CN103278792B - 分压器标定系统以及对分压器进行标定的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分压器标定系统以及对分压器进行标定的方法，涉及高压电测量技术领域。该方法包括：生成具有快前沿和长波尾特征的指数波；利用指数波的上升沿部分标定分压器的高频截止频率，并且利用指数波的衰减部分标定分压器的低频截止频率。该系统包括：波形产生装置，用于生成具有快前沿和长波尾特征的指数波；以及标定装置，用于利用指数波的上升沿部分标定分压器的高频截止频率，并且利用指数波的衰减部分标定分压器的低频截止频率。本发明生成具有快前沿和长波尾特征的指数波，利用指数波的上升沿部分标定分压器的高频截止频率，同时利用指数波的衰减部分标定分压器的低频截止频率，实现了对分压器的高低频响应特性的同时标定。

Description

分压器标定系统以及对分压器进行标定的方法
技术领域
本发明涉及高压电测量技术领域，特别涉及一种分压器标定系统以及对分压器进行标定的方法。
背景技术
为了使测量准确可信，除了在分压器设计时必须使其特性参数、响应时间等满足要求之外，还必须在分压器研制完成后对其特性参数进行实验标定。
目前对分压器进行标定一般采用方波信号，这种方波信号一般采用形成线通过汞润开关或气体火花开关放电形成，其上升沿快，可用于标定分压器的高频响应特性；对分压器的低频性能进行标定通常使用扫频的方法。
这两种方法输出电压低，并且对分压器的高低频响应特性标定要分开进行，不适用于当前电力系统领域中对分压器进行标定的需要，如不适用于对VFTO（快速暂态过电压）测量用传感器进行标定。
发明内容
本发明实施例所要解决的一个技术问题是：提出一种分压器标定系统以及对分压器进行标定的方法，以解决电力系统对分压器的高低频响应特性同时进行标定的问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种对分压器进行标定的方法，包括：生成具有快前沿和长波尾特征的指数波；利用指数波的上升沿部分标定分压器的高频截止频率，并且利用指数波的衰减部分标定分压器的低频截止频率。
采用波形产生装置生成具有快前沿和长波尾特征的指数波，所述波形产生装置包括：电容器、具有一对电极的气体开关、三通结构、同轴系统、匹配电阻、以及锥形匹配末端；电容器的一端连接直流电源，电容器的另一端通过金属接插件连接到其中一个气体开关电极，另一个气体开关电极通过三通结构的内导体与同轴系统的内导体的一端连接，同轴系统的内导体的另一端与匹配电阻的一端连接，匹配电阻的另一端紧固于锥形匹配末端锥形口内侧、并且与同轴系统腔体部分的外筒连接。
所述采用波形产生装置生成具有快前沿和长波尾特征的指数波包括：电容器被直流电源充电，当电容器被充电至一定电压时通过气体开关对同轴系统放电，从而输出指数波；其中，指数波的上升沿取决于电容器的电感和气体开关的电感以及同轴系统的匹配阻抗，指数波的半高宽参数取决于电容器的电容量和同轴系统的匹配阻抗；同轴系统末端的匹配电阻用于消除折反射引起的振荡；同轴系统末端的锥形匹配末端用于减少波形上的畸变。
被标定分压器设置于同轴系统侧壁法兰处；所述利用指数波的上升沿部分标定分压器的高频截止频率包括：测量指数波的上升沿部分预设幅值内的上升时间，根据该上升时间与被标定分压器的高频截止频率之间的反比例关系，确定出被标定分压器的高频截止频率。
三通结构内设置有采用金属膜电阻构成的基准电阻分压器；所述利用指数波的衰减部分标定分压器的低频截止频率包括：在指数波的半峰值处测量被标定分压器和基准电阻分压器的输出差值，根据二者的输出差值确定出被标定分压器的低频截止频率。
其中，被标定分压器为快速暂态过电压VFTO测量用传感器。
根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种分压器标定系统，包括：波形产生装置，用于生成具有快前沿和长波尾特征的指数波；以及标定装置，用于利用指数波的上升沿部分标定分压器的高频截止频率，并且利用指数波的衰减部分标定分压器的低频截止频率。
所述波形产生装置包括：电容器、具有一对电极的气体开关、三通结构、同轴系统、匹配电阻、以及锥形匹配末端；电容器的一端连接直流电源，电容器的另一端通过金属接插件连接到其中一个气体开关电极，另一个气体开关电极通过三通结构的内导体与同轴系统的内导体的一端连接，同轴系统的内导体的另一端与匹配电阻的一端连接，匹配电阻的另一端紧固于锥形匹配末端锥形口内侧、并且与同轴系统腔体部分的外筒连接。
电容器被直流电源充电，当电容器被充电至一定电压时通过气体开关对同轴系统放电，从而输出指数波；其中，指数波的上升沿取决于电容器的电感和气体开关的电感以及同轴系统的匹配阻抗，指数波的半高宽参数取决于电容器的电容量和同轴系统的匹配阻抗；同轴系统末端的匹配电阻用于消除折反射引起的振荡；同轴系统末端的锥形匹配末端用于减少波形上的畸变。
被标定分压器设置于同轴系统侧壁法兰处；所述标定装置测量指数波的上升沿部分预设幅值内的上升时间，根据该上升时间与被标定分压器的高频截止频率之间的反比例关系，确定出被标定分压器的高频截止频率。
三通结构内设置有采用金属膜电阻构成的基准电阻分压器；所述标定装置在指数波的半峰值处测量被标定分压器和基准电阻分压器的输出差值，根据二者的输出差值确定出被标定分压器的低频截止频率。
其中，被标定分压器为快速暂态过电压VFTO测量用传感器。
本发明生成具有快前沿和长波尾特征的指数波，利用指数波的上升沿部分标定分压器的高频截止频率，同时利用指数波的衰减部分标定分压器的低频截止频率，实现了对分压器的高低频响应特性同时进行标定，方便了电力系统中分压器的标定工作。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明分压器标定系统一个实施例的结构示意图。
图2为本发明波形产生装置一个实施例的结构示意图。
图3为本发明得到的指数波的一个参考示意图。
图4为本发明标定装置中对分压器低频特性进行标定的电路原理图。
图5为本发明对分压器进行标定的方法一个实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解决电力系统中对分压器的高低频响应特性同时进行标定的问题，本发明提出一种分压器标定系统以及对分压器进行标定的方法。
图1为本发明分压器标定系统一个实施例的结构示意图。
如图1所示，分压器标定系统10包括：波形产生装置102和标定装置104。首先，波形产生装置102生成具有快前沿和长波尾特征的指数波；然后，标定装置104利用指数波的上升沿部分标定分压器的高频截止频率，并且利用指数波的衰减部分标定分压器的低频截止频率，从而实现对分压器的高低频响应特性的同时标定。
图2为本发明波形产生装置一个实施例的结构示意图。
如图2所示，波形产生装置102包括：一个低电感、大电容量的电容器21。在本发明中，电容器21的电感可以低于20nH，电容量可以是μF量级，如1μF。电容器21的一端可以通过电阻连接直流电源，该电阻的阻值可以是数MΩ，直流电源通过该电阻将电容器21充电至数千伏。
如图2所示，波形产生装置102还包括：具有一对电极（221，222）的气体开关22（图2中未示出）。气体开关22为自击穿气体开关，自击穿气体开关内充压缩H2气体，压力在0.8MPa以下，并且可以根据需求在该范围内调整气压值。气体开关22的两电极（221，222）之间的间隙距离在1mm以下，并且可以根据需求在该范围内调整间隙距离，但要避免两电极直接导通。为了精确调节两电极（221，222）之间的间隙距离，可以在电极及电极上的绝缘尼龙上开精密螺纹，旋转电极即可调节间隙距离。
如图2所示，波形产生装置102还包括：三通结构23，三通结构23内部设置有内导体以及采用金属膜电阻构成的基准电阻分压器27，三通结构23功能与电缆三通头类似，在三通结构23的内导体上开孔，使其输出形成两路，一路到同轴系统24，另一路到基准电阻分压器27。
如图2所示，波形产生装置102还包括：同轴系统24（图中未示出），同轴系统24包括同轴系统外筒241、同轴系统内筒242、侧壁法兰243以及内导体等。被标定分压器（如VFTO测量用传感器）可以设置于同轴系统侧壁法兰处。
如图2所示，波形产生装置102还包括：位于同轴系统末端的匹配电阻25，可以消除折反射引起的振荡。
如图2所示，波形产生装置102还包括：位于同轴系统末端的锥形匹配末端26，可以减少波形上的畸变。
在实体实现时，整个波形产生装置102可以全部密封于金属容器内部，电磁兼容性能良好。
如图2所示，电容器21的一端连接直流电源，电容器21的另一端通过金属接插件连接到其中一个气体开关电极221，另一个气体开关电极222通过三通结构23的内导体与同轴系统24的内导体的一端连接，同轴系统24的内导体的另一端与匹配电阻25的一端连接，匹配电阻25的另一端紧固于锥形匹配末端26锥形口内侧、并且与同轴系统24腔体部分的外筒241连接。另外，外筒241接地，三通结构23、气体开关22和电容器21的外壳皆接地。
波形产生装置102生成具有快前沿和长波尾特征的指数波的工作过程为：电容器21被直流电源充电，当电容器21被充电至一定电压时通过气体开关22对同轴系统24放电，从而输出指数波。
其中，指数波的上升沿取决于电容器21的电感和气体开关22的电感以及同轴系统24的匹配阻抗，其对应关系的经验公式：t=2.2L/Z，其中，t表示上升沿，L表示电容器21的电感和气体开关22的电感，Z表示同轴系统24的波阻抗。在本发明中，上升沿例如可以小于1ns。
其中，指数波的半高宽参数取决于电容器的电容C量和同轴系统的匹配阻抗Z，电容器的电容量C和同轴系统的匹配阻抗Z越大，指数波的波尾下降越慢，半高宽越大，因此，如果想要得到半高宽更大的指数波，可以适当增加电容器的电容量和同轴系统的匹配阻抗。在在本发明中，半高宽可以达到数百us，甚至可以更宽。
图3为本发明得到的指数波的一个参考示意图。如图3所示，该指数波的电压可以达到几KV，上升沿的陡度较高，可以达到ns量级，半高宽可以达到数百us。
需要说明的是，本发明各实施例所列举的任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
下面对前述的标定装置104进行说明。在本发明中，标定装置104的功能包括：对分压器高频特性的标定和对分压器低频特性的标定，下面分别详细说明。
对分压器高频特性的标定
标定装置104可以利用上升沿的上升时间确定分压器的高频特性。具体地，标定装置104测量指数波的上升沿部分预设幅值内的上升时间，根据该上升时间与被标定分压器的高频截止频率之间的反比例关系，确定出被标定分压器的高频截止频率。
下面给出标定高频特性的一个参考公式：
fh=0.35/tr
上述公式中，fh表示被标定分压器的高频截止频率，tr表示上升沿部分预设幅值内（如10％～90％）的上升时间。
对分压器低频特性的标定
图4为本发明标定装置104中对分压器低频特性进行标定的电路原理图。电容（C0、C1、C2）以及电阻（R1，R2）的串并联关系参考图4所示。
标定装置104可以在指数波的半峰值处测量被标定分压器的输出电压uo(t)和基准电阻分压器的输出电压ui(t)的输出差值，根据二者的输出差值Δ=uo(t)-ui(t)确定出被标定分压器的低频截止频率。
下面给出标定低频特性的一个参考公式：
fl=ω/2π=-Δ/4τπ
其中，fl表示被标定分压器的低频截止频率，τ可以根据半峰值处的时间计算得到。
上述分压器标定系统，通过波形产生装置生成具有快前沿和长波尾特征的指数波，然后标定装置利用指数波的上升沿部分标定分压器的高频截止频率，同时利用指数波的衰减部分标定分压器的低频截止频率，从而实现对分压器的高低频响应特性的同时标定，方便了电力系统中分压器的标定工作。
图5为本发明对分压器进行标定的方法一个实施例的流程示意图。如图5所示，该实施例的标定方法包括：
步骤502，生成具有快前沿和长波尾特征的指数波；
步骤504，利用指数波的上升沿部分标定分压器的高频截止频率，并且利用指数波的衰减部分标定分压器的低频截止频率。
其中，步骤502具体可以采用波形产生装置生成具有快前沿和长波尾特征的指数波，波形产生装置包括：电容器、具有一对电极的气体开关、三通结构、同轴系统、匹配电阻、以及锥形匹配末端；电容器的一端连接直流电源，电容器的另一端通过金属接插件连接到其中一个气体开关电极，另一个气体开关电极通过三通结构的内导体与同轴系统的内导体的一端连接，同轴系统的内导体的另一端与匹配电阻的一端连接，匹配电阻的另一端紧固于锥形匹配末端锥形口内侧、并且与同轴系统腔体部分的外筒连接。三通结构内设置有采用金属膜电阻构成的基准电阻分压器。
采用波形产生装置生成具有快前沿和长波尾特征的指数波包括：电容器被直流电源充电，当电容器被充电至一定电压时通过气体开关对同轴系统放电，从而输出指数波；其中，指数波的上升沿取决于电容器的电感和气体开关的电感以及同轴系统的匹配阻抗，指数波的半高宽参数取决于电容器的电容量和同轴系统的匹配阻抗；同轴系统末端的匹配电阻用于消除折反射引起的振荡；同轴系统末端的锥形匹配末端用于减少波形上的畸变。
在步骤504中，利用指数波的上升沿部分标定分压器的高频截止频率包括：测量指数波的上升沿部分预设幅值内的上升时间，根据该上升时间与被标定分压器的高频截止频率之间的反比例关系，确定出被标定分压器的高频截止频率。
在步骤504中，利用指数波的衰减部分标定分压器的低频截止频率包括：在指数波的半峰值处测量被标定分压器和基准电阻分压器的输出差值，根据二者的输出差值确定出被标定分压器的低频截止频率。
其中，被标定分压器可以为VFTO测量用传感器。
上述标定方法，通过生成具有快前沿和长波尾特征的指数波，然后利用指数波的上升沿部分标定分压器的高频截止频率，同时利用指数波的衰减部分标定分压器的低频截止频率，实现了对分压器的高低频响应特性同时进行标定，方便了电力系统中分压器的标定工作。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种对分压器进行标定的方法，包括：
采用波形产生装置生成具有快前沿和长波尾特征的指数波；
利用指数波的上升沿部分标定分压器的高频截止频率，并且利用指数波的衰减部分标定分压器的低频截止频率；
其中，所述波形产生装置包括：
电容器、
具有一对电极的气体开关、
三通结构、
同轴系统、
匹配电阻、以及
锥形匹配末端；
电容器的一端连接直流电源，电容器的另一端通过金属接插件连接到其中一个气体开关电极，另一个气体开关电极通过三通结构的内导体与同轴系统的内导体的一端连接，同轴系统的内导体的另一端与匹配电阻的一端连接，匹配电阻的另一端紧固于锥形匹配末端锥形口内侧、并且与同轴系统腔体部分的外筒连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用波形产生装置生成具有快前沿和长波尾特征的指数波包括：
电容器被直流电源充电，当电容器被充电至一定电压时通过气体开关对同轴系统放电，从而输出指数波；其中，指数波的上升沿取决于电容器的电感和气体开关的电感以及同轴系统的匹配阻抗，指数波的半高宽参数取决于电容器的电容量和同轴系统的匹配阻抗；同轴系统末端的匹配电阻用于消除折射反射引起的振荡；同轴系统末端的锥形匹配末端用于减少波形上的畸变。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，被标定分压器设置于同轴系统侧壁法兰处；
所述利用指数波的上升沿部分标定分压器的高频截止频率包括：
测量指数波的上升沿部分预设幅值内的上升时间，根据该上升时间与被标定分压器的高频截止频率之间的反比例关系，确定出被标定分压器的高频截止频率。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，三通结构内设置有采用金属膜电阻构成的基准电阻分压器；
所述利用指数波的衰减部分标定分压器的低频截止频率包括：
在指数波的半峰值处测量被标定分压器和基准电阻分压器的输出差值，根据二者的输出差值确定出被标定分压器的低频截止频率。
5.根据权利要求1－4任一项所述的方法，其特征在于，被标定分压器为快速暂态过电压VFTO测量用传感器。
6.一种分压器标定系统，包括：
波形产生装置，用于生成具有快前沿和长波尾特征的指数波；
以及
标定装置，用于利用指数波的上升沿部分标定分压器的高频截止频率，并且利用指数波的衰减部分标定分压器的低频截止频率；
其中，所述波形产生装置包括：
电容器、
具有一对电极的气体开关、
三通结构、
同轴系统、
匹配电阻、以及
锥形匹配末端；
电容器的一端连接直流电源，电容器的另一端通过金属接插件连接到其中一个气体开关电极，另一个气体开关电极通过三通结构的内导体与同轴系统的内导体的一端连接，同轴系统的内导体的另一端与匹配电阻的一端连接，匹配电阻的另一端紧固于锥形匹配末端锥形口内侧、并且与同轴系统腔体部分的外筒连接。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，
电容器被直流电源充电，当电容器被充电至一定电压时通过气体开关对同轴系统放电，从而输出指数波；其中，指数波的上升沿取决于电容器的电感和气体开关的电感以及同轴系统的匹配阻抗，指数波的半高宽参数取决于电容器的电容量和同轴系统的匹配阻抗；同轴系统末端的匹配电阻用于消除折射反射引起的振荡；同轴系统末端的锥形匹配末端用于减少波形上的畸变。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，被标定分压器设置于同轴系统侧壁法兰处；
所述标定装置测量指数波的上升沿部分预设幅值内的上升时间，根据该上升时间与被标定分压器的高频截止频率之间的反比例关系，确定出被标定分压器的高频截止频率。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，三通结构内设置有采用金属膜电阻构成的基准电阻分压器；
所述标定装置在指数波的半峰值处测量被标定分压器和基准电阻分压器的输出差值，根据二者的输出差值确定出被标定分压器的低频截止频率。
10.根据权利要求6－9任一项所述的系统，其特征在于，被标定分压器为快速暂态过电压VFTO测量用传感器。
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