CN102928646A

CN102928646A - 以氧化锌电阻作为分压器件的电压传感器及其应用

Info

Publication number: CN102928646A
Application number: CN2012104118234A
Authority: CN
Inventors: 张安斌
Original assignee: HEFEI YIXIN ELECTRIC POWER TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: HEFEI YIXIN ELECTRIC POWER TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明公开了一种以氧化锌电阻作为分压器件的电压传感器及其应用，其特征是：串联连接的氧化锌电阻A和氧化锌电阻B构成分压检测支路，以检测支路跨接在被测电源与地之间，氧化锌电阻B一端接地，以氧化锌电阻B的端电压为检测输出信号。本发明氧化锌电阻分压的电压传感器也可用于监测氧化锌避雷器，其易于制造、造价低、结构简单、体积小、重量轻，克服电磁式电压互感器容易铁磁谐振、功耗大的缺点，克服了容性电压互感器造价高、功耗大、测量精度受环境影响大缺点，且故障率低，并能数字信号输出，有利于电力系统数字化的发展需求。

Description

以氧化锌电阻作为分压器件的电压传感器及其应用

技术领域

本发明涉及以氧化锌电阻作为分压器件的电压传感器及其应用。

背景技术

目前应用在电力系统中的电压传感器有电磁式电压互感器、容性电压互感器。其中，电磁式电压互感器主要用于35kV以下电压等级系统，由于电磁式电压互感器容易发生铁磁谐振，110kV以上电压等级系统采用容性电压互感器。

电磁式电压互感器为小容量变压器，线性性能好，受温度变化影响小，造价合理，故在35kV以下电压等级中广泛使用。但是铁芯极易与系统对地电容发生谐振，造成事故，而110kV以上电压等级系统采用容性电压互感器，容性电压互感器其实也是电磁式电压互感器，是改变其结构使得对某一频率（如50Hz）以下呈容性，仅仅为了克服电磁式电压互感器容易与系统对地电容发生谐振的缺陷，但是其内部的电容、电感元件有时也会相互发生谐振而爆炸，且受温度变化影响大，造价高，由于造价高只能用于高电压等级的系统中。上述两类电压互感器都是电磁感应的电压互感器，无法测量系统中的直流电压分量，也无法准确测量暂态电压分量，也无法测量雷击电压。故障率高是上述两种电压互感器共有的缺点，且不能适应电力系统数字化的发展。

常规电阻分压的方式因电阻在过电压工作下发热严重而损坏，且发热后电阻影响阻值变化无法做到准确分压，适应不了电力系统测量系统电压的要求。

对于氧化锌避雷器的在线监测，已有技术是通过监测避雷器的泄漏电流大小来判断氧化锌避雷器的好坏，氧化锌避雷器的泄漏电流极小，微安级的电流量很难测量，实现很困难，目前市场上还没有氧化锌避雷器在线监测产品。

对于雷击计数器，目前都是根据避雷器放电电流电磁感应实施雷击计数，当雷击能量较小时避雷器放电电流很小，而无法实施准确计数，更不能测量雷击电压及系统暂态过电压，也不能对内部过电压实施计数。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种以氧化锌电阻作为分压器件的电压传感器及其应用，以其作为电压互感器可靠性高、故障率低、精度高，不会发生谐振；并用于实现氧化锌避雷器的在线监测。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明以氧化锌电阻作为分压器件的电压传感器，其特点是：串联连接的氧化锌电阻A和氧化锌电阻B构成分压检测支路，以所述检测支路跨接在被测电源与地之间，氧化锌电阻B一端接地，以氧化锌电阻B的端电压为检测输出信号。

本发明电压传感器作为电压测量单元的应用，其特点是：设置所述检测支路的一毫安参考电压大于被测电源回路中同电压等级氧化锌避雷器的一毫安参考电压，使所述检测支路不泄放雷击电流。

本发明电压传感器作为氧化锌避雷器在线监测单元的应用，其特点也在于：设置线上被监测氧化锌避雷器M为所述监测支路中的氧化锌电阻A，并设置氧化锌电阻B的标称放电电流大于所述线上被监测氧化锌避雷器M的标称放电电流，在所述氧化锌电阻B的端电压升高达到设定值且维持时，判断氧化锌避雷器M已损坏。

工作原理：

1、用于替代现有的电压互感器

氧化锌电阻工作电压小于一毫安参考电压情况下，氧化锌电阻为线性电阻特性，故可以作为分压器件，分压的电压与外部施加的电压呈正比关系；氧化锌的阻值很高，氧化锌电阻工作电压小于一毫安参考电压情况下漏电流为微安级极小，氧化锌电阻不会因此发热而损坏；且氧化锌材料受温度变化影响较小，因此其分压精度高，受环境变化影响小。

由于氧化锌的阻值很高，氧化锌电阻工作电压小于一毫安参考电压情况下漏电流为微安级极小，因此功率极小，是现有电压互感器功耗的百分之一以下。

氧化锌避雷器在系统中运行的经验表明，氧化锌避雷器的损坏的原因是制造缺陷及超限泄放雷击电流，在无制造缺陷及超限泄放雷击电流时，氧化锌避雷器非常稳定，故障率极低。因而以氧化锌电阻作为分压器件的电压传感器可靠性非常高，故障率也极低。

采用氧化锌电阻分压，其结构非常简单，体积小重量轻，安装空间小，且易于制造。克服了现有电压互感器制造复杂、造价高、体积大、笨重、安装空间大的缺点。

氧化锌电阻作为分压器件的电压传感器的氧化锌电阻为电阻特性，因此不会与系统对地电容发生谐振，也不会内部发生谐振，克服了电磁式电压互感器与系统对地电容发生谐振的缺点，同时也克服了容性电压互感器内部发生谐振的缺点。

氧化锌电阻分压对于交流电压信号、直流电压信号都能实施分压，氧化锌电阻B的端电压与施加在所述检测支路的电压呈线性关系，故氧化锌电阻作为分压器件的电压传感器不仅可以测量交流电压信号，同时也能测量直流电压信号及暂态电压信号，克服了已有电压互感器不能测量直流电压信号和不能准确测量暂态电压信号的缺点。

为防止雷击时氧化锌分压电阻早于避雷器动作，氧化锌分压电阻的一毫安参考电压要大于同电压等级的氧化锌避雷器的一毫安参考电压，同时在雷击时氧化锌分压电阻不泄放雷击电流。

如图1所示，氧化锌电阻A的电阻为RA，氧化锌电阻B的电阻为RB，氧化锌电阻A与氧化锌电阻B串联构成分压检测支路，测量单元C与氧化锌电阻B并联，测量单元C的输入阻抗为Zi，测量单元C测量的电压是Zi与RB并联后与RA串联的分压值。

参数设置时要考虑测量单元输入端可能出现的最大电压要小于其最大耐受电压，防止测量单元损坏。

2、用于监测氧化锌避雷器

氧化锌避雷器的损坏表现为其氧化锌避雷器电阻值的下降，氧化锌避雷器电阻值下降到一定程度后就会损坏。设置被测氧化锌避雷器M为所述监测支路中的氧化锌电阻A，测量单元C与氧化锌电阻B构成在线监测装置ZX；被测氧化锌避雷器M的电阻值下降，即所述的氧化锌电阻A的阻值下降，就会导致氧化锌电阻A的分压减小，氧化锌电阻B的的分压就会升高，氧化锌电阻B的电压不断升高，当氧化锌电阻B的电压升高到设定的值后并维持（区别于雷击时短暂的电压升高和系统内部暂态过电压的升高），就可以判断被测氧化锌避雷器M损坏，在线监测装置ZX发出告警被测避雷器M损坏。

为防止氧化锌电阻B雷击时损坏，因此氧化锌电阻B的标称放电电流要设置大于被测氧化锌避雷器M的标称放电电流。

上述两种应用中，氧化锌电阻B的端电压与施加在所述检测支路的电压呈线性关系，所述氧化锌电阻作为分压器件的电压传感器就能够检测雷击电压及暂态电压，就能对雷击及内部操作过电压实施准确计数与测量记录。克服了已有技术的计数器计数不准确、不能测量雷击电压及内部过电压、不能对内部过电压计数的缺陷。

与已有技术相比，通过以上分析，以氧化锌电阻作为分压器件的电压传感器有益效果体现在：

1、用于替代现有的电压互感器

① 易于制造、造价低、结构简单、体积小、重量轻；可靠性高，故障率低；功耗极小，仅是现有电压互感器的百分之一以下的功耗；其安装空间小，对于中压系统可以安装在任何柜体中，省略电压互感器柜。

② 不会发生谐振，克服电磁式电压互感器容易与系统对地电容发生谐振的缺点及克服了容性电压互感器内部元件发生谐振的缺点；其测量精度高，性能稳定，克服了容性电压互感器造价高、测量精度受环境影响大的缺点。

③可测量被测系统中的直流电压、准确测量系统暂态电压、雷击电压，并能对雷击及内部过电压计数。

2、用于监测氧化锌避雷器

① 可靠性高，故障率低；实现了氧化锌避雷器的在线监测。

② 不仅能对雷击准确计数，还能对内部过电压过电压进行计数，能够记录雷击电压及内部过电压的值。

附图说明

图1本发明中氧化锌电阻分压的电压传感器原理图。

具体实施方式

具体实施中，以氧化锌电阻作为分压器件的电压传感器的电路结构为：以串联连接的氧化锌电阻A和氧化锌电阻B构成分压检测支路，以检测支路跨接在被测电源与地之间，氧化锌电阻B一端接地，以氧化锌电阻B的端电压为检测输出信号，即通过检测氧化锌电阻B的端电压从而获得被测电源电压。

以氧化锌电阻作为分压器件的电压传感器作为电压测量单元：设置检测支路的一毫安参考电压大于被测电源回路中同电压等级氧化锌避雷器的一毫安参考电压，使检测支路不泄放雷击电流。

以氧化锌电阻作为分压器件的电压传感器作为氧化锌避雷器：设置线上被监测氧化锌避雷器M为所述监测支路中的氧化锌电阻A，并设置氧化锌电阻B的标称放电电流大于所述线上被监测氧化锌避雷器M的标称放电电流，在氧化锌电阻B的端电压升高达到设定值且维持时，判断氧化锌避雷器M已损坏。

实施例1：应用于10kV电压互感器

以10kV为例，10kV系统避雷器一毫安参考电压不小于23kV，如图1，氧化锌电阻A（电阻为R_A）和氧化锌电阻B（电阻为R_B）串联构成分压检测支路，C为测量单元与氧化锌电阻B并联，C的输入阻抗为Zi；设置该检测支路的一毫安参考电压设置为50kV，远大于10kV避雷器23kV的一毫安参考电压，并且大于避雷器泄放5kA雷击电流残压40kV，保障了雷击时氧化锌分压电阻不会泄放雷击电流，且测量单元C的输入端在雷击时不会出现超过其最大耐受电压。

氧化锌电阻A和氧化锌电阻B的总电阻(R_A+R_B)为1.0×10⁵兆欧, 设置(R_A+R_B): R_B =1000:1， R_B=100兆欧，R_A=9.99×10⁴兆欧；测量单元C的输入电阻为Zi=2000兆欧，最大测量电压50V，电压测量精度范围0～20，最大耐压为2000V。

R_B与Zi并联后的电阻为95.24兆欧，当系统相对地电压为5.77kV时，测量单元C测量的电压是5.50V，当系统相对地电压为10kV时，测量单元C测量的电压是9.52V。

10kV系统最大耐受尖峰电压为75kV，系统出现的过电压都要小于该电压，对于75kV冲击电压时，测量单元C输入端的最大电压为71.43V远小于其最大耐受电压2000V。

同时可测量系统的内部过电压及雷击电压，并对内部过电压及雷击记录。

实施例2：应用于35kV电压互感器

以35kV为例，35kV系统避雷器一毫安参考电压不小于72kV，如图1，氧化锌电阻A（电阻为R_A）和氧化锌电阻B（电阻为R_B）串联构成分压检测支路，C为测量单元与氧化锌电阻B并联，C的输入阻抗为Zi；设置该检测支路的一毫安参考电压设置为150kV，远大于35kV避雷器72kV的一毫安参考电压，并且大于避雷器泄放5kA雷击电流残压140kV，保障了雷击时氧化锌分压电阻不会泄放雷击电流，且测量单元C的输入端在雷击时不会出现超过其最大耐受电压。

氧化锌电阻A和氧化锌电阻B的总电阻(R_A+R_B)为3.0×10⁵兆欧, 设置(R_A+R_B): R_B =1000:1， R_B=300兆欧，R_A=2.997×10⁵兆欧；测量单元C的输入电阻为Zi=2000兆欧，最大测量电压50V,电压测量精度范围0～20，最大耐压2000V。

R_B和Zi并联后的电阻为260.87兆欧，当系统相对地电压为20.2kV时，测量单元C测量的电压是17.57V，当系统相对地电压为35kV时，测量单元C测量的电压是30.44V。

35kV系统最大耐受尖峰电压为262.5kV，系统出现的过电压都要小于该电压，对于262.5kV冲击电压时，测量单元C输入端的最大电压为228.91V远小于其最大耐受电压2000V。

实施例3：应用于10kV避雷器监测

以10kV氧化锌避雷器监测为例，

10kV氧化锌避雷器M设为氧化锌电阻A、在线监测装置ZX分压氧化锌电阻为氧化锌电阻B，氧化锌电阻B的电阻为5兆欧。

氧化锌电阻A和氧化锌电阻B的总电阻(R_A+R_B)为5.0×10⁴兆欧, 设置(R_A+R_B): RB =10000:1, RB=5兆欧，RA=49995兆欧；在线监测装置ZX中测量单元C的输入电阻为Zi=2000兆欧，最大测量电压50V,电压测量精度范围0～20，最大耐压2000V。所述检测支路的端电压最大为氧化锌避雷器M泄放雷击电流5kA的残压为42kV，也就是说测量单元C的最大端电压小于其最大耐受电压2000V。

R_B与Zi并联后的电阻为4.99兆欧，整个检测支路承受的是相电压5.77kV，测量单元C测量的电压是0.577V。

当氧化锌避雷器的损坏表现在其电阻不断下降，当氧化锌避雷器电阻下降30%就判断氧化锌避雷器损坏，即测量单元C测量的电压≥0.824V并长时间维持（例如维持时间大于1个小时以上），就判断氧化锌避雷器M损坏。

同时，可测量系统的内部过电压及雷击电压，并对内部过电压及雷击记数。

Claims

1.一种以氧化锌电阻作为分压器件的电压传感器，其特征是：串联连接的氧化锌电阻A和氧化锌电阻B构成分压检测支路，以所述检测支路跨接在被测电源与地之间，氧化锌电阻B一端接地，以氧化锌电阻B的端电压为检测输出信号。

2.一种以权利要求1所述电压传感器作为电压测量单元的应用，其特征是：设置所述检测支路的一毫安参考电压大于被测电源回路中同电压等级氧化锌避雷器的一毫安参考电压，使所述检测支路不泄放雷击电流。

3.一种以权利要求1所述电压传感器作为氧化锌避雷器在线监测单元的应用，其特征是：设置线上被监测氧化锌避雷器M为所述监测支路中的氧化锌电阻A，并设置氧化锌电阻B的标称放电电流大于所述线上被监测氧化锌避雷器M的标称放电电流，在所述氧化锌电阻B的端电压升高达到设定值且维持时，判断氧化锌避雷器M已损坏。