入标称值系列为1 mA、2 mA、5 mA、10 mA、20 mA、50 mA、100 mA 等, 线性测量范围为0～120 % 标称输入, 精度等级为0.1级, 频率范围为25 Hz～5 kHz。WB-I411采用新型电磁隔离, 隔离电压大于2.5 kV DC (1 min) , 可完全满足 EVCVT 中毫安级别弱电流的检测需要, 可以用作 EVCVT 中的弱电流传感单元。
4 数据处理与信号输出
数据处理单元主要由数据采集电路与微机系统组成。它对弱电流传感单元输出的电压信号 UAD 进行采样保持、模数转换, 完成数据处理与换算, 并对前级测量误差进行软件补偿[9,10], 从而得到数字形式的被测母线电压。为了保证电压互感器的准确度, 模数转换电路必须选用高分辨率的高速 A/D 器件。至于微机系统, 则可根据对电压互感器的性能要求, 选择微控制器 (MCU) 系统或者数字信号处理器 (DSP) 系统。
信号输出单元包括模拟输出电路和数字输出电路, 以满足 IEC60044-7标准对输出信号的要求。模拟输出电路对数据处理单元得到的数字信号进行数模转换、平滑滤波及信号放大, 以模拟信号形式输出被测电压 (二次电压) 。模拟输出电路必须采用温度稳定性高、线性度好的精密电子元件, 以减少测量误差, 从而保证 EVCVT 的准确度。 数字输出电路采用 RS-485串行接口, 用以直接输出数字信号形式的被测电压。串行口设计成半双工双向通信口, 以适应 EVCVT 的2种工作模式:设置与调试模式/正常运行模式。在设置与调试模式下, PC 机 (上位机) 以“命令/应答”方式与 EVCVT 通信, 完成 EVCVT 的设置与调试。在正常运行模式下, EVCVT 以“命令/无应答”方式主动地不断向数字仪表、数字保护装置或合并单元发送电压数据[11]。EVCVT 必须采取适当的硬件措施[12]和软件措施[13] , 以保证装置通信的可靠性, 从而保证二次系统可靠工作。
5 结语
EVCVT 利用电压-电流变换和弱电流检测技术实现电网电压的精确测量。与传统电压互感器相比, EVCVT 具有绝缘结构简单、体积小、重量轻、线性度好、动态范围宽、暂态性能好等优点, 而且不会引起电网的铁磁谐振, 更容易与数字仪表及微机保护接口。与光电式电压互感器相比, EVCVT 不存在供电难题, 其数字输出接口为常用的 RS-485口, 因而更容易取得实用化进展, 对中压或高压电网尤其如此。与电阻或电容分压式电压互感器相比, EVCVT 的电压-电流变换元件的结构比分压器更简单, 而且实现了一次系统与二次系统的完全隔离, 因而其使用安全性更高。总之, EVCVT 的推出与应用必将大大推动变电站尤其是6～35 kV 变电站的数字化进程。
跨步电压 篇10
基准电压源模块因其输出稳定, 与电源电压、温度等变化无关, 广泛应用于模拟和数模混合电路中, 例如A/D, D/A转换器, 逆变器等[1]。应用于高压逆变器中的基准电压源, 为其他模块提供偏置电流和作为比较器等的基准电压使用, 对此要求其在温度和电压变化的时候仍能保持其输出电压稳定, 否则会引起电路出现逻辑混乱, 使系统不能正常工作, 甚至发生过压击穿等事故。 这样在高压中低频环境下需要一个有良好温度系数和高电源电压抑制比的基准电压源的重要性就不言而喻。
传统的基准电压源在0~70 ℃的温度范围内产生温度系数为1×10-4/°C的基准电压, 电压抑制比在-80~-70 d B, 且随着频率升高在103Hz左右迅速下降, 难以达到逆变器电路要求。本文采用无锡上华1 μm、700 V高压CMOS工艺进行设计与仿真, 通过推导分析基准电压源电压抑制比的影响因数, 对核心电路进行了改进并设计了一个高开环放大倍数, 高电源抑制比的放大器, 以减小温度系数并提高基准电压源的电压抑制比。此基准电压源的温度系数达到8 ppm/℃, 交流低频电压抑制比达到-112 d B, 并在中高频都能保持较高的电压抑制比。
1改进的基准电压源电路
利用双极晶体管Vbe电压的负温度系数和不同电流密度偏置下两个双极晶体管电压差Vbe产生的正温度系数特性, 可以获得零温度系数基准电压[2]。如图1所示, 是经过改进的带隙基准电压源核心电路。使用两个双极晶体管并联来消除放大器失配的影响, 用共源共栅电流源来保持每个支路的电流有相同的温度系数, 并且利用共源共栅的电压屏蔽特性来解决因MOS管沟道长度调制所产生的对电源电压的依赖性[2,3]。
如图1所示, 放大器工作在深度负反馈下, 以保持Va和Vb相等, 即Va= Vb, 同时Va= 2Vbe, Vb= 2Vbe3+ IR2, 可得到:
式中:IS= AE× JC;AE为发射极面积, JC为集电极电流密度。
当T=300K时, 此时, 令双极晶体管Q3, Q4的发射极面积为Q1, Q2的N倍, I1, I2的电流为I3, I4的M倍, 再适当选取R1, R2的值, 使则可得到零温度系数输出电压Vref。
2 电源电压抑制比分析
启动电路和偏置电路对基准电压源的电源抑制比不产生影响, 电源电压抑制比只与放大器和带隙基准核心电路有关, 对于这两部分的结构如图2所示。
其中, A1 (s) 为放大器输入到输出的传递函数, 即放大器的开环放大倍数, V1为放大器的输出, Add (s) 为电源电压对放大器输出V1的传递函数, A2_va (s) , A2_vref (s) 分别为放大器的输出V1到端点a, Vref的传递函数, Add_va (s) , Add_vref (s) 为其相对应电源电压Vdd到a, Vref端的传递函数, A3 (s) 为Vref端到b的传递函数。
由式 (4) ~式 (7) 可推导出,
下面分析带隙基准核心电路, 双极晶体管交流接地, 可得到, A2_va (s) =0, Add_va (s) =0, 在低频下,
所以,
想要得到高电压抑制比的带隙基准电压源, 除调整带隙基准核心电路器件参数外, 还需要设计高开环增益、高电压抑制比的放大器, 即A1 (0) 要大, Add (0) 要小。
3带隙基准源设计
为了得到高电源抑制比的带隙基准源, 设计如图3所示的带隙基准电压源电路。其中M1-M8及Q1-Q4组成带隙基准电路, M9-M32为本文设计的高开环增益、高电压抑制比的放大器。M23-M32构成运算放大器电路。为了提高增益采用两级放大。第一级为差分放大, 使用共源共栅结构作为负载来提高增益。第二级采用共源级放大以继续提高增益, 同时也扩展输出摆幅。C1为米勒电容, 它使放大器的高频极点远离主要极点, 保持放大器稳定工作, 同时引入M30进行超前补偿, 使放大器有足够的相位裕度。M9-M22构成偏置电路。因为使用共源共栅结构会限制输出摆幅, 偏置电压的设计应尽量使共源共栅的每个MOS管都处于饱和区边缘, 以使输出摆幅达到最大。所以设计的偏置电路采用宽幅电流镜来替代普通的电流镜, 其提供的偏置电压能使共源共栅的每个MOS管都处于饱和区的边缘。图4中M9-M12和M20构成一个PMOS的宽幅电流源, M13-M16和M19构成一个NMOS宽幅电流源, M17, M18, M21, M22构成偏置电流环。
M33-M36构成启动电路。当电路中所有电流都为零时, M36处于截止状态, M33, M34的栅极为高电平, 使其导通, 启动电路。当电路启动后, M36导通将拉低M33, M34的栅极电压, 使它们关断, 从而不再影响电路。
如上文所述的设计可得到高开环增益的放大器, 对于高电压抑制比的设计如下。对于两级放大器的电源电压抑制比, 文献[5]给出了影响放大器电源抑制比的因素, 在低频时Add≈ 1 , 主要的影响因素为差分输入级尾电流的偏置电压Vbias随电源电压Vdd变化而引起的电流变化会使电源抑制比下降。所以在偏置电路的设计时要保证Vbias不受电源电压影响。对于偏置电路有ID15=ID16,
通过所设计的偏置电路使M16的跨导只有几何比例和R0决定, 与电源电压、工艺参数、温度等无关, 且与M16在同一个偏置网络中的所有晶体管的跨导都会保持稳定。这样对于M23的VGS就可以保持不随电源电压变化, 同时在设计时, 适当增大M23的L, 可增大M23的输出电阻, 也可有效抑制电源电压的影响, 这样可以保持尾电流不变, 解决放大器在低频时随电源变化电源抑制比降低的问题。
4电路仿真和测试
本次设计在5 V电源电压下, 利用Cadence SPEC-TRE工具对基准电压源进行电路仿真。图4是基准电压源的温度特性曲线, 在-45~100 ℃的温度范围内, 基准电压变化幅度为0.002 8 V, 温度系数为8 ppm/℃。
图5是基准电压源交流电源电压抑制比仿真曲线。 在中低频部分的电源电压抑制比可以达到-112 d B。带隙基准电压源的测试结果如表1所示。
5结语
本文使用1 μm, 700 V高压COMS工艺, 通过对基准电压源进行建模分析, 设计了一种高开环放大倍数和电源电压抑制比的放大器, 从而得到了在中低频下高电源电压抑制比的基准电压源。在5 V电源电压供电情况下, 该电路输出基准电压为2.394 V, 温度系数8 ppm/℃, 电源电压抑制比可达到-112 d B。
摘要：在此通过对带隙基准电压源电路进行建模分析, 针对逆变电路的中低频使用环境, 设计了一个应用于高压逆变器电路中的高电源电压抑制比, 低温度系数的带隙基准电压源。该电路采用1μm, 700 V高压CMOS工艺, 在5 V供电电压的基础上, 采用一阶温度补偿, 并通过设计高开环增益共源共栅两级放大器来提高电源电压抑制比, 同时使用宽幅镜像电流偏置解决因共源共栅引起的输出摆幅变小的问题。基准电压源正常输出电压为2.394 V, 温度系数为8 ppm/℃, 中低频电压抑制比均可达到-112 dB。
关键词：高电源电压抑制比,带隙基准,基准电压源,低温度系数,一阶补偿
参考文献
[1]应建华, 陈嘉, 王洁.低功耗、高电源抑制比基准电压源的设计[J].半导体学报, 2007, 28 (6) :975-979.
[2]JOHNS D A, MARTIN K.Analog integrated circuit design[M].北京:机械工业出版社, 2005.
[3]张朵云.高电源抑制CMOS基准源的设计[D].南京:东南大学, 2006.
[4]SUN N, SOBOT R.A low-power low-voltage bandgap reference in CMOS[C]//Proceedings of 2010 23rd Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering.Calgary, Canada:[s.n.], 2010:1-5.
[5]周玮, 吴贵能, 李儒章.一种高电源抑制比CMOS运算放大器[J].微电子学, 2009, 39 (3) :340-343.
[6]VAJPAYEE P, SHRIVASTAVA A.Wide output swing inverter fed modified regulated cascode amplifier for analog and mixedsignal[C]//Proceedings of TENCON 2009 IEEE Region 10Conference.Singapore:IEEE, 2009:1-5.
[7]朱治鼎, 彭晓宏, 吕本强, 等.高性能折叠式共源共栅运算放大器的设计[J].微电子学, 2012, 42 (2) :146-149.
[8]HEYDARI B, REYNAERT P.A 60 GHz 90 nm CMOS cascode amplifier with interstage matching[C]//Proceedings of Microwave Integrated Circuit Conference.Munich, Germany:[s.n.], 2007:88-91.
[9]周永峰, 戴庆元, 林刚磊.一种用于CMOS A/D转换器的带隙基准电压源[J].微电子学, 2009, 39 (2) :25-33.
音乐的跨步 “迻译”的智慧 篇11
初识杰克是在1987年。那时他正在中国西南省份采风。途经成都时他想见见中国内地的作曲家同行，于是托人打听到我并约我见面。记得那是夏秋之交的一个晚上，我应约到他下榻的锦江饭店见面。他的房间里堆了很多摄像录音和野外活动的器材，他也许注意到我在看这些东西，因此谈话立刻从他此次采风中经历的趣事说起，好像我们早就认识，跳过了双方自我介绍寒暄的例行客套。他给我的第一印象就是单纯、随和、幽默、诚恳，因此，立马就一见如故了。
此后的二十多年来我们虽然彼此生活在相隔遥远的两个国度，但天赐的缘分让我们还是有不少的见面机会，比如好几次在国际性的音乐艺术节上我们会不期而遇，而有些机缘则是他着意安排的。比如1992年，他一手策划的在新西兰举办的第二届Asia-Pacific Festival就正式邀请我作为中国作曲家代表参加。当他得悉我无法申请到国际旅费时，竟特意为我筹措经费订好往返机票寄来，使我得以成行。当我后来向他表示感激时，他却反而说要感谢我能够赴会，因为他认为在亚太艺术节上不能缺了中国作曲家代表。尔后在新西兰举办的奥克兰艺术节和第三届亚太艺术节他也都邀我参加。期间我还曾将他的合唱作品《五首摇篮曲》改编成中国弹拨乐五重奏（可以说是一种“再迻译”）在新西兰演出。他非常高兴，珍视它为我们友谊的结晶。在我建议下，中国音乐学院也邀请他来讲学，并于1993年他任职的新西兰音乐学院与我们中国音乐学院建立了兄弟学院的校际关系。
与杰克·波蒂先生在成都初次见面后将近三十来年的交往中，他的为人，他的作品和他的精神都给我留下了深刻的印象，并使我从中获益良多，深受影响！这种影响也传递给我的众多学生，他们听我讲他的故事，学习他的作品，有的遇上机会还直接听他的讲座，接受指点，有的还以研究他的作品为选题撰写论文，更有人远渡重洋慕名而去投奔他的门下接受深造。他们都以我有这样一位了不起的可爱的朋友为荣。更让我感到欣慰并满怀感激的是，小儿高平在美国读完博士之后在我鼓动下应聘去新西兰工作的多年中，得到波蒂先生的关爱和帮助，并与之结成亲密无间的忘年之交，使他在艺术人生的道路上获得极为重要而深刻的影响和教益。
杰克·波蒂先生的音乐创作深受世界各地民俗文化的影响，他力图摆脱欧洲文化中心主义的束缚，以运用跨文化的创作方法来真实再现民俗音乐本原精神为宗旨。杰克·波蒂先生的博士高足沈纳蔺教授建议将杰克·波蒂的创作理念与路线定位为“后民族音乐主义作曲（Post-nationalism in composition）”我是深表赞同的。这是指作曲家的创作不仅仅以一个特定（自己的）国家、地区或种族的音乐元素，如民间曲调、旋律、节奏或多声音乐等视为其创作之源，而是以跨文化的理念，运用多个不同国家与民族的世界音乐元素，作为启迪作曲和音乐作品创造的灵感，追求全球意识的跨步（crossover）精神。杰克这种世界性的民族主义的精神本质在于对整个人类，尤其是对弱势民族、弱小国家及群体的关爱。这种人文关怀在他的许多作品中都能够让我们感动：如电子音乐《人类之声》（Vox Humana）是在世界各地不同民族的教堂采录的宗教仪式的现场录音的并置，用来象征人类的和谐和对美好和平的向往；他与其它两位作曲家合作的《哦，柬埔寨》（Oh，Cambodia）揭示了红色高棉时期柬埔寨人民所受的深重苦难；钢琴作品《萨拉热窝》（Sarajevo）表达了对原南斯拉夫解体后，该地区战乱给人民带来的灾难和痛苦之同情和关怀；再如他在生命最后几年为中西混合室内乐所作的《打》（Beat）中引用在中国采录的下层人民的劳动现场的号子歌声以表现人们艰辛生活中的乐观品格，等等。
我认为杰克·波蒂先生的“后民族音乐主义”的核心思想是人类主义，是把个人作为全人类的一个成员，站在全体人类的立场来面对世界。因此，他的艺术精神就是追求全球意识的跨步精神。所谓跨步是一种开放思维，就是跨越不同时空中不同文明之间的疆界与藩篱，将各种精华汇聚打通，在多重文化维度中通过自由想象来重组多元文化资源以求实现人类文化传统的传承与创新。
后民族音乐主义理念的重要创作方法之一是所谓“迻译作曲（Transcription in composition）”。迻译作曲就是把一种音乐从它原生存在方式的环境移植到另一种存在方式的异质环境。这有点像文学作品的翻译，同样要求信、达、雅，但难度更大，因为迻译作曲不但要“译”，而且要“作”，需要更高的创造性。
杰克·波蒂迻译作曲的对象是世界各民族群体创造并世代相传的“原生”音乐。他非常热爱这些音乐，而这些音乐随着人类生活方式的改变正在消失，因此他认为不但要尽量收集、记录、保存这些音乐，而且也可以通过作曲家的迻译作曲而留存在今天的音乐中。
关于Transcription，杰克·波蒂认为其基本原则就是“从声音到记谱，再返回到（原本的）声音”。他认为其中包含多个含义：1.“记谱：一个有声音乐的记谱符号，是民族音乐学家的重要工具之一”；2.“改编：给原音乐材料蒙上了一个面罩，对其进行伪装”；3.“传迻：是一种将符号返回到声音的作曲过程。它的每一个细节是可供分析和讨论的声音现象，我们称之为音乐。但，迻译对我而言，成为我作曲实践的一个重要组成部分，就像是一种音乐的旅行，去探索、感受不同的音乐与音乐表达”。（迈克尔·诺里斯《对杰克的提问：迻译的过程与品德》）
例如杰克在1987年就创作过一套名为Three Transcriptions的弦乐四重奏（我在20年前为一本现代音乐词典撰写的杰克·波蒂条目中把它译为《三首采风曲》）。这套乐曲可以作为他“迻译作曲”的范例。全曲三段音乐分别以三种不同地区和民族的民间音乐为蓝本加以迻译改编而成。第一乐章以作曲家在中国西南地区采集的彝族口弦音乐为蓝本，用弦乐的实音、泛音与拨奏的不同音色的配合将口弦音乐的音响与韵律模拟得惟妙惟肖。第二乐章是以非洲马达加斯加一种古老的弹拨乐器“瓦利哈”琴演奏的乐曲为素材加以迻译而成。第三乐章以快速的2+2+3复节拍贯穿始终，生动地再现出保加利亚乡村乐队的演奏风格与节日舞蹈的欢快气氛。据杰克自己讲，创作这部作品对他来说既是一种探索也更像是一次历险，因为民间音乐要准确记谱就非常困难，特别是有些乐曲中各声部的节奏实在太复杂了，即使将录音放慢很多倍来听，要完全准确记下来也几乎不可能。因此他只能在抓住原曲神韵的前提下作巧妙的简化来应对。这让我们领略到当迻译作曲家遭遇原生音乐中的复杂问题时需要怎样来找到巧妙处置难题的智慧！因此，迻译作曲绝对是一种需要高度智慧和技巧的再创造。音乐的迻译现象比比皆是，并非波蒂首创，但波蒂迻译作曲的理念、取向与方法是独特的，他对原生音乐母本的热爱、尊重与敬畏，是他迻译作曲的出发点，由此而呕心沥血探寻出来的有时是非常复杂的方法，是独一无二的。这是他的迻译作曲与一般的改编移植的不同之处。
还有一点需要说明的是，在波蒂的全部创作中，迻译作曲只是其中一种非常重要的类型，另外还有我试图称之为“声景作曲”（以前我曾称之为“声音摄影”，是类似于“具体音乐”以录音音响为素材来组成作品的作曲方法）类型的作品，以及“个体（individual）作曲”类型的作品。
杰克·波蒂先生是中国人民的好朋友，他的一生中无数次来到中国，采风、交流、讲学、创作，为中新两国音乐家的合作与友谊奔波操劳。他采录出版了大量中国各地民间音乐的第一手资料，做了许多我们自己都没有做到的事情。在他创作的作品中有不少直接与中国有关，或相关题材（如以新西兰人路易·艾黎抗战期间在甘肃办学，帮助中国培养技术人才的经历为题材的歌剧《路易·艾黎》），或引用中国民族音乐素材（如前面提到的《三首采风曲》中的第一乐章《龙之歌》以及混合媒介室内乐《内地》等）。特别值得提到的是，在他生命的最后几年，在我引荐下与中国紫禁城室内乐团建立了亲密的合作关系。几年中他不但亲自为乐团创作了《天运》和《打》两首作品，并努力促成紫禁城室内乐团与新西兰弦乐四重奏团合作，委约多位中新两国作曲家为这一合作创作作品。在此期间他不顾病体缠身，为落实计划多次带领新西兰作曲家和新西兰弦乐四重奏团来中国，从协商讨论到排练演出，付出大量心血。紫禁城室内乐团与新西兰弦乐四重奏团合作音乐会在中国和新西兰的演出取得极大成功，也成为杰克·波蒂先生一生为促进中新两国文化交流和友谊所做努力的最珍贵的结晶！
杰克·波蒂先生一生从事的事业，体现了他对全人类文化传统的热爱与尊重，他不是把艺术家个人凌驾于一切之上，而是谦卑地将自己的才华融化进人类文化创造的历史长河之中。他的人文精神、艺术思想与创作成就值得我们认真研究，好好学习，并加以发扬光大。
（本文为作者2015年12月15日在“二十世纪后民族主义作曲家杰克·波蒂跨文化音乐作品研讨会”上的发言）
高为杰 中国音乐学院作曲系教授、博士生导师
跨步电压 篇12
半导体变流技术作为新兴的绿色高新技术在工农业生产中已得到甚为广泛的应用。经过几十年的不断发展,变流控制装置因集成了电子技术、PLC控制、PC控制、电气自动控制技术亦得到了飞速的发展。其中晶闸管变流装置在众多的变流装置中因具有高电压、大电流、高功率的特点受到用户的广泛青睐。上海海得控制系统股份南京分公司代理的施耐德电气公司、ABB等公司的ATS38、ATS48等系列智能型软启动器装置和浙江大学方圆科技公司的DKSZ-1变流装置等均采用了晶闸管作为可控型主器件。在这类装置中,晶闸管一般都采用了触发移相控制,而控制的关键就在于改变触发控制角α从而改变装置的输出电压ud,而α角与触发器电路的控制电压UK之间又有着密切关系。笔者通过正确揭示出控制电压UK与输出电压ud的关系,从而利于整个晶闸管变流装置实现自动化智能型控制。下面就以DKSZ-1电机自动控制装置为例来揭示触发器电路分别为锯齿波触发电路、KJZ6集成六脉冲触发器电路时,α、UK及Ud(ud的平均值)三者之间的关系。
1 锯齿波触发电路
电路原理图如图1所示。
根据电工学叠加定理:
式(1)中K1、K2、K3为叠加等效系数分别为:K1=R8//R9/(R7+R8//R9),K2=R7//R8/(R9+R7//R8),K3=R7//R9/(R8+R7//R9);Ic为恒流源电流,Ic≈V9/(R4+R3);t为C2充电时间;Ub为偏移电压;UK为控制电压,即图中UC。
V4管基极电压ub4=0.7V时,是产生触发脉冲时刻,该时刻对应的时间为t,由ωt=α+π/6可知,t=(α+π/6)/ω,ω为电源角频率。
(1)当UK=0时,对应产生触发脉冲的时间为tmax,触发控制角为αmax。由ωtmax=αmax+π/6知tmax=(αmax+π/6)/ω。
由式(1)可得到式(2):
由式(2)可知:
注意:需要说明的是在装置中,若控制电压UK为正给定(即UK>0),则αmax为变流装置α移相范围中的最大值;若UK为正负给定(即UK既可大于0,也可小于0),则αmax为变流装置α移相范围中的中间值。如DKSZ-1装置既可用于整流,也可用于有源逆变,α理论移相范围为0~π(实际装置为10°~160°),故UK正负给定时,αmax=π/2,只有正给定时αmax=π(实际装置中αmax=160°)。
(2)当UK≠0时,对应产生触发脉冲的时间为t,触发控制角为α,则t=(α+π/6)/ω。把式(3)代入式(1),令ub4=0.7V,则可得式(4)。
化简式(4)可得式(5):
由式(5)可知:
相同条件下,要得到同一α角,电源频率f增加,则UK下降;
相同条件下,要得到同一α角,电容C2增加,则UK下降(但C2不可太大,否则放电过程时间延长,锯齿波波形差);
相同条件下,要得到同一α角,充电恒流Ic增加,则UK上升(但Ic增加,一方面锯齿波斜率增大,α对UK的变化灵敏度小,另一方面使α不易达到αmax)。
2 KJZ6型集成六脉冲触发电路
该集成六脉冲触发电路是由3块KJ004、1块KJ041与1块KJ042集成组合而来。在这样的电路中寻找到控制电压UK与输出电压ud之间的关系,可以方便我们建立直流电机闭环调速和过电流保护系统,要确定这个关系,我们首先要了解一下KJ004集成触发器电路(如图2所示)。
图2中±15V电源、R6、R23、RP1、C1构成电容负反馈锯齿波形成环节。当V4导通时,C1通过V4(c、e)、VD3构成迅速放电电路;当V4截止时,由±15V电源、R6、R23、RP1、C1构成电容负反馈锯齿波形成环节。C1两端电压呈线性增长,锯齿波斜率由通过R23、RP1的充电电流IC1和电容C1来决定。在每个半波C1开始充电时,两端有1V左右电压,故uC1=(Ic/C1)*t+1,Ic≈15/(R23+RP1),与锯齿波触发电路同理,可得到控制电压UK与α的关系。只要把前面式(3)右端0.7V改为0.7-K1再代入式(4),式(4)中等式左端加K1,其它推导过程同上,最后式(4)整理后,就得到与上述式(5)一样的结果。此时式中K1=R21//R27/(R24+R21//R27);K2=R24//R27/(R21+R24//R27);K3=R21//R24/(R27+R21//R24)。
3 α与整流装置输出电压平均值Ud的关系
我们以四种常见的整流电路为例。列表分析如下:
注:式中U2是整流变压器二次侧相电压有效值。
通过上述分析,我们可以很方便得到晶闸管变流装置控制电压与输出电压之间的关系,为变流装置实现过流保护和闭环自动控制提供了一个平台。通过总结上述关系,希望能为广大从事电气工程技术开发、电气设备维修人员以及变流技术开发应用的爱好者提供有益的参考。
摘要：晶闸管变流装置通过改变触发控制角α从而改变装置的输出电压,而α角与触发器电路的控制电压之间有着密切关系。正确分析与揭示控制电压与输出电压的关系,能为变流装置实现过流保护和闭环自动控制提供一个平台。
关键词：晶闸管变流装置,触发控制角,输出电压,控制电压
参考文献
[1]刘丽萍,刘广孚.DKSZ-1型电机控制系统实验装置的改进[J].实验室研究与探索,1998,17(2):65-66,69.
[2]申伯虎.晶闸管变流装置触发脉冲与主电路电压的同步问题的研究[J].邵阳学院学报,2003,2(5):53-54.