CN100523829C - 一种交流电力系统电压传感器 - Google Patents

Abstract

一种交流电力系统电压传感器，涉及一种交流电力系统电压信号的获取装置。本发明的电压传感器由变电站容性设备、电流线圈、电子积分变换单元、接地导线、同轴电缆组成。由于本发明的电压传感器能够长期工作于工频交流环境中，并且能承受较大的冲击电压；传感器的输出信号与电网一次完全电气隔离；具有体积小，重量轻、便于安装等优点；测量工频电压信号精度可达到1级，测量操作过电压的峰值不确定度在±1%内、时间参数的不确定在±3%范围内；故可广泛应用于10kV～500kV电力系统电压信号的采集。

Description

一种交流电力系统电压传感器

技术领域

本发明属于电力系统电压测试领域，涉及一种交流电力系统电压信号的获取装置。

背景技术

目前，传统的交流电力系统电压传感器都是采用铁芯线圈结构的电磁式电压传感器，这些电压传感器利用电磁感应原理，一、二次测电路在电气上是隔离的，使的二次设备和人身安全得到保障。但是它们也有很明显的缺陷：由于铁磁饱和，互感器测量结果与输入值是非性的，暂态响应差，对于电力系统中的过电压信号是无法测量的；而且体积大、重量重。

高压分压器是也是一种常用的获取电压信号的装置，主要有电阻分压器、电容分压器和阻容分压器等几种结构形式。高压分压器具有结构简单，测量精度较高，暂态响应好等优点。但是高压分压器直接并联高压电网运行，高低压臂之间有直接电的联系，因此必须要特别考虑人身和测量设备的安全问题；再次，若运用于110kV及以上的高压电网，必须要考虑分压器长期并联于系统运行的可靠性、发热、阻抗匹配和交流冲击等一系列问题，这对分压器的要求就更加严格，这些都限制了高压分压器在高压电网中的应用；同时，分压器的安装也增加了额外的一次设备投入问题。

联机检索查询国内外专利文献，申请号为01129750.6的中国专利，公开的《一种电容分压式电压传感器》。该传感器由一次电极、二次电极、接地电极、绝缘材料、一次端子、二次端子、底板、接口继电器和金属屏蔽罩组成，其中，一次电极、二次电极和接地电极用金属圆管制成，他们之间以绝缘材料隔离，一次电极处于中间，二次电极围绕着一次电极，接地电极设置在接口继电器上，二次电极连接接口继电器，接地电极连接于电力系统的中性点或接地点。应用于10kV级电力系统中，将一次侧的高电压线性地变换为二次侧低电压，作为测量、保护及控制系统信息输入的电量信息变换的技术。这种传感器本质上是通过电压与电极间的感应电场形成的分布电容来进行电容分压，由于高压电网的变电站中电磁干扰非常大，变电站里的各种设备的分布电容是互相影响的，因此分压电容的大小容易受到外界影响而变化，这就造成分压比不恒定，必然引起测量误差，这影响到该传感器应用到110kV及更高电压等级电网。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种交流电力系统电压传感器。

本发明所涉及的一种交流电力系统电压传感器的工作原理是：直接利用变电站的电容性设备，采用高精度宽频带的电流传感器测量容性设备的对地电流信号，然后通过模拟电路对电流信号进行积分变换，以重构电网电压信号。在图1所示的系统电路模型中，C_P为容性设备等效电容，R_P为容性设备等效电阻，当容性设备介质良好时，R_P值很大，容性设备可等效一个纯电容器C_P。

设电网电压为u₁(t)，当其作用于容性设备上，其对地电流为：

$i_1\left(t\right)=C_P\frac{{\mathrm{du}}_1\left(t\right)}{\mathrm{dt}}$

设电流传感器的变比为K，其输出电压为：

$u_d\left(t\right)=R_d{i}_2\left(t\right)={\mathrm{KC}}_P\frac{{\mathrm{du}}_1\left(t\right)}{\mathrm{dt}}$

经过积分常数为T_i的积分器后输出电压为：

$u_2\left(t\right)=\frac{1}{T_i}\∫u_d\left(t\right)\mathrm{dt}=\frac{{\mathrm{KC}}_p}{T_i}{u}_1\left(t\right)$

由于K、C_P和T_i均为常数，因此电压传感器的输出电压与电网电压成线性关系，由此可知，本发明所涉及的一种交流电力系统电压传感器能够监测交流电力系统的电压信号。

实现本发明的技术方案如下：

一种交流电力系统电压传感器，其特征在于：由变电站容性设备1、电流线圈2、电子积分变换单元3、接地导线4、同轴电缆5组成，接地导线4一端与容性设备的末屏相连、另一端穿过电流线圈2接地，电流线圈2输出端口与电子积分变换单元3输入端口之间通过同轴电缆5连接，电子积分变换单元3的输出通过同轴电缆5接到第三方的采集装置上；电流线圈2由纳米晶合金环形铁芯、绕组、双层屏蔽结构、屏蔽外壳及同轴电缆接头组成，在屏蔽外壳内，从内至外分别设置绕组、纳米晶合金环形铁芯及双层屏蔽结构，绕组绕在纳米晶合金环形铁芯上，双层屏蔽结构设置在线圈的上、下侧面和外侧面，双层屏蔽结构的内层为铜皮、外层为铁皮、厚度为0.3mm～0.5mm，两屏蔽层间填充聚四氟乙烯薄膜，两屏蔽层的外侧均有1mm～1.5mm宽的纵向开槽，同轴电缆接头设置在工程塑料外壳的外侧面，绕组两端分别与同轴电缆接头两端相连；电子积分变换单元3由电子线路板6、不锈钢屏蔽盒7及螺钉8组成，电子线路板6通过螺钉8固定在不锈钢屏蔽盒7中，电子线路板6上包括I/V变换单元、积分电路及电源变换电路，I/V变换单元包括前端保护电路、运算放大器、同轴电缆接头，电阻及电容，保护电路由二极管D1、D2组成，运算放大器U1的第八个管脚接电源正12V、第四个管脚接电源负12V，输入电缆接头B1的芯线接电阻R1一端、B1的外部接地，电阻R1另一端接运算放大器U1的反相输入端第二个管脚，运算放大器U1的反相输入端第二个管脚与二极管D1的阳极、D2的阴极、电阻R2和电容C1的一端相连，二极管D1的阴极、D2的阳极与地相连，电阻R2和电容C1的另一端与运算放大器U1的第一个管脚输出端相连，电阻R3的一端接运算放大器U1的同相输入端第三个管脚，另一端接地，运算放大器U1的同相输入端第五个管脚与电容C2、电阻R4的一端相连，电容C2的另一端接到运算放大器U1的第一个管脚，电阻R4的另一端接地，运算放大器U1的反相输入端第六个管脚与第七个管脚相连；积分电路包括运算放大器、电缆接头、电阻及电容，积分电路的信号输入通过导线接到I/V变换单元的输出，积分电路的输出接到信号输出电缆B2芯线，积分电路中的运算放大器U2的引脚八与电源正12V相连、引脚四与电压负12V相连，U2的反相输入端引脚二与电阻R5、R6、电容C3的一端相连，电阻R5的另一端连到运算放大器U1的输出引脚七上，电阻R6的另一端与电容C3的另一端相连，接到运算放大器U2的输出引脚一上，电阻R7的一端与运算放大器U2的同相输入端引脚三相连，另一端接地，电容C4的一端与电阻R8的一端相连，接到运算放大器U2的同相输入端引脚五上，电容C4的另一端与运算放大器U2的输出端引脚一相连，电阻R8的另一端接地，运算放大器U2的反相输入端引脚六与输出引脚七相连，接到信号输出同轴电缆B2芯线，同轴电缆B2的外壳接地；电源变换电路将输入的5V电源变换成运算放大器需要的±12V电源，它包括一个电源输入接口和一个DC/DC变换器，5V电源的正极与DC/DC模块U3的输入引脚一、二十四相连，负极与DC/DC模块U3的输入接地端引脚十二、十三相连，电容E1的正极与U3的+12V输出引脚第十一、第十四管脚相连，电容E2的正极与DC/DC模块U3的-12V输出引脚第二、第二十三管脚相连，电容E2、E3的负极与DC/DC模块U3的输出接地端引脚第三、十、十二、十五管脚相连。

本发明采用上述技术方案后，能够长期工作于工频交流环境中，并且能承受较大的冲击电压，主要有以下特点：

1、本发明的一种交流电力系统电压传感器直接利用变电站的容性设备作为电压传感器的一个微分环节，避免了在电网中安装一次分压设备而给电网带来潜在性危险；

2、本发明的一种交流电力系统电压传感器通过电流传感器测量容性设备对地电流信号来测量电网电压信号，电流传感器采用Rogowski线圈结构，传感器的输出信号与电网一次完全电气隔离，具有很好的安全特性；

3、本发明的一种交流电力系统电压传感器结构简单，所需要设计的电流传感器和电子积分器等环节具有体积小，重量轻、便于安装等优点；

4、本发明的一种交流电力系统电压传感器测量工频电压信号和内部过电压信号具有较好的线性度和精度，试验表明，传感器测量工频电压信号精度可达到1级，测量操作过电压的峰值不确定度在±1％内、时间参数的不确定在±3％范围内。

5、本发明的一种交流电力系统电压传感器具有很好的通用性，可以很方便的通过调整电流传感器以及电子积分变换单元的电路参数使传感器应用于10—500kV不同的电压等级。

附图说明

图1为本发明的电压传感器结构示意图；

图2为本发明的电压传感器的理想简化电路模型；

图3为本发明电压传感器中电子积分变换单元的电路原理图；

图4为测量工频交流电压波形比较；

图5为本发明电压传感器测量工频交流电压的线性度曲线图

图6为测量操作冲击的波形比较；

图7为测量操作冲击电压峰值的线性度曲线图；

上述图中1为变电站容性设备，2为电流线圈，3为电子线路变换单元，4为套管末屏接地线，5为同轴电缆，6为电子线路板、7为不锈钢屏蔽盒、8为螺钉，A为电容分压器测量工频电压波形，B为本发明的电压传感器测量工频电压波形，C为电容分压器测量操作过电压波形，D为本发明的电压传感器测量操作过电压波形。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进一步说明如下：

实施例1

如图1～3所示：一种110kV交流电力系统电压传感器，包括110kV变压器电容套管1、电流线圈2、电子积分变换单元3、套管末屏接地导线4、同轴电缆5，接地导线4一端接变压器电容套管1的末屏、另一端穿过电流线圈2接地，电流线圈2与电子积分变换单元3之间通过同轴电缆5连接，电子积分变换单元3的输出通过同轴电缆输出到第三方的采集装置。电流线圈2由纳米晶合金环形铁芯、绕组、双层屏蔽结构、屏蔽外壳及同轴电缆接头组成，在屏蔽外壳内，从内至外分别设置绕组由直径0.19mm的漆包线绕制的匝数为200匝的绕组、纳米晶合金环形铁芯及双层屏蔽结构，绕组绕在纳米晶合金环形铁芯上，双层屏蔽结构设置在线圈的上、下侧面和外侧面，双层屏蔽结构的内层为铜皮、外层为铁皮、厚度为0.5mm，用以屏蔽外界电磁干扰；两屏蔽层间填充聚四氟乙烯薄膜，用以隔绝两屏蔽层的电气联系；两屏蔽层的外侧均有1.5mm宽的纵向开槽，用以防止涡流产生；同轴电缆接头设置在工程塑料外壳的外侧面。电子积分变换单元3由电子线路板6、不锈钢屏蔽盒7、螺钉8以及同轴电缆接头组成，电子线路板6通过螺钉8固定在不锈钢屏蔽盒7中，同轴电缆接头设置在不锈钢屏蔽盒7的外侧面；电子线路板6上电路包括I/V变换单元、积分电路及电源变换电路；I/V变换单元包括前端保护电路、运算放大器U以及电阻、电容；前端保护电路由二极管D1、D2组成，D1、D2的型号为1N4007，运算放大器U1的型号为AD712，电阻R1阻值为0欧，电阻R2、R3和R4的阻值分别为2k、2k和1M，电容C1为20pF，C2为0.1uF。U1的八脚接电源正12V、四脚接电源负12V，输入电缆B1的芯线接电阻R1一端，外部接地，电阻R1另一端接运算放大器U1的反相输入端引脚二，运算放大器U1的反相输入端引脚二与二极管D1的阳极、D2的阴极、电阻R2和电容C1的一端相连，二极管D1的阴极与D2的阳极与地相连，电阻R2和电容C1的另一端与运算放大器U1的输出端引脚一相连；电阻R3的一端接到运算放大器U1的同相输入端引脚三，另一端连到地，运算放大器U1的同相输入端引脚五与电容C2、电阻R4的一端相连，电容C2的另一端连接到运算放大器U1的输出引脚五，电阻R4的另一端接地，运算放大器U1的反相输入端引脚六与输出引脚七相连；积分电路包括运算放大器、电缆接头、电阻及电容，运算放大器U2的型号为AD712，电阻R5和R7为1k，R6和R8为1M，C3和C4为0.1uF；积分电路的信号输入通过导线接到I/V变换单元的输出，积分电路的输出接到信号输出电缆B2芯线，积分电路中的运算放大器U2的引脚八与+12V电源相连、引脚四与—12V电压相连，U2的反相输入端引脚二与电阻R5、R6、电容C3的一端相连，电阻R5的另一端连到运算放大器U1的输出引脚七上，电阻R6的另一端与电容C3的另一端相连，接到运算放大器U2的输出引脚一上，电阻R7的一端与运算放大器U2的同相输入端引脚三相连，另一端接地，电容C4的一端与电阻R8的一端相连，接到运算放大器U2的同相输入端引脚五上，电容C4的另一端与运算放大器U2的输出端引脚一相连，电阻R8的另一端接地，运算放大器U2的反相输入端引脚六与输出引脚七相连，接到信号输出同轴电缆B2芯线，同轴电缆B2的外壳接地；电源变换电路将输入的5V电源变换成运算放大器需要的±12V电源，它包括一个电源输入接口和一个DC/DC变换器，5V电源的正极与DC/DC模块U3的输入引脚一、二十四相连，负极与DC/DC模块U3的输入接地端引脚十二、十三相连，电容E1的正极与U3的+12V输出引脚第十一、第十四管脚相连，电容E2的正极与DC/DC模块U3的-12V输出引脚第二、第二十三管脚相连，电容E2、E3的负极与DC/DC模块U3的输出接地端引脚第三、十、十二、十五管脚相连。

实施例2

如图1～3所示：一种110kV交流电力系统电压传感器，包括110kV电容式电流互感器1、电流线圈2、电子积分变换单元3、套管末屏接地导线4、同轴电缆5，接地导线4一端接电容式电流互感器1的末屏、另一端穿过电流线圈2接地，电流线圈2与电子积分变换单元3之间通过同轴电缆5连接，电子积分变换单元3的输出通过同轴电缆输出到第三方的采集装置。电流线圈2由纳米晶合金环形铁芯、绕组、双层屏蔽结构、屏蔽外壳及同轴电缆接头组成，在屏蔽外壳内，从内至外分别设置绕组由直径0.15mm的漆包线绕制的匝数为500匝的绕组、纳米晶合金环形铁芯及双层屏蔽结构，绕组绕在纳米晶合金环形铁芯上，双层屏蔽结构设置在线圈的上、下侧面和外侧面，双层屏蔽结构的内层为铜皮、外层为铁皮、厚度为0.5mm，用以屏蔽外界电磁干扰；两屏蔽层间填充聚四氟乙烯薄膜，用以隔绝两屏蔽层的电气联系；两屏蔽层的外侧均有1mm宽的纵向开槽，用以防止涡流产生；同轴电缆接头设置在工程塑料外壳的外侧面。电子积分变换单元3由电子线路板6、不锈钢屏蔽盒7、螺钉8以及同轴电缆接头组成，电子线路板6通过螺钉8固定在不锈钢屏蔽盒7中，同轴电缆接头设置在不锈钢屏蔽盒7的外侧面；电子线路板6上电路包括I/V变换单元、积分电路及电源变换；I/V变换电路包括前端保护电路、运算放大器U以及电阻、电容；前端保护电路由二极管D1、D2组成，D1、D2的型号为1N4007，运算放大器U1的型号为AD712，电阻R1阻值为0欧，电阻R2、R3和R4的阻值分别为1k、1k和1M，电容C1为20pF，C2为0.1uF。U1的八脚接电源+12V、四脚接电源-12V，输入电缆B1的芯线接电阻R1一端，外部接地，电阻R1另一端接运算放大器U1的反相输入端引脚二，运算放大器U1的反相输入端引脚二与二极管D1的阳极、D2的阴极、电阻R2和电容C1的一端相连，二极管D1的阴极与D2的阳极与地相连，电阻R2和电容C1的另一端与运算放大器U1的输出端引脚一相连；电阻R3的一端接到运算放大器U1的同相输入端引脚三，另一端接地，运算放大器U1的同相输入端引脚五与电容C2、电阻R4的一端相连，电容C2的另一端连接到运算放大器U1的输出引脚五，电阻R4的另一端连到地，运算放大器U1的反相输入端引脚六与输出引脚七相连；积分电路包括运算放大器、电缆接头、电阻及电容，运算放大器U2的型号为AD712，电阻R5和R7为1k，R6和R8为1M，C3和C4为0.1uF；积分电路的信号输入通过导线接到I/V变换单元的输出，积分电路的输出接到信号输出电缆B2芯线，积分电路中的运算放大器U2的引脚八与+12V电源相连、引脚四与—12V电压相连，U2的反相输入端引脚二与电阻R5、R6、电容C3的一端相连，电阻R5的另一端连到运算放大器U1的输出引脚七上，电阻R6的另一端与电容C3的另一端相连，接到运算放大器U2的输出引脚一上，电阻R7的一端与运算放大器U2的同相输入端引脚三相连，另一端接地，电容C4的一端与电阻R8的一端相连，接到运算放大器U2的同相输入端引脚五上，电容C4的另一端与运算放大器U2的输出端引脚一相连，电阻R8的另一端接地，运算放大器U2的反相输入端引脚六与输出引脚七相连，接到信号输出同轴电缆B2芯线，同轴电缆B2的外壳接地；电源变换电路将输入的5V电源变换成运算放大器需要的±12V电源，它包括一个电源输入接口和一个DC/DC变换器，5V电源的正极与DC/DC模块U3的输入引脚一、二十四相连，负极与DC/DC模块U3的输入接地端引脚十二、十三相连，电容E1的正极与U3的+12V输出引脚第十一、第十四管脚相连，电容E2的正极与DC/DC模块U3的-12V输出引脚第二、第二十三管脚相连，电容E2、E3的负极与DC/DC模块U3的输出接地端引脚第三、十、十二、十五管脚相连。

实施例3

如图1～3所示：一种110kV交流电力系统电压传感器，包括110kV电容式电压互感器1、电流线圈2、电子积分变换单元3、套管末屏接地导线4、同轴电缆5，接地导线4一端电压互感器1的末屏、另一端穿过电流线圈2接地，电流线圈2与电子变换单元3之间通过同轴电缆5连接，电子积分变换单元3的输出通过同轴电缆输出到第三方的采集装置。电流线圈2由纳米晶合金环形铁芯、绕组、双层屏蔽结构、屏蔽外壳及同轴电缆接头组成，在屏蔽外壳内，从内至外分别设置绕组由直径0.15mm的漆包线绕制的匝数为600匝的绕组、纳米晶合金环形铁芯及双层屏蔽结构，绕组绕在纳米晶合金环形铁芯上，双层屏蔽结构设置在线圈的上、下侧面和外侧面，双层屏蔽结构的内层为铜皮、外层为铁皮、厚度为0.5mm，用以屏蔽外界电磁干扰；两屏蔽层间填充聚四氟乙烯薄膜，用以隔绝两屏蔽层的电气联系；两屏蔽层的外侧均有1mm宽的纵向开槽，用以防止涡流产生；同轴电缆接头设置在工程塑料外壳的外侧面。电子积分变换单元3由电子线路板6、不锈钢屏蔽盒7、螺钉8以及同轴电缆接头组成，电子线路板6通过螺钉8固定在不锈钢屏蔽盒7中，同轴电缆接头设置在不锈钢屏蔽盒7的外侧面；电子线路板6上电路包括I/V变换单元、积分电路及电源变换；I/V变换电路包括前端保护电路、运算放大器U以及电阻、电容；前端保护电路由二极管D1、D2组成，D1、D2的型号为1N4007，运算放大器U1的型号为AD712，电阻R1阻值为0欧，电阻R2、R3和R4的阻值分别为1k、1k和1M，电容C1为20pF，C2为0.1uF。U1的八脚接电源+12V、四脚接电源-12V，输入电缆B1的芯线接电阻R1一端，外部接地，电阻R1另一端接运算放大器U1的反相输入端引脚二，运算放大器U1的反相输入端引脚二与二极管D1的阳极、D2的阴极、电阻R2和电容C1的一端相连，二极管D1的阴极与D2的阳极与地相连，电阻R2和电容C1的另一端与运算放大器U1的输出端引脚一相连；电阻R3的一端接到运算放大器U1的同相输入端引脚三，另一端连到地，运算放大器U1的同相输入端引脚五与电容C2、电阻R4的一端相连，电容C2的另一端连接到运算放大器U1的输出引脚五，电阻R4的另一端连到地，运算放大器U1的反相输入端引脚六与输出引脚七相连；积分电路包括运算放大器、电缆接头、电阻及电容，运算放大器U2的型号为AD712，电阻R5和R7为1k，R6和R8为1M，C3和C4为0.1uF；积分电路的信号输入通过导线接到I/V变换单元的输出，积分电路的输出接到信号输出电缆B2芯线，积分电路中的运算放大器U2的引脚八与+12V电源相连、引脚四与—12V电压相连，U2的反相输入端引脚二与电阻R5、R6、电容C3的一端相连，电阻R5的另一端连到运算放大器U1的输出引脚七上，电阻R6的另一端与电容C3的另一端相连，接到运算放大器U2的输出引脚一上，电阻R7的一端与运算放大器U2的同相输入端引脚三相连，另一端接地，电容C4的一端与电阻R8的一端相连，接到运算放大器U2的同相输入端引脚五上，电容C4的另一端与运算放大器U2的输出端引脚一相连，电阻R8的另一端接地，运算放大器U2的反相输入端引脚六与输出引脚七相连，接到信号输出同轴电缆B2芯线，同轴电缆B2的外壳接地；电源变换电路将输入的5V电源变换成运算放大器需要的±12V电源，它包括一个电源输入接口和一个DC/DC变换器，5V电源的正极与DC/DC模块U3的输入引脚一、二十四相连，负极与DC/DC模块U3的输入接地端引脚十二、十三相连，电容E1的正极与U3的+12V输出引脚第十一、第十四管脚相连，电容E2的正极与DC/DC模块U3的-12V输出引脚第二、第二十三管脚相连，电容E2、E3的负极与DC/DC模块U3的输出接地端引脚第三、十、十二、十五管脚相连。

实验结果

对实施例1的传感器进行以下测试：

1、工频交流电压测量试验。试验方法：用调压器将工频10kV电压变换成20kV～200kV电压加到套管上，试验中采用TCF2000/0.0012型电容分压器作为标准测量系统，额定电压2000kV，额定分压比3000：1。

图4为工频电压测量波形，波形A为分压器输出结果，波形B为本发明的电压传感器输出结果从中可以看出本发明电压传感器的输出波形与电容分压器的输出波形几乎一致。

图5为在输入工频电压为20kV～200kV时实施例1的传感器的输出线性度曲线图，电压传感器的线性拟合度0.9993，说明本发明的电压传感器测量工频电压时线性度良好。

2、操作过电压测量试验。试验方法：用冲击发生器产生操作波加到套管上，试验中采用TCF2000/0.0012型电容分压器作为标准测量系统，额定电压2000kV，额定分压比3000：1。

图6为操作冲击测量波形，波形C为电容分压器输出结果，波形D为实施例电压传感器输出结果，从中可以看出本发明电压传感器的输出波形与电容分压器的输出波形几乎一致，其中电容分压器测量的操作波的时间参数为146us/1940us，电压传感器测量的操作波的时间参数为146us/1930us。

图7为在操作冲击峰值为100kV～320kV下电压传感器测量峰值输出的线性度曲线图，电压传感器传感器的输出线性拟合度0.9989，可以看出电压传感器测量操作冲击时具有良好的线性度。

根据本发明的电压传感器的原理和测量结果表明，本发明的一种交流电力系统电压传感器能够长期工作于工频交流环境中，并且能承受较大的冲击电压；传感器的输出信号与电网一次完全电气隔离；具有体积小，重量轻、便于安装等优点；测量工频电压信号精度可达到1级，测量操作过电压的峰值不确定度在±1％内、时间参数的不确定在±3％范围内；故可广泛应用于10kV～500kV电力系统电压信号的采集。

Claims (4)

1、一种交流电力系统电压传感器，其特征在于：由变电站容性设备(1)、电流线圈(2)、电子积分变换单元(3)、接地导线(4)、同轴电缆(5)组成，接地导线(4)一端与容性设备的末屏相连、另一端穿过电流线圈(2)接地，电流线圈(2)输出端口与电子积分变换单元(3)输入端口之间通过同轴电缆(5)连接，电子积分变换单元(3)的输出通过同轴电缆(5)接到第三方的采集装置上；电流线圈(2)由纳米晶合金环形铁芯、绕组、双层屏蔽结构、屏蔽外壳及同轴电缆接头组成，在屏蔽外壳内，从内至外分别设置绕组、纳米晶合金环形铁芯及双层屏蔽结构，绕组绕在纳米晶合金环形铁芯上，双层屏蔽结构设置在线圈的上、下侧面和外侧面，双层屏蔽结构的内层为铜皮、外层为铁皮、厚度为0.3mm～0.5mm，两屏蔽层间填充聚四氟乙烯薄膜，两屏蔽层的外侧均有1mm～1.5mm宽的纵向开槽，同轴电缆接头设置在工程塑料外壳的外侧面，绕组两端分别与同轴电缆接头两端相连；电子积分变换单元(3)由电子线路板(6)、不锈钢屏蔽盒(7)及螺钉(8)组成，电子线路板(6)通过螺钉(8)固定在不锈钢屏蔽盒(7)中，电子线路板(6)上包括I/V变换单元、积分电路及电源变换电路，I/V变换单元包括前端保护电路、运算放大器、同轴电缆接头，电阻及电容，前端保护电路由二极管D1、D2组成，运算放大器U1的第八个管脚接电源正12V、第四个管脚接电源负12V，输入电缆接头B1的芯线接电阻R1一端、B1的外部接地，电阻R1另一端接运算放大器U1的反相输入端第二个管脚，运算放大器U1的反相输入端第二个管脚与二极管D1的阳极、D2的阴极、电阻R2和电容C1的一端相连，二极管D1的阴极、D2的阳极与地相连，电阻R2和电容C1的另一端与运算放大器U1的第一个管脚输出端相连，电阻R3的一端接运算放大器U1的同相输入端第三个管脚，另一端接地，运算放大器U1的同相输入端第五个管脚与电容C2、电阻R4的一端相连，电容C2的另一端接到运算放大器U1的第一个管脚，电阻R4的另一端接地，运算放大器U1的反相输入端第六个管脚与第七个管脚相连；积分电路包括运算放大器、电缆接头、电阻及电容，积分电路的信号输入通过导线接到I/V变换单元的输出，积分电路的输出接到信号输出电缆B2芯线，积分电路中的运算放大器U2的引脚八与电源正12V相连、引脚四与电压负12V相连，U2的反相输入端引脚二与电阻R5、R6、电容C3的一端相连，电阻R5的另一端连到运算放大器U1的输出引脚七上，电阻R6的另一端与电容C3的另一端相连，接到运算放大器U2的输出引脚一上，电阻R7的一端与运算放大器U2的同相输入端引脚三相连，另一端接地，电容C4的一端与电阻R8的一端相连，接到运算放大器U2的同相输入端引脚五上，电容C4的另一端与运算放大器U2的输出端引脚一相连，电阻R8的另一端接地，运算放大器U2的反相输入端引脚六与输出引脚七相连，接到信号输出同轴电缆B2芯线，同轴电缆B2的外壳接地；电源变换电路将输入的5V电源变换成运算放大器需要的±12V电源，它包括一个电源输入接口和一个DC/DC变换器，5V电源的正极与DC/DC模块U3的输入引脚一、二十四相连，负极与DC/DC模块U3的输入接地端引脚十二、十三相连，电容E1的正极与U3的+12V输出引脚第十一、第十四管脚相连，电容E2的正极与DC/DC模块U3的-12V输出引脚第二、第二十三管脚相连，电容E2、E3的负极与DC/DC模块U3的输出接地端引脚第三、十、十二、十五管脚相连。

2、按照权利要求1所述的一种交流电力系统电压传感器，其特征在于：变电站容性设备(1)采用变电站的变压器电容套管，电容套管的电容值范围为50～600pF，电流线圈2的绕组为直径0.19mm的漆包线绕制的匝数为200匝的绕组，双层屏蔽厚度为0.5mm，两屏蔽层的外侧均有1.5mm宽的纵向开槽，运算放大器U1、U2型号为AD712，保护电路的二极管D1、D2型号为1N4007，I/V变换单元的电阻R2为2k，C1为20pF，积分电路中积分电阻R5为1k，积分电容C3为0.1uF。

3、按照权利要求1所述的一种交流电力系统电压传感器，其特征在于：变电站容性设备(1)采用电容式电流互感器，电流互感器的电容值范围为100～1000pF，电流线圈2的绕组为直径0.15mm的漆包线绕制的匝数为500匝的绕组，双层屏蔽厚度为0.5mm，两屏蔽层的外侧均有1mm宽的纵向开槽，运算放大器U1、U2型号为AD712，保护电路的二极管D1、D2型号为1N4007，I/V变换单元的电阻R2为1k，C1为20pF，积分电路中积分电阻R5为1k，积分电容C3为0.1uF。

4、按照权利要求1所述的一种交流电力系统电压传感器，其特征在于：变电站容性设备(1)采用电容式电压互感器，电压互感器的电容值范围为3000～5000pF，电流线圈2的绕组由直径0.15mm的漆包线绕制的匝数为600匝的绕组，双层屏蔽厚度为0.5mm，两屏蔽层的外侧均有1mm宽的纵向开槽，运算放大器U1、U2型号为AD712，保护电路的二极管D1、D2型号为1N4007，I/V变换单元的电阻R2为1k，C1为20pF，积分电路中积分电阻R5为1k，积分电容C3为0.1uF。

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