CN104049121A - 电子式电压互感器电容分压结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种电子式电压互感器电容分压结构，包括内置有电压采集单元的底座、固定连接于所述底座的下级支撑绝缘组件及固定连接于所述下级支撑绝缘组件的上级支撑绝缘组件，所述上级支撑绝缘组件顶部连接有用于安装一次导体的连接头。本发明通过采用同轴小电容多级分压，实现了超特高压条件下电压互感器的一次传感部分信号采集，其不仅提高了电压互感器测量精度的稳定性，而且大大降低了产品成本，减小了产品的体积，满足了现在电力系统发展对电压互感器小型化，智能化，高可靠性的要求。
Description
技术领域
本发明涉及电子式电压互感器测量技术领域，特别涉及一种电子式电压互感器电容分压结构。
背景技术
电子式电压互感器是一种将一次电压转换为数字信号，供测量仪器、仪表和继电保护或控制装置使用的装置。而电子式电压互感器电容分压结构一次传感部分的主要功能为将一次高压信号成比例地转换为采集模块采集范围内的小模拟信号，其主要需满足两方面内容分别为绝缘设计和精度要求。
目前，电子式电压互感器的电压传感器多采用基于气体介质的同轴电容分压结构，然而，随着电力系统向大容量、超高压、特高压方向发展，其对电子式互感器的一次传感部分绝缘性能要求更高，这无疑会造成电压互感器的体积增大、成本变高、使用空间变大、安装复杂，同时，外部干扰及低电压端的杂散电容对电压互感器测量精度的影响更大。
发明内容
本发明的目的是提出一种电子式电压互感器电容分压结构，能提高电压互感器测量精度的稳定性，满足电力系统发展对电压互感器小型化，智能化，高可靠性的要求。
为达到上述目的，本发明提出了一种电子式电压互感器电容分压结构，包括内置有电压采集单元的底座、固定连接于所述底座的下级支撑绝缘组件及固定连接于所述下级支撑绝缘组件的上级支撑绝缘组件，所述上级支撑绝缘组件顶部连接有用于安装一次导体的连接头；
所述上级支撑绝缘组件包括上级对接法兰、设于所述上级对接法兰上的上级绝缘壳体以及设于所述上级绝缘壳体内的上级高压电极、上级支撑管、上级低压测量电极及上级同轴电缆，所述上级绝缘壳体中填充有 气体介质，所述上级支撑管沿所述上级绝缘壳体长度方向平行设置，所述上级高压电极的顶端电连接于所述连接头，所述上级高压电极的底端套设固定于所述上级支撑管上，所述上级低压测量电极夹设于所述上级高压电极与上级支撑管之间，所述上级同轴电缆一端电连接于所述上级低压测量电极；
所述下级支撑绝缘组件包括与所述上级对接法兰对接固定的下级对接法兰、设于所述下级对接法兰上的下级绝缘壳体以及设于所述下级绝缘壳体内的高压屏蔽筒、下级高压电极、下级支撑管、第一下级低压测量电极、第二下级低压测量电极及第一下级同轴电缆、第二下级同轴电缆，所述下级绝缘壳体中填充有 气体介质，所述下级高压电极隔离内嵌于高压屏蔽筒内，所述下级支撑管沿所述下级绝缘壳体长度方向平行设置，所述上级同轴电缆另一端穿设上级支撑管后连接于下级高压电极，所述下级高压电极的底端套设固定于所述下级支撑管上，所述第一下级低压测量电极及第二下级低压测量电极均夹设于所述下级高压电极与下级支撑管之间，所述第一下级同轴电缆及第二下级同轴电缆一端分别电连接于所述第一下级低压测量电极及第二下级低压测量电极，所述第一下级同轴电缆及第二下级同轴电缆另一端穿设下级支撑管后均电连接于所述底座中的电压采集单元。
进一步，在上述电子式电压互感器电容分压结构中，所述上级支撑绝缘组件还包括设于所述上级支撑管顶端的上级低压帽，用于保持均衡电场分布及防止尖端放电。
进一步，在上述电子式电压互感器电容分压结构中，所述上级低压测量电极与上级支撑管之间设有至少两绝缘环，所述上级低压测量电极通过该至少两绝缘环隔离套设于所述上级支撑管上。
进一步，在上述电子式电压互感器电容分压结构中，所述上级绝缘壳体内设有供所述上级支撑管穿设的上级支撑板，所述上级支撑板的外侧卡紧于所述上级绝缘壳体的内壁，所述上级支撑板的内侧抵持于所述上级支撑管，以将所述上级支撑管定位于所述上级绝缘壳体中心轴线上。
进一步，在上述电子式电压互感器电容分压结构中，所述上级支撑绝缘组件还包括容置于所述上级绝缘壳体内且与所述上级对接法兰固定连接的上级盘线盒，所述上级支撑管通过螺钉锁紧于所述上级盘线盒上，所述上级同轴电缆由所述上级支撑管中引出后通过所述上级盘线盒连接于下级高压电极。
进一步，在上述电子式电压互感器电容分压结构中，所述下级支撑绝缘组件还包括设于所述上级支撑管顶端的下级低压帽，用于保持均衡电场分布及防止尖端放电。
进一步，在上述电子式电压互感器电容分压结构中，所述下级绝缘壳体内设有供所述下级支撑管穿设的下级支撑板，所述下级支撑板的外侧卡紧于所述下级绝缘壳体的内壁，所述下级支撑板的内侧抵持于所述下级支撑管，以将所述下级支撑管定位于所述下级绝缘壳体中心轴线上。
进一步，在上述电子式电压互感器电容分压结构中，所述下级支撑绝缘组件还包括封气法兰及下级盘线盒，所述下级绝缘壳体的底部通过封气法兰固定于所述底座上，所述下级盘线盒容置于所述下级绝缘壳体内且与所述封气法兰固定连接，所述下级支撑管通过螺钉锁紧于所述下级盘线盒上。
进一步，在上述电子式电压互感器电容分压结构中，所述第一下级低压测量电极与下级支撑管之间设有至少两第一下级绝缘环，所述第一下级低压测量电极通过该至少两第一下级绝缘环隔离套设于所述下级支撑管上；所述第二下级低压测量电极与下级支撑管之间设有至少两第二下级绝缘环，所述第二下级低压测量电极通过该至少两第二下级绝缘环隔离套设于所述下级支撑管上。
进一步，在上述电子式电压互感器电容分压结构中，所述上级对接法兰与下级对接法兰对接的两侧设有均压环，用于保持对接法兰处的电压均衡。
本发明电子式电压互感器电容分压结构通过采用同轴小电容多级分压，实现了超特高压条件下电压互感器的一次传感部分信号采集，其不仅提高了电压互感器测量精度的稳定性，而且大大降低了产品成本，减小了产品的体积，满足了现在电力系统发展对电压互感器小型化，智能化，高可靠性的要求。
附图说明
图1为本发明电子式电压互感器电容分压结构一实施例的剖面示意图；
图2为图1中A处的放大示意图；
图3为本发明电子式电压互感器电容分压结构的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
请参阅图1至图3，本发明电子式电压互感器电容分压结构包括内置有电压采集单元（图未示）的底座1、固定连接于所述底座1的下级支撑绝缘组件2及固定连接于所述下级支撑绝缘组件2的上级支撑绝缘组件3，所述上级支撑绝缘组件3顶部连接有用于安装一次导体（图未示）的连接头4，所述上级支撑绝缘组件3包括上级对接法兰31、设于所述上级对接法兰31上的上级绝缘壳体32以及设于所述上级绝缘壳体32内的上级高压电极33、上级支撑管34、上级低压测量电极35及上级同轴电缆36，所述上级绝缘壳体32中填充有 （六氯化硫）气体介质，所述上级支撑管34沿所述上级绝缘壳体32长度方向平行设置，所述上级高压电极33的顶端电连接于所述连接头4，所述上级高压电极33的底端套设固定于所述上级支撑管34上，所述上级低压测量电极35夹设于所述上级高压电极33与上级支撑管34之间，所述上级同轴电缆36一端电连接于所述上级低压测量电极35；所述下级支撑绝缘组件2包括与所述上级对接法兰31对接固定的下级对接法兰21、设于所述下级对接法兰21上的下级绝缘壳体22以及设于所述下级绝缘壳体22内的高压屏蔽筒23、下级高压电极24、下级支撑管25、第一下级低压测量电极26a、第二下级低压测量电极26b及第一下级同轴电缆27a、第二下级同轴电缆27b，所述下级绝缘壳体22中填充有 气体介质，所述下级高压电极24隔离内嵌于高压屏蔽筒23内，所述下级支撑管25沿所述下级绝缘壳体22长度方向平行设置，所述上级同轴电缆36另一端穿设上级支撑管34后连接于下级高压电极24，所述下级高压电极24的底端套设固定于所述下级支撑管25上，所述第一下级低压测量电极26a及第二下级低压测量电极26b均夹设于所述下级高压电极24与下级支撑管25之间，所述第一下级同轴电缆27a及第二下级同轴电缆27b一端分别电连接于所述第一下级低压测量电极26a及第二下级低压测量电极26b，所述第一下级同轴电缆27a及第二下级同轴电缆27b另一端穿设下级支撑管25后均电连接于所述底座1中的电压采集单元。
其中，所述上级支撑绝缘组件3还包括设于所述上级支撑管34顶端的上级低压帽37，用于保持均衡电场分布及防止尖端放电。
所述上级低压测量电极35与上级支撑管34之间设有至少两绝缘环38，所述上级低压测量电极35通过该至少两绝缘环38隔离套设于所述上级支撑管34上。
所述上级绝缘壳体32内设有供所述上级支撑管34穿设的上级支撑板39，所述上级支撑板39的外侧卡紧于所述上级绝缘壳体32的内壁，所述上级支撑板39的内侧抵持于所述上级支撑管34，以将所述上级支撑管34定位于所述上级绝缘壳体32中心轴线上。
所述上级支撑绝缘组件3还包括容置于所述上级绝缘壳体32内且与所述上级对接法兰31固定连接的上级盘线盒30，所述上级支撑管34通过螺钉锁紧于所述上级盘线盒30上，以保证所述上级支撑管34沿所述上级绝缘壳体32中心轴线方向的稳定，所述上级同轴电缆36由所述上级支撑管34中引出后通过上级盘线盒30内连接于下级高压电极24。
所述上级高压电极33、上级低压测量电极35及上级支撑管34三者同轴安装，所述上级高压电极33、上级低压测量电极35及两者间的 气体介质构成高压端电容 ；所述上级低压测量电极35、上级支撑管34及两者间的 气体介质构成与所述高压端电容 串联的同轴电容 。需要说明的是，所述上级高压电极33轴向长度大于所述上级低压测量电极35的轴向长度，以保证电容间电场不受外电场的干扰。
所述下级支撑绝缘组件2还包括设于所述上级支撑管25顶端的下级低压帽28，用于保持均衡电场分布及防止尖端放电。
所述下级高压电极24与高压屏蔽筒23之间设有至少两绝缘件20，所述下级高压电极24、高压屏蔽筒23及两者间填充的 气体构成电容 。
所述第一下级低压测量电极26a与下级支撑管25之间设有至少两第一下级绝缘环262，所述第一下级低压测量电极26a通过该至少两第一下级绝缘环262隔离套设于所述下级支撑管25上；所述第二下级低压测量电极26b与下级支撑管25之间设有至少两第二下级绝缘环264，所述第二下级低压测量电极26b通过该至少两第二下级绝缘环264隔离套设于所述下级支撑管25上。
所述高压屏蔽筒23、下级高压电极24、下级支撑管25、第一下级低压测量电极26a及第二下级低压测量电极26b均同轴安装，所述第一下级低压测量电极26a、下级支撑管25及两者间填充的 气体构成电容 ；所述第二下级低压测量电极26b、下级支撑管25及两者间填充的 气体构成电容 ；所述下级高压电极24、所述第一下级低压测量电极26a及两者间填充的 气体构成电容 ；所述高压屏蔽筒23、第二下级低压测量电极26b及两者间填充的 气体构成电容 。
需要说明的是，所述高压屏蔽筒23的轴向长度大于所述下级高压电极24的轴向长度，所述下级高压电极24轴向长度大于所述第一下级低压测量电极26a的轴向长度，第一下级低压测量电极26a及第二下级低压测量电极26b的轴向长度相同，所述高压屏蔽筒23的轴向长度大于所述下级高压电极24与第二下级低压测量电极26b的轴向长度之和，以达到电容间电场不受外界干扰的目的。本发明中构成同轴电容的各器件高度保持一致，确保了电容间电场分布均匀。
所述下级绝缘壳体22内设有供所述下级支撑管25穿设的下级支撑板28，所述下级支撑板28的外侧卡紧于所述下级绝缘壳体22的内壁，所述下级支撑板28的内侧抵持于所述下级支撑管25，以将所述下级支撑管25定位于所述下级绝缘壳体22中心轴线上。
所述下级支撑绝缘组件2还包括封气法兰29及下级盘线盒200，所述下级绝缘壳体22的底部通过封气法兰29固定于所述底座1上，所述下级盘线盒200容置于所述下级绝缘壳体22内且与所述封气法兰29固定连接，所述下级支撑管25通过螺钉锁紧于所述下级盘线盒200上，以保证所述下级支撑管25沿所述下级绝缘壳体22中心轴线方向的稳定，所述第一下级同轴电缆27a及第二下级同轴电缆27b由所述下级支撑管25中引出后分别电连接于所述底座1中的电压采集单元。
所述上级对接法兰31与下级对接法兰21对接的两侧设有均压环5，用于保持对接法兰处的电压均衡。
所述下级支撑绝缘组件2与上级支撑绝缘组件3可通过上级对接法兰31与下级对接法兰21进行对接组装，所述上级对接法兰31与高压屏蔽筒23电连接，
所述上级支撑管34与高压屏蔽筒23相连，所述上级盘线盒30内预留的上级同轴电缆36接至下级高压电极24，即所述上级低压测量电极35经上级同轴电缆36与下级高压电极24相连。
本发明电子式电压互感器电容分压结构的工作原理如下：
所述上级支撑绝缘组件形成分压电容 、 ，所述下级支撑绝缘组件形成分压电容 和 、 和 ， 、 并联与 、 串联构成第一串联电容串； 、 串联构成第二串联电容串；该第一串联电容串与第二串联电容串并联后与高压电容 串联，即该第一串联电容串与第二串联电容串连接于一次高压与大地之间。 对第一串联电容串的分压获得对地电位 ， 对第二串联电容串分压获得对地电位 ，即从该第一串联电容串与第二串联电容串中分别引出一个与一次电压成比例的小信号 和 。 为上级支撑绝缘组件与下级支撑绝缘组件的中间法兰处（上级对接法兰与下级对接法兰对接处）所受的干扰信号。
其中，
（1）
上述（1）式中， , ；其中， 为第一串联电容串与第二串联电容串的并联电容之和， 为一次电压;
（2）
定义: ; ; ；
由上述（1）式及（2）式可得: ， ；
当对接法兰处受到外界干扰信号 时，有：
（3）
（4）
其中， ; ；
由（3）式及（4）式可求得：
（5）
其中，系数 可通过校验系统获得。
当 时， 及 均与一次电压 成线性关系；当 号时，将在 和 上附加一个电压值，可通过将 及 的测量值代入（5）式中经过加权差值计算后还原出真实的一次电压 ，这样就降低了外部干扰及低电压端的杂散电容对电压互感器测量精度的影响，提高了电压互感器测量精度的稳定性。
相比于现有技术，本发明电子式电压互感器电容分压结构的有益效果是：
1、本发明电子式电压互感器电容分压结构中的电容均为机械结构的同轴电容，其选用热膨胀系数小的材料，即可完全满足-40℃至70℃温度范围内的测量精度要求，提高了电压互感器测量精度的稳定性。
2、本发明采用了多级电容分压，通过采用多个绝缘水平低的单级分压器串联完成高电压等级产品的设计，降低了产品成本，同时也减小了产品的体积，达到产品小型化的目的。
3、本发明采用多路采集的方法，对共模干扰信号也有很大的滤除作用，低压端杂散电容的影响削弱，尤其可以解决多级绝缘子连接易受外界干扰的问题，并消除了现有电压互感器存在的电荷俘获导致的电位抬升问题。
综上，本发明电子式电压互感器电容分压结构通过采用同轴小电容多级分压，实现了超特高压条件下电压互感器的一次传感部分信号采集，其不仅提高了电压互感器测量精度的稳定性，而且大大降低了产品成本，减小了产品的体积，满足了现在电力系统发展对电压互感器小型化，智能化，高可靠性的要求。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (10)
1.一种电子式电压互感器电容分压结构，其特征在于，包括内置有电压采集单元的底座、固定连接于所述底座的下级支撑绝缘组件及固定连接于所述下级支撑绝缘组件的上级支撑绝缘组件，所述上级支撑绝缘组件顶部连接有用于安装一次导体的连接头；
所述上级支撑绝缘组件包括上级对接法兰、设于所述上级对接法兰上的上级绝缘壳体以及设于所述上级绝缘壳体内的上级高压电极、上级支撑管、上级低压测量电极及上级同轴电缆，所述上级绝缘壳体中填充有 气体介质，所述上级支撑管沿所述上级绝缘壳体长度方向平行设置，所述上级高压电极的顶端电连接于所述连接头，所述上级高压电极的底端套设固定于所述上级支撑管上，所述上级低压测量电极夹设于所述上级高压电极与上级支撑管之间，所述上级同轴电缆一端电连接于所述上级低压测量电极；
所述下级支撑绝缘组件包括与所述上级对接法兰对接固定的下级对接法兰、设于所述下级对接法兰上的下级绝缘壳体以及设于所述下级绝缘壳体内的高压屏蔽筒、下级高压电极、下级支撑管、第一下级低压测量电极、第二下级低压测量电极及第一下级同轴电缆、第二下级同轴电缆，所述下级绝缘壳体中填充有 气体介质，所述下级高压电极隔离内嵌于高压屏蔽筒内，所述下级支撑管沿所述下级绝缘壳体长度方向平行设置，所述上级同轴电缆另一端穿设上级支撑管后连接于下级高压电极，所述下级高压电极的底端套设固定于所述下级支撑管上，所述第一下级低压测量电极及第二下级低压测量电极均夹设于所述下级高压电极与下级支撑管之间，所述第一下级同轴电缆及第二下级同轴电缆一端分别电连接于所述第一下级低压测量电极及第二下级低压测量电极，所述第一下级同轴电缆及第二下级同轴电缆另一端穿设下级支撑管后均电连接于所述底座中的电压采集单元。
2.根据权利要求1所述的电子式电压互感器电容分压结构，其特征在于，所述上级支撑绝缘组件还包括设于所述上级支撑管顶端的上级低压帽，用于保持均衡电场分布及防止尖端放电。
3.根据权利要求2所述的电子式电压互感器电容分压结构，其特征在于，所述上级低压测量电极与上级支撑管之间设有至少两绝缘环，所述上级低压测量电极通过该至少两绝缘环隔离套设于所述上级支撑管上。
4.根据权利要求3所述的电子式电压互感器电容分压结构，其特征在于，所述上级绝缘壳体内设有供所述上级支撑管穿设的上级支撑板，所述上级支撑板的外侧卡紧于所述上级绝缘壳体的内壁，所述上级支撑板的内侧抵持于所述上级支撑管，以将所述上级支撑管定位于所述上级绝缘壳体中心轴线上。
5.根据权利要求4所述的电子式电压互感器电容分压结构，其特征在于，所述上级支撑绝缘组件还包括容置于所述上级绝缘壳体内且与所述上级对接法兰固定连接的上级盘线盒，所述上级支撑管通过螺钉锁紧于所述上级盘线盒上，所述上级同轴电缆由所述上级支撑管中引出后通过所述上级盘线盒连接于下级高压电极。
6.根据权利要求1~5任一项所述的电子式电压互感器电容分压结构，其特征在于，所述下级支撑绝缘组件还包括设于所述上级支撑管顶端的下级低压帽，用于保持均衡电场分布及防止尖端放电。
7.根据权利要求6所述的电子式电压互感器电容分压结构，其特征在于，所述下级绝缘壳体内设有供所述下级支撑管穿设的下级支撑板，所述下级支撑板的外侧卡紧于所述下级绝缘壳体的内壁，所述下级支撑板的内侧抵持于所述下级支撑管，以将所述下级支撑管定位于所述下级绝缘壳体中心轴线上。
8.根据权利要求7所述的电子式电压互感器电容分压结构，其特征在于，所述下级支撑绝缘组件还包括封气法兰及下级盘线盒，所述下级绝缘壳体的底部通过封气法兰固定于所述底座上，所述下级盘线盒容置于所述下级绝缘壳体内且与所述封气法兰固定连接，所述下级支撑管通过螺钉锁紧于所述下级盘线盒上。
9.根据权利要求8所述的电子式电压互感器电容分压结构，其特征在于，所述第一下级低压测量电极与下级支撑管之间设有至少两第一下级绝缘环，所述第一下级低压测量电极通过该至少两第一下级绝缘环隔离套设于所述下级支撑管上；所述第二下级低压测量电极与下级支撑管之间设有至少两第二下级绝缘环，所述第二下级低压测量电极通过该至少两第二下级绝缘环隔离套设于所述下级支撑管上。
10.根据权利要求1所述的电子式电压互感器电容分压结构，其特征在于，所述上级对接法兰与下级对接法兰对接的两侧设有均压环，用于保持对接法兰处的电压均衡。
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Application publication date: 20140917 |