CN101788603B - 一种vfto测量系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种VFTO测量系统，包括：电压传感装置、传输装置和测量装置；所述电压传感装置通过空间电场耦合分别与待测负载和手窗盖板形成电容分压的高压臂和低压臂，感应到待测负载的电压；所述传输装置连接于所述电压传感装置和测量装置之间，用于将所述电压传感装置低压臂上所感应的电压传输至所述测量装置；其中，所述电压传感装置包括：GIS壳体手窗、耦合电极、介质薄膜、导出线、匹配电阻、输出接口和手窗盖板。通过对耦合电极形状、面积、与导电杆距离的调整、对介质薄膜材质、厚度的调整以及对导出线位置的调整，能够扩展测量频带带宽，满足当前VFTO测量需要。

Description

一种VFTO测量系统

技术领域

本申请涉及VFTO测量领域，特别是涉及一种VFTO测量系统。

背景技术

在GIS(Gas Insulated Switchgear，气体绝缘变电站)中，对于隔离开关、接地开关和断路器的操作而引起的快速暂态过程(Very Fast Transient)将会对电力系统产生若干不良影响，尤其是隔离开关切合空载母线时，因其操作的概率和频数比较大，操作周期比较长，不可避免地造成VFTO(Very FastTransient Voltage，快速暂态过电压)现象。GIS内VFTO的等值频率范围为几百kHZ(千赫)到近百MHZ(兆赫)，VFTO的上升时间可短至4～7ns(纳秒)，幅值最高可达GIS内部原来电压的2.7倍。但是对于GIS而言，过高的VFTO不仅会导致电力系统内部的隔离开关、间隙、支撑件发生闪络，还会危及外部设备，给电力系统造成巨大损失，严重影响着电力安全。因此准确测量VFTO成为研究和消除其危害的前提。

现有技术中，有三种VFTO测量方法：预埋电极法、微积分法以及套管末屏法。通过对现有技术的研究，发明人发现，GIS内VFTO的等值频率范围为几百kHZ(千赫)到近百MHZ(兆赫)，而以上三种方法都只适用于某一频率段的VFTO测量，因此在实际应用中都有不同程度的局限性，无法满足当前的测量需要。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种VFTO测量系统，以实现测量频带范围更大的VFTO，使得该系统可以更为普遍的适用，满足当前测量需要，技术方案如下：

一种VFTO测量系统，包括：电压传感装置、传输装置和测量装置；

所述电压传感装置通过空间电场耦合分别与待测负载和手窗盖板形成电容分压的高压臂和低压臂，感应待测负载的电压；

所述传输装置连接于所述电压传感装置和测量装置之间，用于将所述电压传感装置低压臂上所感应的电压传输至所述测量装置；

其中，所述电压传感装置包括：GIS壳体手窗、耦合电极、介质薄膜、导出线、匹配电阻、输出接口和手窗盖板；

耦合电极位于GIS壳体手窗内部，耦合电极第一侧面面向GIS手窗内的导电杆，与导电杆构成高压臂，耦合电极第二侧面面向GIS手窗开口，与手窗盖板构成低压臂；

介质薄膜紧贴于耦合电极的第二侧面；

手窗盖板固定于GIS壳体手窗，且在GIS手窗法兰上的深度可调，所述手窗盖板中间有导出孔；

导出线中间连接有匹配电阻，一端穿过介质薄膜连接耦合电极，另一端通过手窗盖板上的导出孔，连接到电压传感装置的输出接口。

优选的，所述电压传感装置还包括：密封介质板、第一密封垫圈和第二密封垫圈；

所述手窗盖板由第一手窗盖板和第二手窗盖板组成，其中，第二手窗盖板嵌于第一手窗盖板中，所述导出孔位于第二手窗盖板上；

密封介质板盖于所述第二手窗盖板的导出孔上，所述第一密封垫圈位于第一手窗盖板和GIS壳体手窗之间，所述第二密封垫圈位于第一手窗盖板和密封介质板之间。

优选的，所述耦合电极的形状为圆形或椭圆形；所述耦合电极的厚度小于30mm。

所述耦合电极面上任意两点之间的最大距离m满足：m＜＜λ_c，其中λ_c是测量频带的期望上限对应的波长。

所述耦合电极与GIS手窗腔体中轴线的距离大于GIS外壳的内半径。

所述导出线连接在耦合电极上的位置满足：

当d满足d＜＜λ_c时，导出线连接在耦合电极上的位置在电极中心；

当d不满足d＜＜λ_c时，导出线连接在耦合电极上的位置满足：

${\∫}_0^R{J}_0\left(\mathrm{kr}\right)\mathrm{rdr}=0$ 和 $r=\frac{\mathrm{\αR}}{k};$

其中，d是圆形电极的半径或椭圆形电极的长轴长度，R是电极的半径，r为引出线位置与电极中心的距离，J₀()是0阶贝塞尔函数，α是0阶贝塞尔函数第1个正零值点。

所述的介质薄膜电阻率，不小于10^-15Ω.cm；

所述介质薄膜的厚度范围在10μm～100μm之间；

所述介质薄膜在高频和低频下的介电常数值相同或相似，且没有色散。

所述传输装置为传输电缆；所述的传输电缆长度l满足：lC_缆＜＜C₂；

其中，C_缆为电缆的单位长稳态电容，C₂为低压臂电容。

所述电缆的规格为国标50欧或国标75欧。

所述测量装置为示波器。

本申请提供的技术方案中，在GIS手窗内部设置了一个耦合电极，通过空间电场耦合，分别形成了电容分压的高压臂电容和低压臂电容，根据电容分压原理，可以通过耦合电极上感应到的电压计算出待测负载的电压，并通过对耦合电极形状、面积、与导电杆距离的调整、对介质薄膜材质、厚度的调整以及对导出线位置的调整，扩展测量频带带宽，满足当前测量需要。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例VFTO测量系统的电路示意图；

图2为本发明实施例在理想情况下实现VFTO测量的电路示意图；

图3为本发明实施例VFTO测量系统中电压传感装置的示意图；

图4为本发明实施例VFTO测量系统中电压传感装置的另一种示意图；

图5为本发明实施例实现电压传感装置设置方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种VFTO测量系统，能够在更宽的频带带宽下测量VFTO的值。

图1为VFTO测量系统的电路图，包括：电压传感装置110，传输装置120以及测量装置130。

其中，传输装置120一端连接电压传感装置110，另一端连接测量装置130。可以理解的是，在实际应用中，该系统的电压传感装置110不需要与待测负载直接相连，而是通过空间电场耦合感应到待测负载的电压。基于电容分压原理，电压传感装置110中的GIS手窗内，设置了一个耦合电极，该耦合电极通过空间电场与GIS内导电杆构成一个分布电容，该电容相当于电容分压器的高压臂电容C₁；耦合电极经过介质薄膜实现与GIS手窗盖板的绝缘，构成一个电容，该电容相当于电容分压器的低压臂电容C₂。当GIS内导电杆上的电压为U₁时，根据电容分压原理，耦合电极上会感应到一个与U₁成特定关系的电压U₂。通过输出接口，将耦合电极上的电压U₂从GIS内部传送到GIS外部，通过传输装置120，送到测量装置130上，并由匹配电阻R_T实现电压传感装置110以及传输装置120之间频率的匹配。

如图1所示，由于高低压臂电容不可避免的会引入杂散电感L₁和L₂，因此，根据串联电路阻抗分压原理，U₁和U₂的关系如下式所示：

$\frac{{\stackrel{\·}{U}}_2}{{\stackrel{\·}{U}}_1}=\frac{I(\frac{1}{\mathrm{j\ω}{C}_2}+\mathrm{j\ω}{L}_2)}{I(\frac{1}{\mathrm{j\ω}{C}_1}+\mathrm{j\ω}{L}_1+\frac{1}{\mathrm{j\ω}{C}_2}+\mathrm{j\ω}{L}_2)}=\frac{(1-{\mathrm{\ω}}^2{L}_2{C}_2)C_1}{C_1+C_2-{\mathrm{\ω}}^2{C}_1{C}_2(L_1-L_2)}---\left(1\right)$

其中，I是电容分压回路上流经C₁和C₂的电流，ω是角频率。

频率f和角频率ω的关系如下式：

ω＝2πf

由式(1)可知，只有当1＞＞ω²L₂C₂且C₁+C₂＞＞ω²C₁C₂(L₁+L₂)时，即

且

时，有

$\frac{{\stackrel{\·}{U}}_2}{{\stackrel{\·}{U}}_1}=\frac{(1-{\mathrm{\ω}}^2{L}_2{C}_2)C_1}{C_1+C_2-{\mathrm{\ω}}^2{C}_1{C}_2(L_1+L_2)}\≈\frac{C_1}{C_1+C_2}---\left(2\right)$

此时

是与ω无关的量。

由上述式(1)和式(2)可知，系统的分压比与角频率有关，幅频特性也不是直线，高频输出会有零点和极点，零点和极点的角频率值直接影响测量带宽。零点和极点的角频率和频率值如下式所示：

零点： $\mathrm{\ω}=\sqrt{\frac{1}{L_2{C}_2}},$ $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{1}{L_2{C}_2}}---\left(3\right)$

极点： $\mathrm{\ω}=\sqrt{\frac{C_1+C_2}{C_1{C}_2(L_1+L_2)}}\≈\sqrt{\frac{1}{C_1(L_1+L_2)}},$ $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{1}{C_1(L_1+L_2)}}---\left(4\right)$

其中，根据实际应用情况，式(4)中高压臂电容C₁远小于低压臂电容C₂(即高压臂阻抗远大于低压臂阻抗)。

由上式(3)和(4)可知，测量频率的零点和极点不仅和高压臂电容以及低压臂电容的大小有关，还和高低压臂产生的杂散电感L₁和L₂有关系，当高压臂电容和低压臂电容一定的情况下，杂散电感越小，对测量频率的影响越小，能够测量的频带带宽也越大；而在降低杂散电感影响的情况下，调整高压臂和低压臂的电容，也能够扩展测量的频带带宽。

下面分析不考虑杂散电感L₁和L₂的理想情况，此时系统电路示意图如图2所示，根据串联电路阻抗分压原理，U₁和U₂的关系如下式所示：

$\frac{{\stackrel{\·}{U}}_2}{{\stackrel{\·}{U}}_1}=\frac{I\frac{1}{\mathrm{j\ω}{C}_2}}{I(\frac{1}{\mathrm{j\ω}{C}_1}+\frac{1}{\mathrm{j\ω}{C}_2})}=\frac{\frac{1}{\mathrm{j\ω}{C}_2}}{\frac{1}{\mathrm{j\ω}{C}_1}+\frac{1}{\mathrm{j\ω}{C}_2}}=\frac{C_1}{C_1+C_2}---\left(5\right)$

由上式(5)可以看出，不考虑杂散电感L₁和L₂的理想情况下，系统的幅频特性是一条与角频率无关的直线，此时，分压比只和高压臂电容以及低压臂电容的大小有关，只要确定了高压臂以及低压臂电容，即确定了分压比。此时测量的频带带宽没有限制。

传输装置120为传输电缆，用于连接传感装置110与检测装置130。

其中，传输电缆的长度和波阻抗的选择对所传输信号的暂态特性测量和高频特性都有影响。

检测装置130可以为示波器，其中，R为示波器的入口电阻，C_p为示波器的入口电容。假设U_in为测量系统的待测电压值，U_out为示波器实际检测到的电压值。根据-3dB带宽定义和电压传感装置低频分压关系得等式：

$\frac{U_{\mathrm{out}}}{U_{\mathrm{in}}}=\frac{\mathrm{j\ω}{C}_1}{\mathrm{j\ω}{C}_1+\mathrm{j\ω}{C}_2+\frac{1}{R}}=\frac{1}{\sqrt{2}}$

求解得到低频截止角频率为： ${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{cutoff}}=\frac{1}{R(C_1+C_2)}\≈\frac{1}{R{C}_2}$

即低频截止频率为： $f_{L-\mathrm{cutoff}}=\frac{1}{2\mathrm{\πR}(C_1+C_2)}\≈\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{RC}}_2}---\left(6\right)$

由上式(6)可以得到，测量系统的低频频率测量范围受到示波器入口电阻和低压臂电容C₂的影响，而入口电阻是示波器的固有参数，一般无法改变，因此可以通过增大低压臂电容C₂，来降低低频截止频率的值，从而实现测量带宽的增加。

从上述描述中可以得出，在实际中，本发明所提供的VFTO测量系统本身能够测量的频带带宽很大，由于有杂散电感的影响，因此要通过一系列对电压传感装置110，传输装置120以及测量装置130的优化来进一步扩展频带带宽，使之能够满足测量的要求。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例一：

本发明所提供的VFTO测量系统中电压传感装置如图3所示，包括：GIS壳体手窗1、耦合电极2、介质薄膜3、导出线4、匹配电阻5、输出接口6和手窗盖板7。

其中，耦合电极2位于GIS壳体手窗1内部，耦合电极2第一侧面面向GIS手窗内的导电杆，耦合电极2第二侧面面向GIS手窗开口(即面向手窗盖板7的方向)；

介质薄膜3紧贴于耦合电极2的第二侧面；

手窗盖板7固定于GIS壳体手窗1，且在GIS手窗法兰上的深度可调，所述手窗盖板7中间有导出孔；

导出线4中间连接有匹配电阻5，所述导出线的一端穿过介质薄膜3连接耦合电极2，另一端通过手窗盖板7上的导出孔，连接到电压传感装置的输出接口6。

所述的匹配电阻5用于抑制高频振荡，实现电压传感装置110与传输装置120的频率匹配。

实施例二：

本发明所提供的VFTO测量系统中另一种电压传感装置如图4所示，包括：GIS壳体手窗1、耦合电极2、介质薄膜3、导出线4、匹配电阻5、输出接口6、第一手窗盖板7a、第二手窗盖板7b、第一密封垫圈8a、第二密封垫圈8b以及密封介质板9。

在本实施例中，所述手窗盖板由第一手窗盖板7a和第二手窗盖板7b组成，其中，第一手窗盖板7a与GIS壳体手窗1固定，第二手窗盖板7b嵌于第一手窗盖板7a中，且导出孔位于第二手窗盖板7b上；

密封介质板9盖于所述第二手窗盖板7b的导出孔上，所述第一密封垫圈8a位于第一手窗盖板7a和GIS壳体手窗1之间，所述第二密封垫圈8b位于第一手窗盖板7a和密封介质板9之间。

耦合电极2位于第二手窗盖板7b和密封介质板9之间，耦合电极2的第一侧面面向GIS壳体手窗1内的导电杆，耦合电极2的第二侧面面向GIS壳体手窗1开口方向；

介质薄膜3紧贴于耦合电极2的第二侧面；

导出线4中间连接有匹配电阻5，所述导出线4的一端通过介质薄膜3连接耦合电极2，另一端通过导出孔，连接到电压传感装置的输出接口6。

由于GIS运行时管道内需要充有一定压力的六氟化硫(SF₆)气体，并且需要保证GIS管道的气密性，所以上述装置中相较实施例一所述的装置，增加了第一密封垫圈8a、第二密封垫圈8b以及密封介质板9，以保证GIS管道的气密性，第二手窗盖板7b则是保证了在不影响GIS运行的情况下，即在GIS管道内气压不变的情况下，方便地安装与拆除VFTO测量系统。

上述两个实施例中，耦合电极2、介质薄膜3、导出线4均可调，其中，通过对所述耦合电极的面积、与导电杆距离的调整以及对介质薄膜材质、厚度的调整，可以增加测量频带的带宽；通过对所述耦合电极形状的调整可以降低杂散电感的影响从而提高测量频带的带宽；对导出线位置的调整可以避免因对耦合电极以及介质薄膜的调整引起的鼓面谐振对测量频带带宽带来的影响；通过上述调整，实现增加测量频带的带宽，以满足测量的需要。

实施例三：

应用上述提供的VFTO测量系统，分别对电压传感装置、传输装置以及测量装置进行设置。

需要说明的是，对于电压传感装置、传输装置以及测量装置的设置都是根据实际情况来进行的，下述调整只是给出了调整的一部分优选实施例，并不对本发明的保护范围造成限定。

1)对电压传感装置进行设置包括：

通过对所述耦合电极的面积、与导电杆的距离以及介质薄膜厚度、材质的调整，增加测量频带的带宽：

调整耦合电极与导电杆的距离：

根据上述的式(4)极点频率的计算式可知，高压臂电容越小越有利于频率的提高，由于耦合电极与导电杆之间的距离越小，高压臂电容越大，因此结合待测负载所在的GIS手窗的拔口深度，以不影响GIS安全运行为原则，确定耦合电极与导电杆之间的距离，耦合电极到导电杆之间的距离应适当大，以减小高压臂电容。一般来说，电极与GIS腔体中轴线的距离大于GIS外壳的内半径；当该距离大于GIS手窗盖板到腔体中轴线的距离，可以设计特殊的手窗盖板，等效地加长手窗拔口深度。

调整耦合电极的面积：

耦合电极的面积越大，高压臂电容和低压臂电容越大，因此根据高压臂电容和低压臂电容的要求，调整电极的面积。优选情况下，电极面上任意两点之间的最大距离m应满足m＜＜λ_c，其中λ_c是测量频带的期望上限对应的波长；同时，在既定最大距离的m下，需要较大的电极面积，因此电极的形状以圆形或椭圆形为宜，此时圆形电极的直径或椭圆形电极的长轴长度d(相当于电极面上任意两点之间的最大距离m)应满足d＜＜λ_c。一般情况下，d不大于30厘米。

调整介质薄膜的厚度：

介质薄膜的厚度影响低压臂电容的值和系统的分压比，当薄膜厚度增大时会使得低压臂电容增加，根据测量系统对低压臂电容的要求，调整介质薄膜的厚度，一般在10μm～100μm之间；

选择介质薄膜的材质：

选择介质薄膜要考虑介质材料的介电常数值、电阻率和频率特性，

介电常数值主要影响的是低压臂的电容值，因此在确定了低压臂电容后，要通过调整薄膜的选材使得低压臂电容达到所确定的值；

此外，介质材料应具有较高的电阻率，一般应不小于10^-15Ω.cm；

介质薄膜还应具有良好的频率特性，即高频和低频的情况下均有相同或相似的介电常数，且不能有色散，否则会使得低压臂电容在不同频率下有显著变化，进而导致分压比在不同频率上产生波动，最终影响测量带宽。

根据上述需求，在实际应用中，可以选取括聚酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯等作为介质薄膜的材质。

通过对所述耦合电极厚度的调整，降低杂散电感的影响从而提高测量频带的带宽：

耦合电极一般由导电性能良好的金属制成，耦合电极要和导电杆构成高压臂电容，又要和手窗盖板构成低压臂电容，在高低压臂电容的轴向上，当耦合电极的尺度过大时，即耦合电极的厚度过大时，相当于在电容之间串联了一个电感，因此要尽量减小耦合电极的厚度，以金属箔或薄金属板为宜，此时高压臂和低压臂电容之间的等效电感较小，考虑实际情况，耦合电极的厚度应该小于30毫米。

另外，由于上述对耦合电极与介质薄膜的各项调整，可能会产生鼓面谐振从而影响测量频带的带宽，因此，需要通过对导出线在耦合电极上位置的调整来避免鼓面谐振带来的影响，当电极的的形状为圆形或椭圆形，且直径(或椭圆形的长轴)d满足d＜＜λ_c时，导出线在耦合电极上的位置在电极中心，当d不满足d＜＜λ_c时，引出线在电极上的位置由下式确定：

${\∫}_0^R{J}_0\left(\mathrm{kr}\right)\mathrm{rdr}=0---\left(7\right)$

$r=\frac{\mathrm{\αR}}{k}---\left(8\right)$

其中，R是电极的半径，r为引出线位置距离电极中心的距离，J₀()是0阶贝塞尔函数，α是0阶贝塞尔函数第1个正零值点。例如当测量频带到GHz，电极的直径为20cm时，电极的引出线位置距离电极中心应为6.3cm。

2)对传输装置的设置包括：

选择合适规格的传输电缆。

其中，电缆的规格以国标50欧和75欧电缆为主，50欧电缆有利于提高测量装置入口频带带宽；75欧电缆有利于避免由电缆长度引起的暂态过程。

选择合适的传输电缆长度。

其中，电缆的长度和波阻抗的选择对信号的暂态特性的测量和高频特性都有影响。电缆的长度过长，会使得系统的高频特性发生变化，因此电缆的长度应该满足以下关系式：

lC_缆＜＜C₂，这里l是电缆的长度，C_缆是电缆的单位长稳态电容，C₂是低压臂电容。

3)对测量装置的设置包括：

结合测量系统其他部分的频带带宽，仿真校验并选取示波器入口的电容参数。

其中，由于示波器的输入阻抗并非为无穷大阻抗，高频时由于有示波器入口电容的存在，示波器输入电压会下降，即高频频带会受到限制，但这种影响并非总能显现，而入口电容小的示波器成本相对要高，因此需要结合系统的实际测量需求，仿真校验并选取示波器入口电容的参数。例如，示波器入口电容的两个典型值是13pF和25pF，根据实际测量需求，当系统的测量频带在100MHz以内时，25pF的入口电容基本可以接受；当系统测量频带超过100MHz时，则应当优先选用入口电容为13pF的示波器。

综上所述，如图5，对VFTO测量系统的设置步骤为：

步骤2101：确定VFTO测量系统的分压比。

其中，根据待测负载的VFTO估计值或仿真值，以及测量设备的电压测量范围，确定整个测量系统的分压比，例如：特高压1100kV的GIS中的VFTO仿真值是2700kV(3倍的工频电压峰值)，规定k为U₁和U₂的比值，如果使用的示波器电压测量范围交流峰值为40V，2700kV/40V＝6.75万，考虑到其中电器元件的影响，适当的将k设置为10万，否则分压信号将会有超过示波器量程的危险。但是考虑到输出信号应具有足够的信噪比，工频输出信号最好不小于1V，k不宜超过100万。

步骤2102：确定低压臂电容的范围。

根据测量系统对低频带宽的要求，粗略确定低压臂电容的最小值C_2-min1，例如：如果测量系统的低频频带达到工频50Hz，示波器入口电阻为1MΩ，则根据式(6)：

即低压臂电容最小为3nF；

根据测量要求，确定测量传输电缆的类型和长度。然后由lC_缆＜＜C₂，确定一个新的低压臂电容最小限度值C_2-min2。由于测量装置入口电阻的影响，这里C_2-min2的值可以适当的人为放大。例如电缆选用2m的50欧电缆时，lC_缆为0.2nF，C_2-min2可以用2nF。

由C₂≥C_2-min1且C₂＞＞C_2-min2确定一个总体的低压臂电容的最小限定值C_2-min。

步骤2103：确定耦合电极的面积、形状雏形以及导出线在电极上的位置。

其中，根据平行板电容计算公式

确定满足C_2-min值所需要的最小电极面积，其中，S为电容面积，d为构成电容的两板之间的距离，ε为介电常数；

初步确定耦合电极的面积后，结合GIS手孔处的基本结构，确定电极是圆形的金属箔或板，电极的直径不能超过手孔法兰的内径，如果电极直径超出范围，应更换介电常数更大，厚度更薄的介质材料；如果电极直径远未达到测量频带上限频率的波长λ量级，则应当适当地调大电极面积；因为电极面积变大后，C₂更大，测量系统就具有更好的低频响应能力。例如，将C₂从3nF增大到6nF，则50Hz的响应误差将从-3dB减小到-1dB。但必须注意，考虑到式(3)，不能无限的放大C₂。另外，电极直径远未达到λ量级时，电极引出线位置在电极中心即可；如果电极直径已经达到测量波长λ量级，测量应考虑将电极引出线的位置调整到合适值，具体的确定根据前文所示式(7)和式(8)所述计算公式。

步骤2104：优化耦合电极的形状。

根据电极的形状雏形，进一步调整GIS内部的结构，应用有限元分析软件，设计优化电极局部形状，并保证耦合电极不对GIS安全运行产出影响。

步骤2105：确定耦合电极在GIS手窗中的位置，确定高压臂电容。

其中，根据低压臂电容的范围和电容分压比，由

粗略确定高压臂的期望值C_1-q，结合测量点手窗的拔口深度，选择合适的电极安装位置，计算不同位置时，耦合电极和导电杆构成的高压臂电容C_1-j。

根据C_1-q和C_1-j的匹配情况，选定合适的电极安装位置(主要指到导杆的不同距离)。如果需要的C₁很小，以致需要安装的位置超出到GIS手窗法兰以外，则首先应考虑减小低压臂电容C₂，重新设计。如果重新设计仍不能解决问题，则可以考虑设计特殊的手窗盖板，等效地增加手窗的拔口深度。

步骤2106：装配并校验VFTO测量装置的性能。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种VFTO测量系统，其特征在于，包括：电压传感装置、传输装置和测量装置;

所述电压传感装置通过空间电场耦合分别与待测负载和手窗盖板形成电容分压的高压臂和低压臂，感应到待测负载的电压；

所述传输装置连接于所述电压传感装置和测量装置之间，用于将所述电压传感装置低压臂上所感应的电压传输至所述测量装置；

其中，所述电压传感装置包括：GIS壳体手窗、耦合电极、介质薄膜、导出线、匹配电阻、输出接口和手窗盖板；

耦合电极位于GIS壳体手窗内部，耦合电极第一侧面面向GIS壳体手窗内的导电杆，与导电杆构成高压臂，耦合电极第二侧面面向GIS壳体手窗开口，与手窗盖板构成低压臂；

介质薄膜紧贴于耦合电极的第二侧面；

手窗盖板固定于GIS壳体手窗，且在GIS壳体手窗的法兰上的深度可调，所述手窗盖板中间有导出孔；

导出线中间连接有匹配电阻，所述导出线的一端穿过介质薄膜连接耦合电极，另一端通过手窗盖板上的导出孔，连接到电压传感装置的输出接口。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电压传感装置还包括：密封介质板、第一密封垫圈和第二密封垫圈；

所述手窗盖板由第一手窗盖板和第二手窗盖板组成，其中，第二手窗盖板嵌于第一手窗盖板中，所述导出孔位于第二手窗盖板上；

密封介质板盖于所述第二手窗盖板的导出孔上，所述第一密封垫圈位于第一手窗盖板和GIS壳体手窗之间，所述第二密封垫圈位于第一手窗盖板和密封介质板之间。

3.据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述耦合电极的形状为圆形或椭圆形；所述耦合电极的厚度小于30mm。

4.根据权利要求3所述系统，其特征在于，所述耦合电极面上任意两点之间的最大距离m满足：m<<λ_c，其中λ_c是测量频带的期望上限对应的波长。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述导出线连接在耦合电极上的位置满足：

当d满足d<<λ_c时，导出线连接在耦合电极上的位置在耦合电极中心；

当d不满足d<<λ_c时，导出线连接在耦合电极上的位置满足：

${\&Integral;}_0^R{J}_0\left(\mathrm{kr}\right)\mathrm{rdr}=0$ 和 $r=\frac{\mathrm{\&alpha;R}}{k};$

其中，d是圆形耦合电极的直径，R是圆形耦合电极的半径，r为引出线位置与耦合电极中心的距离，J₀()是0阶贝塞尔函数，α是0阶贝塞尔函数第1个正零值点，λ_c是测量频带的期望上限对应的波长，k为U₁和U₂的比值，U₁为待测负载的VFTO估计值或仿真值，U₂是测量装置的电压测量范围。

6.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述的介质薄膜电阻率，不小于10^-15Ω.cm；

所述介质薄膜的厚度在10μm~100μm之间；

所述介质薄膜在高频和低频下的介电常数值相同，且没有色散。

7.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述传输装置为传输电缆；所述的传输电缆长度l满足:lC_缆<<C₂；

其中，C_缆为传输电缆的单位长度上的稳态电容，C₂为低压臂电容。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述电缆的规格为国标50欧或国标75欧。

9.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述测量装置为示波器。

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