CN103728582A - 应用于带电校验的高精度电容分压器及中间电压测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于带电校验的高精度电容分压器及中间电压测量方法，属于电容分压器技术领域。该电容分压器包括高压臂电容C₁、低压臂电容C₂、低压电容引线、高压侧屏蔽套和低压侧屏蔽套。该电容分压器由于引入了屏蔽，可以有效的降低外界干扰对电容分压器中间电压值的影响，提高测量的精度和稳定性。该中间电压测量方法首先利用温度传感器得到温度误差，再根据温度误差对由电容分压器实际测量得到的中间电压进行修正，得到中间电压真值。该方法降低了温度的影响，提高了分压比的稳定性。

Description

应用于带电校验的高精度电容分压器及中间电压测量方法

技术领域

本发明涉及电容分压器技术领域，特别涉及一种应用于带电校验的高精度电容分压器及中间电压测量方法。

背景技术

电容式电压互感器（capacitor voltage transformer）主要应用在电力系统高压等级电路中，简称CVT。CVT的主要结构包括标准电容分压器、中间电压测量互感器和后续电路。其中间电压测量互感器和后续电路可以认为是一台低电压的电磁式电压互感器，它的测量精度在现在的生产条件下可以做到很高，因而在正常工作状态下，影响CVT测量精度的因素主要集中在标准电容分压器上。

标准电容分压器一般由高压臂主电容和低压臂主电容串联而成，由于高压臂的主电容量较大，也可以在高压臂采用将几个低容量电容串联的结构，在低压臂也可以采用将几个电容并联的结构。当在理想的电容器两端加上电压时，电容器中只存在位移电流。但是在实际的电容器两端加上电压时，电容的绝缘材料中多少会有一部分泄漏电流流过，这部分泄漏电流会改变标准电容分压器的分压比，使测量出现误差。为了得到高精度的标准电容分压器，需要尽可能的减小标准电容分压器的泄漏电流。

标准电容分压器应用在高电压的场合，由于自身的体积较大，会和周围的设备以及大地间产生杂散电容。在正常工作的状态下，这些杂散电容会导致在标准电容分压器中流过杂散电流。这些杂散电流同样会改变标准电容分压器的分压比，影响测量精度。特别是在应用于在线校正中的电容式电压互感器，现场的工作环境复杂多变，周围环境的改变也会对杂散电容产生影响。因此，为了得到高精度的标准电容分压器，需要采取措施来降低标准电容分压器和周围环境间的杂散电容，降低临近设备带电状态对标准电容分压器测量精度的影响。

由于CVT在高电压等级线路中表现出来的很多优点，国内外学者和公司对电容式电压互感器进行了大量的研究。研究的方向有分析稳态情况下误差产生的原因并提高测量精度、关于暂态特性的研究以及改善暂态响应和削弱铁磁谐振等。但外界电磁环境和临近设备对标准电容分压器的影响依然很突出。

电容式电压互感器的主要组成部包括两级标准电容分压器、A/D转换模块、数据处理模块和数据显示输出模块，其结构原理如图1所示。

电容式电子式电压互感器在测量电压时，首先是通过两级标准电容分压器将母线上的高电压降低为低压臂电容器两端的中间电压，然后通过A/D转换模块将中间电压模拟信号转换为数字信号，在二次侧的数据处理模块中对信号数据进行处理，得到一次侧的电压信号，并计算出其幅值和相位，最后通过数据显示输出模块进行输出。

在CVT的基本结构中，标准电容分压器的精度和稳定性对CVT的测量精度有着很重要的影响，本章的内容主要着眼于标准电容分压器的屏蔽措施。

标准电容分压器理想情况下的结构电路图如图2（a）所示，理想情况下的电容中只有位移电流流过，低压臂和高压臂的电压关系如公式（1）所示。但是在实际的运行中，由于标准电容中存在泄漏电流，将泄漏电流等效为一个与标准电容并联的电阻，则实际运行的标准电容分压器结构如图2（b）所示。

$U_2=\frac{C_1}{C_1+C_2}{U}_1---\left(1\right)$

理想情况的标准电容分压器的分压比和频率无关，但是实际运行中的标准分压器的分压比是和频率有关的，如公式（2）和（3）。

$U_2=\frac{R_2\left|\right|(1/\mathrm{j\ω}{C}_2)}{R_1\left|\right|(1/\mathrm{j\ω}{C}_1)+R_2\left|\right|(1/\mathrm{j\ω}{C}_2)}{U}_1---\left(2\right)$

$U_2=\frac{R_2+\mathrm{J\ω}{C}_1{R}_1{R}_2}{R_1+R_2+\mathrm{j\ω}{R}_1{R}_2(C_1+C_2)}{U}_1---\left(3\right)$

可以看到，由于泄漏电流等效电阻的存在，实际的标准电容分压器的分压比精度会收到影响，减小泄漏电流，就可以提高标准电容分压器的精度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种通过减小电容电极和临近设备之间的杂散电容来提高测量精度和测量稳定性的应用于带电校验的高精度电容分压器及中间电压测量方法。

本发明提供的应用于带电校验的高精度电容分压器包括高压臂电容C₁、低压臂电容C₂、低压电容引线、高压侧屏蔽套和低压侧屏蔽套，所述高压臂电容C₁为同轴圆柱电容，所述低压臂电容C₂为平行板电容，所述高压臂电容C₁通过低压电容引线连接于低压臂电容C₂，所述高压侧屏蔽套包覆住所述高压臂电容C₁，所述低压侧屏蔽套包覆住所述低压臂电容C₂和低压电容引线，所述高压侧屏蔽套和低压侧屏蔽套一起覆盖了整个所述电容分压器。

作为优选，所述高压臂电容C₁进行过光滑处理。

作为优选，所述高压臂电容C₁电极之间填充SF₆气隙。

作为优选，所述低压臂电容C₂填充介质为膜纸复合介质，介电常数3.5。

作为优选，所述电容分压器还包括多个温度传感器，用于指示所述电容分压器内的温度。

本发明提供的包括多个温度传感器的电容分压器对中间电压进行测量的方法包括以下步骤：

根据所述各温度传感器测得的温度，在温度误差-温度折线图中采用插值法得到温度误差；

根据所述温度误差对由所述电容分压器实际测量得到的中间电压进行修正，得到中间电压真值。

作为优选，所述温度误差-温度折线图的获得方法包括以下步骤：

将所述电容分压器放入温度控制室内，在不同的温度点对所述电容分压器施加额定电压，测量所述电容分压器的温度特性数据，所述电容分压器温度特性数据包括温度值、试验电压值、中间电压值和温度误差值；

根据所述温度误差值和所述温度值绘制温度误差-温度折线图。

作为优选，所述温度控制室内的温度范围是0～60℃。

作为优选，所述温度点包括多个。

作为优选，所述温度点为5个。

本发明提供的应用于带电校验的高精度电容分压器由于引入了屏蔽，可以有效的降低外界干扰对电容分压器中间电压值的影响，提高测量的精度和稳定性。

本发明提供的包括多个温度传感器的电容分压器对中间电压进行测量的方法首先利用温度传感器得到温度误差，再根据温度误差对由电容分压器实际测量得到的中间电压进行修正，得到中间电压真值。该方法降低了温度的影响，提高了分压比的稳定性。

附图说明

图1为现有技术中的CVT结构原理图；

图2（a）为现有技术中CVT结构在理想情况下的原理图；

图2（b）为现有技术中CVT结构在实际情况下的原理图；

图3为本发明实施例一提供的应用于带电校验的高精度电容分压器的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的应用于带电校验的高精度电容分压器的结构示意图；

图5为本发明实施例二提供的应用于带电校验的高精度电容分压器的温度误差-温度折线图。

具体实施方式

为了深入了解本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例一

本发明提供的应用于带电校验的高精度电容分压器包括高压臂电容C₁2、低压臂电容C₂4、低压电容引线6、高压侧屏蔽套1和低压侧屏蔽套3，高压臂电容C₁2为同轴圆柱电容，低压臂电容C₂4为平行板电容，高压臂电容C₁2通过低压电容引线6连接于低压臂电容C₂4，高压侧屏蔽套1包覆住高压臂电容C₁2，低压侧屏蔽套3包覆住低压臂电容C₂4和低压电容引线6，高压侧屏蔽套1和低压侧屏蔽套3一起覆盖了整个电容分压器，标号5为中间电压信号输出端。仿真采用ANSOFT软件进行，经过计算仿真，其电场的最大值出现在平行板电容器的电极之间，其余部分的电场强度值比较低，满足绝缘的要求。

分别对有屏蔽无干扰、有屏蔽有干扰、无屏蔽无干扰、无屏蔽有干扰四种情况下的电容分压器进行仿真，得到的中间电压值如表1所示：

表1中间电压仿真结果对照表

从表1可以看出，外界的干扰对中间电压值没有影响，有干扰和无干扰时中间电压的差值为0.00%。而采用现有技术提供的电容分压器时，有干扰和无干扰时，中间电压差值为10.79%，由此可见，本发明提供的应用于带电校验的高精度电容分压器由于引入了屏蔽，可以有效的降低外界干扰对电容分压器中间电压值的影响，提高测量的精度和稳定性。

其中，高压臂电容C₁2可以进行过光滑处理，从而减小电场强度。

其中，高压臂电容C1电极之间可以填充SF₆气隙，以利用其良好的电气绝缘性能及优异的灭弧性能。

其中，低压臂电容C₂填充介质为膜纸复合介质，介电常数3.5，以利用其温度系数小，电容量稳定，防潮性好的性能。

实施例二

参见附图4，本发明实施例二提供的应用于带电校验的高精度电容分压器与本发明实施例一提供的应用于带电校验的高精度电容分压器的区别在于，

本发明电容分压器还包括多个温度传感器7，本实施例中，温度传感器7分别设置于该电容分压器内6个不同的位置，用于指示电容分压器内不同位置的的温度，从而进一步降低温度的影响，提高分压比的稳定性。

应用本发明实施例二提供的电容分压器对中间电压进行测量的方法包括以下步骤：

根据各温度传感器7测得的温度，在如图5所示的温度误差-温度折线图中采用插值法得到温度误差；

根据温度误差对由电容分压器实际测量得到的中间电压进行修正，得到中间电压真值。

其中，如图5所示的温度误差-温度折线图的获得方法包括以下步骤：

将电容分压器放入温度控制室内，在不同的温度点对电容分压器施加额定电压，测量电容分压器的温度特性数据，电容分压器温度特性数据包括温度值、试验电压值、中间电压值和温度误差值，本实施例中，电容分压器温度特性数据如表2所示：

表2温度特性数据

温度（℃）	额定电压（KV）	中间电压（V）	温度误差（%）
				0.1	50.641	11.6263	0.034
15.3	50.527	11.6002	0.035
				30.1	50.769	11.6549	0.027
45.2	50.749	11.6504	0.028
				59.6	50.970	11.7034	0.048

；

根据温度误差值和温度值绘制如图5所示的温度误差-温度折线图。

其中，温度控制室内的温度范围是0～60℃。

其中，温度点包括多个，本实施例中，温度点为表2所示的5个，其中，温度点的数量越多该温度误差-温度折线图越准确。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于带电校验的高精度电容分压器，其特征在于，包括高压臂电容C₁、低压臂电容C₂、低压电容引线、高压侧屏蔽套和低压侧屏蔽套，所述高压臂电容C₁为同轴圆柱电容，所述低压臂电容C₂为平行板电容，所述高压臂电容C₁通过低压电容引线连接于低压臂电容C₂，所述高压侧屏蔽套包覆住所述高压臂电容C₁，所述低压侧屏蔽套包覆住所述低压臂电容C₂和低压电容引线，所述高压侧屏蔽套和低压侧屏蔽套一起覆盖了整个所述电容分压器。

2.根据权利要求1所述的电容分压器，其特征在于，所述高压臂电容C₁进行过光滑处理。

3.根据权利要求1所述的电容分压器，其特征在于，所述高压臂电容C₁电极之间填充SF₆气隙。

4.根据权利要求1所述的电容分压器，其特征在于，所述低压臂电容C₂填充介质为膜纸复合介质，介电常数3.5。

5.根据权利要求1～4中任一所述的电容分压器，其特征在于，所述电容分压器还包括多个温度传感器，用于指示所述电容分压器内的温度。

6.基于权利要求5所述的电容分压器的中间电压进行测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据各所述温度传感器测得的温度，在温度误差-温度折线图中采用插值法得到温度误差；

根据所述温度误差对由所述电容分压器实际测量得到的中间电压进行修正，得到中间电压真值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述温度误差-温度折线图的获得方法包括以下步骤：

将所述电容分压器放入温度控制室内，在不同的温度点对所述电容分压器施加额定电压，测量所述电容分压器的温度特性数据，所述电容分压器温度特性数据包括温度值、试验电压值、中间电压值和温度误差值；

根据所述温度误差值和所述温度值绘制温度误差-温度折线图。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述温度控制室内的温度范围是0～60℃。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述温度点包括多个。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述温度点为5个。

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