CN103762066A - 一种gis用多输出电子式电流电压组合互感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种GIS用多输出电子式电流电压组合互感器，一种GIS用多输出电子式电流电压组合互感器，包括电子式电流互感器和同轴电容式的电压互感器，所述电压互感器包括同轴电容分压器，同轴电容分压器包括悬浮电位筒（6）和悬浮电位筒外侧设置的低压电容结构，其特征在于，所述低压电容结构至少由内向外依次设有第一金属层（7）、第二金属层（9）和第三金属层（11），各金属层之间设有绝缘介质；所述第一金属层（7）连接悬浮电位筒（6）外壁，第二金属层（9）为分体式结构。上述同轴结构分压器可实现电压、电流传感多输出、多保护功能。具备小型化，高抗干扰，高精度，高可靠性、低成本等优点。

Description

一种GIS用多输出电子式电流电压组合互感器

技术领域

本发明涉及一种GIS用多输出电子式电流电压组合互感器。

背景技术

目前的GIS用电子式电压互感器（包括组合互感器设备中的电压互感器），多为电容分压结构，使用一次屏蔽罩和悬浮筒体的同轴结构作为高压电容，用绝缘介质的同轴金属层结构作为低压电容，低压电容侧并上电阻引入采集器、经积分、放大、双A/D转换后，通过光电转换装置转化为光信号经光纤接入合并单元同步处理后到测量保护设备上。

如CN202384167U，CN202384166U等专利文献所公开的那样，与一次导体同轴设置的悬浮电位筒上设置金属层与绝缘层，形成同轴电容结构。对于组合互感器，悬浮电位筒上同轴设置采用罗氏线圈的电流互感器。

当前的问题在于，随着电力系统向大容量，超高压和特高压方向发展，对电力设备小型化，智能化，高可靠性的要求也越来越高，国家电网对智能电网110KV级以上电站测量系统提出了双保护的原则；所以亟需一种多输出的组合互感器。

发明内容

本发明的目的是提供一种GIS用多输出电子式电流电压组合互感器，用以解决当前没有多输出组合互感器的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种GIS用多输出电子式电流电压组合互感器，包括电子式电流互感器和同轴电容式的电压互感器，所述电压互感器包括同轴电容分压器，同轴电容分压器包括悬浮电位筒（6）和悬浮电位筒外侧设置的低压电容结构，所述低压电容结构至少由内向外依次设有第一金属层（7）、第二金属层（9）和第三金属层（11），各金属层之间设有绝缘介质；所述第一金属层（7）连接悬浮电位筒（6）外壁，第二金属层（9）为分体式结构。

所述第二金属层（9）径向分段，由至少两个瓦形结构组成。

所述第二金属层（9）轴向分段设置。

所述第二金属层（9）轴向分段设置。

所述第三金属层（11）接地，第二金属层的各分体块分别连接所述电压互感器对应输出端。

所述第二金属层（9）的各分体块大小、形状相同。

所述电子式电流互感器包括至少两个罗氏线圈，罗氏线圈安装在悬浮电位筒外的金属壳体中。

所述第一金属层与第三金属层之间并联有匹配电阻。

同轴电容分压器包含悬浮电位筒，悬浮电位筒同轴由内向外至少设置第一金属层7，第二金属层9，第三金属层11。通过调整第二金属层9形状、结构，将其设置为分体式结构，由若干分体块构成，分体方法包括轴向分段，分为若干筒形结构，或者径向分段，分为若干瓦形结构，抑或是既轴向分段又径向分段，第三金属层与各分体块均通过屏蔽电缆连接相应的电压互感器端口，每个分体块与第三金属层间作为一个传感头接口，从而实现电压互感器多输出、多保护功能。如双输出双保护功能。

通过配置合适数目的罗氏线圈，也可以实现电流传感多输出、多保护的功能。

本发明的组合互感器具体小型化，高抗干扰，高精度，高可靠性、低成本等优点。

附图说明

图1是GIS用电子电流电压组合互感器整体结构图；

图2是互感器低压电容金属分层示意图；

图3是同轴电容机构原理图；

图4是阻容分压电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示为本发明所的一种GIS用多输出电子式电流电压组合互感器，包括外部压力容器1、罗氏线圈4、罗氏线圈的金属制壳体5、同轴电容分压器3等，2为一次导体。与现有技术类似，同轴电容分压器由悬浮电位筒和悬浮电位筒外侧的低压电容结构组成，一次导体2与悬浮电位筒6之间采用气体绝缘介质（SF₆）绝缘，形成高压电容。

如图2所示，悬浮电位筒外侧，由内向外依次同轴设置有第一金属层7、第一固体绝缘介质层8、第二金属层9、第二固体绝缘介质层10和第三金属层11；第一金属层7紧贴悬浮电位筒6外壁，第二金属层9为分体式结构。

上述分体式结构，作为一种实施方式，如图3所示，第二金属层9径向分段，由两个瓦形结构组成。为了实现多输出，也可以采用三个或三个以上瓦形结构形成的第二金属层。填充到金属层间的固体绝缘材料形成的第一、第二固体绝缘介质层通过第二金属层分体块之间的间隙连通。

作为另一种实施方式，第二金属层9轴向分段设置，可以分为多个筒形结构（附图未画出）。

作为进一步的实施方式，第二金属层9还可以既轴向分段又径向分段，其截面仍可参照图3。

以上实施例中，为了便于测量、计算，各分体块大小、形状完全相同，如图4的电气参数计算中，选择两分体结构，两分体块电气参数相同。

第二金属层每分体块与第三金属层形成互感器输出端口，经由高屏蔽性能电缆传导至采集单元，从而实现多输出多保护。第三金属层为接地金属层。

悬浮电位筒固定于压力容器筒体，悬浮电位筒与压力容器之间采用高强度高绝缘工程塑料连接，第一金属层与第二金属层间、第二金属层与第三金属层间采用高韧性，高绝缘性能绝缘材料填充。悬浮电位筒安装于压力容器筒体上，第一金属层、第二金属层、第三金属层及相关绝缘介质安装附着于悬浮电位筒上，悬浮电位筒为第一金属层、第二金属层、第三金属层提供机械支撑。金属制压力容器形成外电场屏蔽系统，悬浮电位筒形成强弱电场屏蔽系统，同时，悬浮电位筒靠近一次导体侧表面与一次导体外表面电容效应承担一次导体到压力容器地电位压降主要部分，协同第一金属层、第二金属层、第三金属层间电容效应，形成电容分压器，第一金属层与第三金属层之间并联匹配电阻，调节互感器输出端口输出电压，同时形成过电压抑制电路。

二次电子单元，如图1所示电缆连接的压力容器以上部分，安装于压力容器外侧，安装于封闭金属制壳体内。为二次电子单元提供良好的外界电磁场屏蔽。采集单元输入口并大电阻确保传变精度。

为了实现电流互感器的多输出，可以配置相应数量的罗氏线圈，每个罗氏线圈分别形成电流传感器接口。罗氏线圈安装于铝制或其他金属制的壳体内，壳体、罗氏线圈与上述金属层同轴。

以下为阻容分压原理，如图4所示：

一次导体外表面与悬浮电位筒靠近一次导体侧表面电容参数为C₁，其电容数值决定于一次导体与悬浮电位筒间气体介质的介电常数与一次导体与悬浮电位管的具体形状，悬浮电位筒外表面与第一金属层紧贴，第一金属层与第二金属层各分体块间电容参数为C_a，第二金属层各分体块与第三金属层间电容参数为C2,由金属层结构可知，第一金属层与第二金属层各分体块间电容可视为n个C_a并联，第二金属层各分体块与第三金属层间电容可视为n个C₂并联。忽略诸多细节因素，可理想化视为无限长同轴电容计算公式为：

$c_1=\frac{{2\mathrm{\π\ϵ}}_o{\mathrm{\ϵ}}_{r}l}{\ln \frac{b}{a}}---\left(1\right)$

用以计算C₁、C_a、C₂等值。

式中：ε₀相对真空的介电常数；ε_ｒ介电常数；l电容屏长度；a同轴近轴侧金属层半径；b同轴远轴侧金属层半径。第一金属层与第二金属层各分体块间电容、第二金属层各分体块与第三金属层间电容为第二金属层与该金属层电容计算后均分值。根据电气原理图（图3）

$\frac{{\stackrel{\·}{U}}_i}{{\stackrel{\·}{U}}_o}=\frac{1}{\mathrm{\α}}\×(\frac{C_x}{C_1}+1)-j\×\frac{1}{\mathrm{\ω\α}{C}_1{R}_p}---\left(2\right)$

式中

$\mathrm{\α}=\frac{C_a}{C_a+C_2}---\left(3\right)$

$C_x=n\×\frac{C_a\×C_2}{C_a+C_2}---\left(4\right)$

n为第二金属层分体块数目，C_a为第一金属层与第二金属层每分体块之间电容参数，C₂为第二金属层每分体块与第三金属层电容，C_a、C₁、C₂均可根据结构尺寸求出，输出值为

匹配电阻R=R′可求。

以上实施方式和原理介绍中，同轴电容分压器的金属层为三层，作为其他实施方式，也可以设置为四层或四层以上，本领域技术人员可以根据需要选择设置互感器输出端子。

所以说，以上仅给出了几种具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的结构、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种GIS用多输出电子式电流电压组合互感器，包括电子式电流互感器和同轴电容式的电压互感器，所述电压互感器包括同轴电容分压器，同轴电容分压器包括悬浮电位筒（6）和悬浮电位筒外侧设置的低压电容结构，其特征在于，所述低压电容结构至少由内向外依次设有第一金属层（7）、第二金属层（9）和第三金属层（11），各金属层之间设有绝缘介质；所述第一金属层（7）连接悬浮电位筒（6）外壁，第二金属层（9）为分体式结构。

2.根据权利要求1所述的一种GIS用多输出电子式电流电压组合互感器，其特征在于，所述第二金属层（9）径向分段，由至少两个瓦形结构组成。

3.根据权利要求1所述的一种GIS用多输出电子式电流电压组合互感器，其特征在于，所述第二金属层（9）轴向分段设置。

4.根据权利要求2所述的一种GIS用多输出电子式电流电压组合互感器，其特征在于，所述第二金属层（9）轴向分段设置。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种GIS用多输出电子式电流电压组合互感器，其特征在于，所述第三金属层（11）接地，第二金属层的各分体块分别连接所述电压互感器对应输出端。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种GIS用多输出电子式电流电压组合互感器，其特征在于，所述第二金属层（9）的各分体块大小、形状相同。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种GIS用多输出电子式电流电压组合互感器，其特征在于，所述电子式电流互感器包括至少两个罗氏线圈，罗氏线圈安装在悬浮电位筒外的金属壳体中。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种GIS用多输出电子式电流电压组合互感器，其特征在于，所述第一金属层与第三金属层之间并联有匹配电阻。

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