CN101893650B - 一种高压直流输电阀组件的电压测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于测量测试技术领域，尤其涉及一种高压直流输电阀组件电压测量装置。该测量装置包括由上至下依次连接的上圆板电极、高压臂电阻、下圆板电极和低压臂，所述上圆板电极、高压臂电阻和下圆板电极组成工型对称圆板电极结构，所述高压臂电阻与上、下圆板电极之间的空间电容作为高压臂电容，所述高压臂电阻的上端设有高压引线端、其下端套设有绝缘垫套，所述下圆板电极通过绝缘垫套与高压臂电阻进行绝缘连接。该测量装置具有体积小、可靠性高、稳定性好、维护简便等优点，其测量范围可达±50kV，频带0～10MHz，实测分压比33464∶1，测量最大误差为2.48％，完全能够满足换流阀试验的测量需要。

Description

一种高压直流输电阀组件的电压测量装置

技术领域

本发明属于测量测试技术领域，尤其涉及一种高压直流输电阀组件电压测量装置。

背景技术

高压直流输电换流阀由多个阀组件和电抗器串联而成，每个阀组件由5～7个晶闸管串联压装而成，同时每个晶闸管两端并有RC保护电路，结构十分复杂。由于换流阀属吊装结构，各组件上电压易受到层层间、层地间杂散参数的影响，导致各组件上电压分布不均，靠近高压端的阀组件会因承受电压过高而加速老化，致使整个换流阀损坏。在进行雷电冲击、操作冲击、陡波前冲击等过电压试验时，迫切需要精确测量各阀组件上的电压值，以确定电压分布是否均匀。

阻容并联分压原理是一种常用于高电压测量的方法，等效电路如图1所示，其特点在于R₁/R₂＝C₂/C₁时，阻容分压器不受频带限制，可以从直流到很高的频率，电容与电阻之间不必配合。由于被测电压达到数万伏，分压器的高压臂电阻和电容不但需要考虑绝缘、散热和防止电晕等一系列问题，而且需要考虑对被测电路产生的影响，因而往往需要采用很大的高压臂电阻(如10MΩ)和极小的高压臂电容(如0.5pF)，以减小对被测电路的影响、减小分压器的功率，但极小的高压臂电容极难获得。

国内西安交通大学的赵中原、方志等人研制了一种如图2所示的测量装置，该装置的高压臂5置于有机玻璃罩2中，有机玻璃罩2外套有一铝罩6，铝罩的外侧设有低压电极引线端4，高压臂的左端连接高压电极引线端1、右端连接低压臂7，通过连接在低压臂右端的测量引出线8将测量信号输出，其中高压臂5的外部带有伞形屏蔽环3，低压臂7为圆筒状。该装置研究了高压臂屏蔽环3的直径、深度、角度等参数对分压器性能的影响，并做了优化设计。但由于该装置中的高压臂属油浸式结构，会产生易漏油、维护困难、体积大的缺陷，高压臂上的电压分布仍不均匀，高压臂上的电压分布如图3所示。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种测量范围广、宽频带、误差小、体积小、稳定可靠的高压直流输电阀组件电压测量装置。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种高压直流输电阀组件的电压测量装置，包括由上至下依次连接的上圆板电极、高压臂电阻、下圆板电极和低压臂，所述上圆板电极(21)、高压臂电阻和下圆板电极组成工型对称圆板电极结构，所述高压臂电阻与上、下圆板电极之间的空间电容作为高压臂电容，所述高压臂电阻的上端设有高压引线端(24)、其下端套设有绝缘垫套，所述下圆板电极通过绝缘垫套与高压臂电阻进行绝缘连接。

其中，所述低压臂包括带有下端盖的屏蔽壳和置于屏蔽壳内的电路板，所述电路板上封装有相互并联的低压臂电阻和低压臂电容。

其中，所述低压臂电阻由贴片电阻并联而成。

其中，所述低压臂电容由电容并联而成。

其中，所述低压臂电阻采用四个贴片电阻，低压臂电容采用四个电容，每个贴片电阻均与一个电容并联成四组阻容结构，所述四组阻容结构相互并联且对称分布在圆盘式电路板上。

其中，所述上圆板电极和下圆板电极采用不锈钢圆盘，且其边缘加工成圆弧形。

其中，所述高压臂电阻采用柱状玻璃膜釉电阻。

其中，所述屏蔽壳为不锈钢圆筒状。

本发明的有益效果在于：

1)该装置的可靠性高、稳定性好，测量范围课达到±50kV，且具备良好的线性度。

2)该装置测量频带可达到0～10MHz，高低频响应良好，测量最大误差为2.48％，小于高压测量标准要求的3％。

3)该装置采用特殊的工型对称圆板电极(即在高压臂电阻的上、下端分别安装有上圆板电极和下圆板电极)结构，解决了极小电容的获取问题，该结构体积小，重量轻，便于维护。

附图说明

图1是现有技术中阻容分压器的等效电路图；

图2是现有技术中阀组件电压测量装置的结构示意图；其中1-高压电机引线端，2-有机玻璃罩，3-屏蔽环，4-低压电极引线端，5-高压臂电阻，6-铝罩，7-低压臂电阻，8-测量引出线；

图3是图2所示测量装置中高压臂电阻上的电压分布图；

图4是本发明测量装置的结构示意图；其中，21-上圆板电极，22-高压臂电阻，23-下圆板电极，24-高压引线端，25-电路板，26-低压臂电阻，27-低压臂电容，28-弹簧，29-铜片，210-屏蔽壳，211-绝缘垫套，212-下端盖；

图5是本发明测量装置的等效电路图；

图6是本发明中高压臂电阻上的电压分布图；

图7是低压臂电阻和低压臂电容在电路板上的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的阀组件电压测量装置做进一步详细的说明。

如图4所示，本发明的高压直流输电阀组件的电压测量装置包括由上至下依次连接的上圆板电极21、高压臂电阻22、下圆板电极23和低压臂，所述上圆板电极21、高压臂电阻22和下圆板电极23组成工型对称结构。高压臂电阻的上端设有一高压引线端24、其下端套设有绝缘垫套211，下圆板电极23通过绝缘垫套211与高压臂电阻22进行绝缘连接，高压臂电阻22的下端通过引线与低压臂内的电路板相连接，电路板下端与设在屏蔽壳210内的弹片结构相连接，该弹片结构由弹簧28和铜片29组成。

该测量装置基于阻容并联分压原理，采用工型对称式圆板电极结构，其示意图和等效电路如图4和图5所示，宽大的上圆板电极21和下圆板电极23增大了其与高压臂电阻22之间的电容，补偿了高压臂电阻的对地电容，从而使得高压臂电阻上的电压分布均匀，巧妙利用高压臂电阻22与上、下圆板电极21、23的空间电容C₁₁、C₁₂作为高压电容，从而获得约0.3pF的高压臂电容，解决了极难获取极小电容的难题。

高压臂电阻22选用柱状玻璃膜釉电阻，其阻值10MΩ、极限电压75kV、容量75W、长期耐受最高工频电压(有效值)为27.4kV、有效绝缘长度200mm、直径25mm、温度系数小于150×10^-6/℃。高压臂电阻暴露在空气中，电阻沿面闪络电压(峰值)为60kV，因此，不会发生电阻内部击穿和沿面闪络，安全可靠。对于50kV冲击电压，电阻上的功耗为12.5mJ，无需特殊设计冷却系统，维护方便。上、下圆板电极设计成厚度为5mm，直径为100mm的不锈钢圆盘，且其边缘加工成弧形，下圆板电极23通过一直径40mm、厚15mm的绝缘垫套211与高压电阻衔接，该绝缘垫套211套设于高压臂电阻22的下部。经计算，上述结构的工频击穿电压(峰值)为68kV，试验过程中不会出现电晕放电。如图6所示，采用上述设计的测量装置在50kV的冲击电压下，高压臂电阻上各点的电压分布十分均匀。

低压臂包括带有下端盖212的屏蔽壳210以及置于屏蔽壳内的电路板25、弹簧28和铜片29，该电路板上封装有相互并联的低压臂电阻26和低压臂电容27。本例中的低压臂电阻26设计为300Ω，由4只1.2kΩ贴片电阻并联而成，对称封装在圆盘式电路板25上，消除了寄生电感的影响。低压臂电容27设计成10000pF、1000pF、100pF、20pF四只电容的并联结构，亦对称封装在圆盘式电路板上，以分散电容电流并克服大电容测量频带较低的缺点。如图7所示，封装在电路板25上的低压臂电阻26和低压臂电容27的最佳结构为：将每个1.2kΩ的贴片电阻分别与一个低压臂电容27并联形成四组阻容结构，然后再将这四组阻容结构相互并联并对称封装在圆盘式电路板25上。采用上述图7所示结构，可使得该测量装置所输出的电压恰好满足后端接收器(用于接收该装置所发信号)的输入电压±1.5V。

此外，本装置设计了厚2mm、直径40mm的低压端不锈钢圆筒型屏蔽壳210，该屏蔽壳避免了外界电磁干扰对芯片电路的影响，确保了输出信号的真实性和准确性，所述电路板25可选用PCB板。该屏蔽壳210的底端带有一下端盖212，在安装时可将先开启下端盖，将电路板25和弹片结构置于屏蔽壳210中且通过引线将电路板25与高压臂底端相连，最后将下端盖212封闭即可。

经实验验证，采用上述结构的高压直流输电阀组件电压测量装置具有体积小、可靠性高、稳定性好、维护简便等优点，其测量范围可达±50kV，频带0～10MHz，实测分压比33464∶1，测量最大误差为2.48％，完全能够满足换流阀试验的测量需要。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种高压直流输电阀组件的电压测量装置，其特征在于：该装置包括由上至下依次连接的上圆板电极(21)、高压臂电阻(22)、下圆板电极(23)和低压臂，所述上圆板电极(21)、高压臂电阻(22)和下圆板电极(23)组成工型对称圆板电极结构，所述高压臂电阻(22)与上、下圆板电极(21、23)之间的空间电容作为高压臂电容，所述高压臂电阻的上端设有高压引线端(24)、其下端套设有绝缘垫套(211)，所述下圆板电极(23)通过绝缘垫套(211)与高压臂电阻(22)进行绝缘连接；

所述低压臂包括带有下端盖(212)的屏蔽壳(210)和置于屏蔽壳内的电路板(25)，所述电路板上封装有相互并联的低压臂电阻(26)和低压臂电容(27)；

所述低压臂电阻(26)采用四个贴片电阻，低压臂电容(27)采用四个电容，每个贴片电阻均与一个电容并联成四组阻容结构，所述四组阻容结构相互并联且对称分布在圆盘式电路板(25)上。

2.根据权利要求1所述的电压测量装置，其特征在于：所述低压臂电阻(26)由贴片电阻并联而成。

3.根据权利要求1所述的电压测量装置，其特征在于：所述低压臂电容(27)由电容并联而成。

4.根据权利要求1-3任一所述的电压测量装置，其特征在于：所述上圆板电极(21)和下圆板电极(23)采用不锈钢圆盘，且其边缘加工成圆弧形。

5.根据权利要求1-3任一所述的电压测量装置，其特征在于：所述高压臂电阻(22)采用柱状玻璃膜釉电阻。

6.根据权利要求1-3任一所述的电压测量装置，其特征在于：所述屏蔽壳(210)为不锈钢圆筒状。

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