CN104505243B - 0.001级高压高准确度双级电压互感器研制及应用 - Google Patents

Abstract

本发明为一种0.001级高压高准确度双级电压互感器研制及应用。其涉及电力计量标准设备技术领域，主要创新点在于：实现了高压领域里双级电压互感器结构的创新设计及扩展应用，它采用添加一“高电位、低电压”的激磁组件。环形铁芯双级结构设计和二次绕组绕制在一次绕组外面的创新方法，使得高压绕组能够有效的降低了一次绕组R₁和一次漏抗的X₁。在实际工程应用中准确度高，稳定性好，提高了互感器校验计量传递的准确度和工作效率，其全绝缘110kV/双级电压互感器与半绝缘110kV/双级电压互感器串联组合，构成了220kV/的0.001级双级电压标准，使高准确度电压计量范围提高1倍，属于国内国际领先项目。

Description

0.001级高压高准确度双级电压互感器研制及应用

技术领域

本发明涉及电力计量标准设备技术领域，特别是关于高压高准确度电压互感器的误差校验及应用技术，具体来说是涉及一种0.001级高压高准确度双级电压互感器设计及其制作方法和扩展应用。

背景技术

电能计量的应用极其广泛。小到家庭，大到变电站与发电厂局网之间，特别是对于国际电力贸易结算如对目前开展的中俄、中蒙、中吉(吉尔吉斯坦)和大陆与港澳地区一类的电力贸易结算都是至关重要的。其中显而易见的原因是计量精度的差异，计量精度的差异就是财富转移的差异。传统计量用途的电压互感器的主要不足之处是极难达到高准确度，而这种不足，会大大地限制计量用途的电压互感器的应用场合并影响到国家和用户财富分配。

目前，国内省级电力计量单位使用的110kv电压标准(单级电压互感)为0.005级，根据国家电压互感器计量检定规程，计量用途的标准器应比被测电压互感器至少高一个准确度等级，因此计量用途的电压互感器在使用之前必须进行精度检测和标定，以确保计量准确度等级。随着电力工业的飞速发展，研制精准、稳定可靠的电压比例标准器具对电能计量水平的提高非常有必要，已迫在眉睫。

随着我国特高压输电技术的工程应用，特高压电网电压的准确测量成为亟待研究解决的关键技术问题。目前现有技术采用的高电压比例标准主要有电阻分压器、电容分压器和电磁式比例标准三种类型。其中电阻分压器一是要求在恒温条件下工作，且功率消耗大，二是分布电容影响大，必须采取屏蔽措施来控制容性泄漏电流的影响，使得电阻分压器尺寸庞大、造价高、很难应用到实际工程中。而电容分压器由于受温度、电压、邻近效应等因素的影响，其准确度和稳定性不如电磁式比例标准高。电磁式比例标准具有准确度高，稳定性好，对工作条件要求低，使用方便等诸多优点，成为我们研究的首选。并且环形双级电压互感器较之单级电压互感器有明显的准确度优势，理论上双级电压互感器的误差是两级互感器误差的乘积，从稳定性、线性范围、准确度的数据分析，实际中双级电压互感器也较单级电压互感器优于一个数量级。由于高压领域中的绝缘问题及其它各种电参数受高电压的影响和制约，所以在“低电压”，领域里的设计和工艺方案在高压领域里难以实现，实践要求我们不但地去创新和变革。

由于国外在计算机、模拟及数字计量仪器标准方面起步较早，在标准仪器计量仪表方面多优于我国，但在电磁测量尤其在精密高等级计量用标准互感器方面，我国则处于领先地位。

如我国的知名专家赵修民、彭时雄等(他们均为1957年前后毕业于清华大学)经过多年努力和辛勤探讨都完成过多项科研项目、发表了多篇论文，奠定了相关的理论基础，如彭时雄专家在精密互感器开发等方面的科学工作中共完成科研成果200余项。获国家级奖项5项，(国家科学进步二等奖2项，三等奖1项，国家发明专利1项，1978年全国科学大会中大科研成果奖1项)省部级奖13项，局级奖21项。经技术鉴定，国际领先2项，国际先进15项，国内领先和先进18项......且由于且由于工资的差异。西方国家较我国国家工资10-20倍。高电压双级电压互感器是在低电压双级电压互感器的基础上克服了高压绝缘，电容泄漏技术瓶颈研制成功，其结构特点决定必须是手工绕制，工艺复杂而耗时，犹如工艺品雕刻，所以决定了、限制了西方国家人力的高成本投入研制，而求其它方法。而其它发展中国家劳力虽相对低廉，但技术和资金相对缺乏而阻碍开发研制，这就造成了我们的强项。经过多年努力取得了目前科研成果。实测结果认为建成了0.0005级及0.001级高准确度双级电压互感器自校系统，其扩展不确定度分别为1.5×10^-6(K＝2)和3×10^-6(K＝2)，具有国际领先水平。

高电压标准器每上升一个准确度级别都具有相当难度，目前国内外仅有两台(套)(由彭世雄专家研制)油浸式0.002级双级电压互感器分别为华北电力科学研究和武汉国家高压电计量站使用，它是由两台互相独立的“插片式铁芯制造的激磁互感器”和“由环形铁芯制造的比例互感器”共同组成，测试时用导线连接使用。受生产工艺限制，采用了“低电位，低电压”的激磁设计方案和圆形花瓣式分区域，分层的绕制方法，电场磁场状态复杂，极大的限制了内阻的降低导致占空利用率很低，其内阻为19.92k，(而本发明内阻设计值0.001级仅为1850Ω)，又由于采用了二次绕组在内一次绕组在外的绕制方案，产生了很大的一次绕组漏抗值X1可达55.4kΩ从而大大地降低了准确度，(理论上当二次绕组在高压外面的时候，X1的理论值较低或接近于零)必须有先进的设计理念和工艺作为保证，通过大量实验方能达到准确度的提升。因此也正是基于上述原因，促使申请人产生发明一种0.001级高压高准确度双级电压互感器及其制作方法的思想火花和设计理念。

在研制小组的不懈努力中，昌华电子科技公司及全体员工研制成功了国际国内首套全绝缘《0.001级双级电压互感器》和全绝缘《35kV0.0005级双级电压互感器》填补了国际国内空白，属国际首创。研制的全绝缘和半绝缘《35kV0.0005双级电压互感器》及全绝缘和半绝缘《0.001级双级电压互感器》，在准确度等级方面，均优于国内外同类产品。该四项成果均具有国际领先水平。

发明内容

受中国计量科学研究院，电测所邵海明所长(本发明研制组成员)委托，并完成了本发明所包括干式半绝缘0.001级双级电压互感器和气体全绝缘0.001级双级电压互感器，其中全绝缘0.001级双级电压互感器其低电压端是与的电压相联，使用高压端是与相联使用。当由一台半绝缘0.001级双级电压互感器和一台全绝缘0.001级双级电压互感器一次与一次串联，其全绝缘双级电压互感器二次与一台(100V比100V的0.0005级高耐压双级隔离电压互感器)联级使用，其二次与半绝缘双级电压互感器的二次串联，从而构成了等同于一台的0.001级的双级电压互感器，本发明是国内外所独有的，目前是最高等级的创新设计产品。

本发明的目的是提供一种0.001级高压高准确度双级电压互感器及其制作方法及扩展应用，以适应电力工业的飞速发展的需要，解决背景技术存在的上述问题。

高压双级电压互感器比值差f和相位差δ的表达式：

f＝-(G₀R₁-b₀X₁)+fc+Δf+fs

δ＝-(b₀R₁+G₀X₁)+δc+Δδ+δs(21)

G₀、b₀-一次比例线圈激磁电导、激磁电纳

R₁、X₁-一次比例线圈电阻值，漏抗值

F₀、δc-容性误差分量(基本为常数，线性可调可补，加厚绝缘)

Δf、Δδ-误差补偿分量(基本为常数)

fS、δ_S-磁性误差分量(采用圆环形铁芯，各线圈均匀无定向布绕，且装设完善的磁屏蔽的情况下，经实测亦基本为常数)。

上述表达式表明一次比例线圈电阻值R₁，漏抗值X₁是双级电压互感器产生误差的关键参数。本发明科学合理地减小了一次比例线圈电阻值R₁和漏抗值X₁。

本发明通过对磁性误差、空载误差、容性误差产生的原因分析，此0.001级高压高准确度双级电压互感器的技术方案是：主要包括坡莫合金、环形铁芯均匀无定向布绕，增加导线绝缘面积，绝缘材料、比例组件、误差调整的线路、静电屏蔽磁屏蔽的设置及材料、比例补偿绕组和组装构件，其发明点在于：添加一“高电位、低电压”的激磁组件和比例补偿绕组，所述比例组件即主标准器，所述“高电位、低电压”的激磁组件为辅助互感器，所述辅助互感器的变比与主标准器的变比完全一致，所述辅助互感器与主标准器连接线在内部连接，与外环境完全隔离；采用环形辅助铁芯、环形主铁芯的双级结构和二次绕组绕制在一次绕组外面的创新方法；0.001级高压高准确度双级电压互感器结构上从里到外依次是：最内层是一环形辅助铁芯，“高电位、低电压”的激磁绕组绕制在所述环形辅助铁芯上，在所述“高电位、低电压”的激磁绕组的外面是由金属磁性材料构成的磁屏蔽层，在所述该磁屏蔽层的内侧是一环形主铁芯，在所述环形主铁芯及磁屏蔽层外绕制一次比例绕组，在所述一次比例绕组的外面是由静电屏蔽材料构成的静电屏蔽层，在所述该静电屏蔽层的外侧绕制二次比例绕组和比例补偿绕组，在所述二次比例绕组和比例补偿绕组的外面是由静电屏蔽材料构成的外静电屏蔽层；

进一步的，所述环形铁芯，其中含有环形辅助铁芯、环形主铁芯，分别采用导磁率高，铁损耗小，饱和磁密度高的优质硅钢带和坡莫合金材料卷制成环形铁芯；

进一步的，所述环形铁芯，其中含有环形辅助铁芯、环形主铁芯，环形辅助铁芯及激磁绕组用层厚0.25mm，总体厚度达到5mm的低铁损高导磁率的优质硅钢片紧紧包围的全磁场屏蔽的创新结构；

进一步的，采用一种单独创新的高压领域的工艺方法：使一次比例绕组的线圈均匀布绕在紧靠环形主铁芯处，即环形主铁芯处于高电位，一次比例绕组的线圈按层依次降低电位，至最外层最后一匝为接地电位点，恰好与均匀布绕在最外面的二次比例绕组及比例补偿绕组所处低电位点相吻合，解决了高压电压互感器一次、二次间高低电位处理复杂的难题，实现一次比例绕组的线圈从里层到外层，电位逐层降低，从而极大地提高了绝缘的可靠性。

进一步的，所述辅助互感器是本发明添加一个“高电位、低电压”的辅助供电互感器.使主比例绕组组件极大的节约了环形铁芯的可利用空间，从而可以进一步提高层间绝缘厚度，加大一次绕组线圈的导线截面积。减小主互感器一次绕组的内阻值R₁。辅助互感器与比例绕组组件变比相同，用于提供主互感器激磁电流，由于辅助互感器与比例绕组组件变比相同，辅助互感器二次绕组可作为测试中的外部仪器的工作电压，所以在辅助互感器二次绕组留有测量抽头，方便测试。

进一步的，本发明的0.001级高压高准确度双级电压互感器绕制时，采用的绕制方法是：一次比例绕组第一层顺绕，第二层逆绕，第三层再顺绕……依次类推，用以消除每层单匝效应，减小了不必要的误差引入。但在(相对)逆向绕制时层间绝缘对应层间电压变化呈阶梯状分布即层间压差大的位置绝缘加厚，反之绝缘减薄。使得层间电容值基本一致。并且，这种由内到外层间电位递减的绕制方法，使用层间互为电磁屏蔽，电场分布更均匀，二次比例绕组及比例补偿绕组的低电位需求也得以保护。

进一步的，所述环形补偿铁芯选用与环形主铁芯同材料，同炉处理；

进一步的，所述绝缘材料采用干式、环形、双级结构。比例绕组、激励绕组的主绝缘全部采用一层漆包铜线涂刷一层高压绝缘漆，在高压绝缘漆的外面覆盖聚酯薄膜，在聚酯薄膜的外面覆盖介质损耗及击穿强度都非常优良的聚丙稀聚酯和高压绝缘漆，每层绕组均按照该法操作，形成在绕组的层间绝缘材料分成多层，同时在绕组的层间涂刷高压绝缘漆；

进一步的，所述静电屏蔽材料以紫铜皮和铝萡材料为主，设置在一次比例绕组和二次比例绕组及比例补偿绕组之间，二次比例绕组及比例补偿绕组和外界隔离处；

进一步的，所述组装构件由比例绕组组件、激磁辅助绕组组件及补偿组件都组装在一个机箱内，比例绕组组件和激磁辅助绕组组件之间用优质冷轧硅钢片隔开。所述组装构件由比例绕组组件、“高电位、低电压”的激励绕组组件、增加绝缘效果的高压绝缘塔及对应的全部绕组都组装在一个机箱内，高压端引出线由有机玻璃材质的高压绝缘塔引出，以节省制作成本，方便接线操作；

一种0.001级高压高准确度双级电压互感器的制作方法，包含如下独特工艺方法：

1、采用一种单独创新的高压领域里环形铁芯双级结构设计及工艺方法：使一次比例绕组的线圈均匀布绕在紧靠环形主铁芯处，即环形主铁芯处于高电位，一次比例绕组的线圈按层依次降低电位，至最外层最后一匝层为接地电位点，恰好与均匀布绕在最外面的二次比例绕组及比例补偿绕组所处低电位点相吻合，解决了高压电压互感器一次、二次间高低电位处理复杂的难题，实现一次比例绕组的线圈从里层到外层，电位逐层降低，从而极大地高了绝缘的可靠性。

2、现有技术的双级电压互感器多采用高压激磁方式，在高压双级电压互感器中，由于一次绕组的电压很高，无论高压或低压绕组的引出线在穿越低压或高压线圈时，电场分布极不均匀，往往由于爬电效应导致绝缘击穿，这正是环形铁芯高压互感器研制的瓶颈。本发明的0.001级高压高准确度双级电压互感器在设计时添加的“高电位、低电压”的激磁绕组组件为辅助互感器，使主比例绕组组件极大的节约了环形铁芯的可利用空间，从而可以进一步提高层间绝缘厚度，加大一次绕组线圈的导线截面积.辅助互感器与比例绕组组件变比相同，用于提供主互感器激磁电流，由于辅助互感器与比例绕组组件变比相同，辅助互感器二次绕组可作为测试中的外部仪器的工作电压，所以在辅助互感器二次绕组留有测量抽头，方便测试。

3、在绕制方法方面：现有技术的高压互感器一次绕组匝数多，工艺上无法单层完成全部绕组线圈。现有工艺的绕制方法在多层绕制时，会沿铁芯中心轴呈螺旋状绕制，会形成多层单匝效应，多达几十圈的轴向磁场，对高准确度互感器误差的影响不容忽视。本发明的0.001级高压高准确度双级电压互感器绕制时，采用的绕制方法是：一次比例绕组第一层顺绕，第二层逆绕，第三层再顺绕……依次类推，用以消除每层单匝效应减小了不必要的误差引入。但在(相对)逆向绕制时层间绝缘对应层间电压变化呈阶梯状分布即层间压差大的位置绝缘加厚，反之绝缘减薄。使得层间电容值基本一致。并且，这种由内到外层间电位递减的绕制方法，使用层间互为电磁屏蔽，电场分布更均匀，二次比例绕组及比例补偿绕组的低电位需求也得以保护。

4、所述误差调整的特殊线路：本发明的0.001级高压高准确度双级电压互感器使用在110kv电网的一次电压为非整数电压，相对于二次某整数电压(如100V)时，将产生非整数误差(即分数匝)，且误差在电磁转换过程中是客观存在的。因此，必须进行误差调整。我们采取在互感器二次绕组(即次级绕组)进行补偿调整。选用与环形主铁芯同材料，同炉处理的环形补偿小铁芯进行线性补偿，采用同炉处理的工艺方法是因为磁料材料铁芯在退火处理时，炉温变化对磁性能影响极大。微补偿的小互感器亦做成双级结构，由辅助互感器提供补偿小互感器的激磁电压，此种在二次侧叠加同相与正交补偿电压，以平移比值差和相位差曲线的特殊补偿方式进一步减小了整体误差，保证了本发明的0.001级高压高准确度双级电压互感器的准确度级别达到0.001级。

5、采用合理科学的绝缘设计工艺，所述绝缘材料采用干式、环形、双级结构。比例绕组、激励绕组的主绝缘全部采用一层漆包铜线涂刷一层高压绝缘漆，在高压绝缘漆的外面覆盖聚酯薄膜，在聚酯薄膜的外面覆盖介质损耗及击穿强度都非常优良的聚丙稀聚酯和高压绝缘漆，每层绕组均按照该法操作，形成在绕组的层间绝缘材料分成多层，同时在绕组的层间涂刷高压绝缘漆；

由于采用上述技术方案，本发明的技术效果有：该0.001级高压高准确度双级电压互感器结构合理、功能齐全、在实际工程应用中精度高，接线方便、结构紧凑、标识清楚、益于操作，大大提高了互感器检验的工作效率，整体技术方案构思科学合理。在市场经济中，具有强大的生命力及巨大的发展后劲。

附图说明

图1为本发明的0.001级高压高准确度双级电压互感器结构示意图；

图2为本发明的补偿双级小互感器线路结构示意图；

图3为本发明的比例组件剖面结构示意图；

图4为本发明的一次绕组层间分布结构示意图；

图5为0.001级双级电压互感器加法校验线路即本发明的(扩展应用)连接构成双级标准的的应用校验电路图。

其中：1、比例组件，2、激磁组件，3、比例绕组补偿线圈，4、激磁绕组补偿线圈，5、接主标准器二次绕组的接口，6、接辅助标准器二次绕组的接口，7、面板引出端接口，8、圆环形辅助铁芯，9、“高电位、低电压”的激励绕组，10、磁屏蔽层及圆环形主铁芯，11、一次比例绕组，12、静电屏蔽层1，13、二次比例绕组，14、静电屏蔽层2，15、漆包铜线，16、高压绝缘漆层，17、聚酯薄膜，18、聚丙稀薄膜；

下面结合附图说明本发明的具体实施方式：

综合图1到图4，一种0.001级高压高准确度双级电压互感器，主要包括比例组件1，激磁组件2，激磁组件2中含有一个补偿双级小互感器；

所述补偿双级小互感器，包括有比例绕组补偿线圈3、激磁绕组补偿线圈4，接主标准器二次绕组的接口5，接辅助标准器二次绕组的接口6；

所述补偿双级小互感器是本发明激磁组件中添加的一个高电位、低电压的辅助供电互感器，与比例组件1变比相同，用于提供电压互感器激磁电流，由于添加的高电位、低电压的补偿双级小互感器与比例组件1变比相同，补偿双级小互感器的二次绕组可作为测试中的外部仪器的工作电压，所以本发明在补偿双级小互感器的二次绕组留有测量抽头，使主比例组件1极大的节约了铁芯的可利用空间，从而可以进一步提高层间绝缘厚度，加大一次绕组线圈的导线截面积。

所述比例组件1、激磁组件2的铁芯选用同材料，同炉处理的铁芯；

所述绝缘材料采用干式、环形、双级结构。比例组件1、激磁组件2的主绝缘全部采用一层漆包铜线15涂刷一层高压绝缘漆层16，在高压绝缘漆层16的外面覆盖聚酯薄膜17，在聚酯薄膜17的外面覆盖介质损耗及击穿强度都非常优良的聚丙稀聚酯薄膜18和高压绝缘漆层16，每层绕组均按照该法操作，形成在绕组的层间绝缘材料分成多层，同时在绕组的层间涂刷高压绝缘漆层16；

所述组装构件由比例组件1、激磁组件2及对应的全部绕组都组装在一个机箱内，比例组件1和激励组件2之间用优质冷轧硅钢片隔开，通过接主标准器二次绕组的接口5串接主标准器二次绕组，另一端由面板引出，接辅助标准器二次绕组的接口6内部串接辅助标准器二次绕组，另一端也由面板引出，以方便接线操作；

为了更深入的理解本发明的技术方案，下面结合0.001级高压高准确度双级电压互感器的制作方法，把本发明的技术方案加以总结，具体阐明如何采用电压互感器技术结构上的创新和更新绕制工艺的多重综合技术措施来实现0.001级高压高准确度双级电压互感器的制作方法，包含如下工艺侧重点和流程：

1、在环形铁芯双级结构方面：

铁芯采用导磁率高，铁损耗小，饱和磁密度高的优质硅钢带卷制成圆环形铁芯，结构上采用双级电压互感器结构。

双级电压互感器是常用的电压比例标准，其突出优点是准确度高、稳定性好。现有技术的叠片铁心虽然便于绕制高压线包和绝缘处理，但有搭接气隙，磁性能较差，结圈漏磁很大，且稳定性不理想。因此，环形铁芯是高准确度电压互感器的必然选择。并且双级电压互感器较之单级电压互感器具有明显的准确度优势，理论上，双级电压互感器的误差是激磁部分(第一级互感器)和比例部分(第二级互感器)两者误差的乘积，实际中双级也较单级电压互感器优于一个数量级。0.001级高压高准确度双级电压互感器采用了环形铁芯，双级结构的技术，0.001级高压高准确度双级电压互感器选用在低磁通密度下具有高导磁率的优质铁芯材料1J85型坡莫合金[其起始导磁率大于100000×4π×10^-7(T·m/A)]和导磁率高，铁损耗小，饱和磁密高的优质硅钢带卷制成圆环形铁芯，并且尽可能减小带材接缝，适当降低了磁通密度，从原材料上为本互感器优良性能夯实基础。

2、在绝缘材料方面：

采用干式、环形、双级结构，其主绝缘全部采用介质损耗及击穿强度都非常优良的聚丙稀、聚酯薄膜和高压绝缘漆。

高压电压互感按绝缘结构不同，主要可分为干式、油浸式、充气式几种。油浸式结构简单，但体积较大不利于运输及维护。绝缘树脂浇筑式和充气式互感器结构紧凑，维护方便，但多为叠片铁芯结构，准确度的提高受到限制。由于0.001级高压高准确度双级电压互感器等级高、且准确度要求极严，故采用了干式、环形、双级结构。其主绝缘全部选用介质损耗及击穿强度都非常优良的聚丙稀、聚酯薄膜和选用高压绝缘漆有效地保证了上述要求。

下表是绝缘材料性能参数：

3、在绝缘结构及强度方面：

圆环形铁芯在绕制高压比例一次绕组时由于一次线圈的匝数多，无法一层绕制完成，因此，需要多层(甚至几十层)串联，而各层的层间电压也不尽相同。比例线圈匝间、层间均有分布电容，均有电位差，因而产生容性泄漏电流，泄漏电流在比例线圈中产生电压降，就造成了容性误差，这种寄生导纳引起的误差通常称为内负载效应。

根据选用的优质绝缘材料的性能，我们确立了本互感器主绝缘厚度为0.9mm/1000V，并且在线圈的层间为防止绝缘薄膜缝隙爬电，将绝缘膜分成若干层，层间涂刷高压绝缘漆，如此，亦很好的解决了高压爬电问题。

4、在解决一次、二次绕组分布状况方面：

由于在圆环形铁芯上，均匀绕制的线圈漏磁很小，电压互感器的空载误差只与一次线圈漏抗X₁有关。圆环形铁芯理论上认为先均匀绕制的一次线圈漏抗近似等于零。本发明的0.001级高压高准确度双级电压互感器在设计时将一次绕组线圈均匀布绕在紧靠铁芯处，即铁芯处于高电位，绕组按层依次降低电位，至最外层最后一匝层为地电位点，恰好与二次绕组处于低电位点相吻合，解决了高压电压互感器初，次级间高低电位处理复杂的难题，有效的使得本发明的0.001级高压高准确度双级电压互感器空载误差得以有效降低。

5、在一次绕组的电阻值选取方面：

鉴于一次绕组的内阻值对电压互感器的容性误差和空载误差影响都很大，即空载电流和容性泄漏电流都流过内阻时所产生的电压降即产生误差。因此在设计上采用了双级辅助互感器“高电位低电压”励磁的创新方法，极大的节约了环形铁芯的可利用空间，减小了绕组导线长度。在绕制工艺上选用高强度，高纯度聚酯漆包线，加大一次绕组线圈的导线面积，在绕制工艺顺序上先绕制一次线圈，铁芯截面选用正方形尺寸，严格控制导线长度，使得比例一次绕组线圈总体内阻值为1850Ω，二次绕组内阻值为0.03Ω这在同电压等级的互感器中很难做到的，从而有效的降低了本双级互感器的容性误差和空载误差。并且解决了双级互感器的比例绕组不能带负载的难题(本发明的0.001级高压高准确度双级电压互感器比例绕组可带300kΩ电阻器或10nF电容器用于测量、校对高压电容器，且不影响本标准器的准确度)；

6、在低电压高电位激磁方式方面：

现有技术的双级电压互感器都采用高压激磁方式，在高压双级电压互感器中，由于一次绕组的电压很高，无论高压或低压绕组的引出线在穿越低压或高压线圈时，电场分布极不均匀，往往由于爬电导致绝缘击穿，这正是环形铁芯高压互感器研制的瓶颈。本发明的0.001级高压高准确度双级电压互感器在设计时添加一个高电位、低电压的辅助互感器，用于提供双级电压互感器激磁电流，且添加的高电位、低电压的辅助互感器与双级主互感器变比相同，辅助互感器二次绕组可作为测试中的外部仪器的工作电压(可带一定量负载，且不影响主互感器的准确度)。如此，很好的解决了上述问题，在实际使用中操作简便，用途广泛，提高了检测效率。

7、在绕制方法方面：

现有技术的高压互感器一次绕组匝数多，工艺上无法单层完成全部绕组线圈。现有工艺的绕制方法在多层绕制时，会沿铁芯中心轴呈螺旋状绕制，形成多层单匝效应，多达几十圈的轴向磁场，对高准确度互感器误差的影响不容忽视。本发明的0.001级高压高准确度双级电压互感器绕制时，采用的绕制方法是：一次绕组第一层顺绕，第二层逆绕，第三层再顺绕……依次类推，用以消除每层单匝效应减小了不必要的误差引入。但在(相对)逆向绕制时层间绝缘对应层间电压变化呈阶梯状分布即层间压差大的位置绝缘加厚，反之绝缘减薄。使得层间电容值基本一致。并且，这种由内到外层间电位递减的绕制方法，使用层间互为电磁屏蔽，电场分布更均匀，二次绕组的低电位需求也得以保护。

8、在磁屏蔽设置方面：

本发明的0.001级高压高准确度双级电压互感器设计制作时，将环形铁芯的双级结构的第一级铁芯和激磁线用层厚0.25mm，总体厚度达到5mm的低铁损高导磁率的优质硅钢片制做成上、下、内、外环紧紧包围(注：磁屏蔽层不应对铁芯形成短路匝)屏蔽起来，形成全磁场完全屏蔽，防止第一级互感器的漏磁通泄漏到比例线圈上(实践中显示此项误差为双级电压互感器最为主要的误差之一)，借以减小激磁线圈对高低压比例线圈互感耦合系数的不均匀性。实验证明这种设计制作方案对双级电压互感器的非线性磁性误差和空载误差分量起到了基本消除的作用。

9、在静电屏蔽设置方面：

本发明的0.001级高压高准确度双级电压互感器在高、低压线圈之间，及低压线圈与外界隔离处设置有紫铜皮和铝萡材料为主的静电屏蔽，且静电屏蔽设置固定电位(由辅助互感器和电源端提供)，以防止高、低压绕组间相互干扰。在实际调试试验中也验证了静电屏蔽层对高压双级电压互感器的准确度及稳定性起到极其重要的作用。

10、关于误差调整的特殊线路：

本发明的0.001级高压高准确度双级电压互感器使用在110kv电网的一次电压为非整数电压，相对于二次某整数电压(如100V)时，将产生非整数误差(即分数匝)，且误差在电磁转换过程中是客观存在的。因此，必须进行误差调整。我们采取在互感器二次绕组(即次级绕组)进行补偿调整。选用与环形主铁芯同材料，同炉处理的环形辅助铁芯进行线性补偿，采用同炉处理的工艺方法是因为磁料材料铁芯在退火处理时，炉温变化对磁性能影响极大。微补偿的小互感器亦做成双级结构，由辅助互感器提供补偿小互感器的激磁电压，此种在二次侧叠加同相与正交补偿电压，以平移比值差和相位差曲线的特殊补偿方式进一步，减小了仪器的整体误差，保证了本发明的0.001级高压高准确度双级电压互感器的准确度级别达到0.001级。

11、在组装结构方面：

在组装结构上采取将本发明的0.001级高压高准确度双级电压互感器和相应的辅助互感器共同组装在一个机箱内，互感器之间用优质冷轧硅钢片隔开，以达到互感器的漏磁通互不影响。互感器的接线端子都由面板引出，高压端引出线由同一有机玻璃材质的高压绝缘塔引出，以节省制作成本，方便接线操作，避免了主互感器在使用时激磁绕组要从外部与辅助互感器连接的繁琐联接方式，减小了因外部连接导线内阻及高压电场分布杂乱引入的误差，且保证仪器的整体性能稳定。

12、在扩展应用方面，双级电压互感器串联加法的优点：

1、单级电压互感器线性度差，准确等级低、稳定度差；单级电压互感器串联加法只能给出不确定度，给不出准确等级，且只能现测现用，这是不得已而为之的办法，因为制造不出高电压的双级电压互感器与感应分压器。而双级电压互感器则线性度好，准确等级高，稳定性好，双级电压互感器串联加法不但能给出不确定度，而且能给出准确等级，由于稳定性好，不需现测现用。

2、单级电压互感器串联加法，参考点的电压百分值偏低，仅为10％-30％，而双级电压互感器串联加法，参考点的电压百分值高，包括10％-60％点均可通过直接比较法得出，只需测60％-120％点的电压参数。

3、通过串联加法，一旦测出构成串联标准的半绝缘双级电压互感器与全绝缘双级电压互感器的误差后，串联标准的误差与准确等级就确定了，可直接用的串联标准作为标准，用比较法直接测定被校电压互感器的误差，无需再采用单级电压互感器串联加法的3次繁琐测定，提高了使用的效率。

为进一步了解本发明的构造特征、运用技术手段及所预期达成的功效，现将本发明的设计思路和创新点加以叙述如下：

0.001级高压高准确度双级电压互感器的二次绕组设计绕制在一次绕组外面，即一次绕组在铁芯最近处，基于当采用环形铁芯，且先均匀布绕一次线圈，后均匀布绕二次线圈时，先绕的一次线圈漏抗X₁近似等于零(即X_1≈0)。而且，此种设计绕制方式先绕的一次绕组匝长相对较短，近而线圈整体长度得以控制，有效减小了一次绕组的内阻值R₁。0.001级高压高准确度双级电压互感器包含激磁组件和比例组件，比例组件即主标准器，激磁组件为辅助互感器为主标准器提供激磁电流，保证主标准器的准确度和稳定性，且辅助互感器的变比与主标准器的变比完全一致，准确度等级亦优于0.05级，故作为校准实验中的工作电压(可带一定量负载，且不影响主标器的准确性)，辅助互感器供给主标准器激磁电流的连接线亦在仪器内部连接，与外环境完全隔离，不会因误操作或连接导线，接触电阻等原因影响主标准器的准确度。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种0.001级高压高准确度双级电压互感器，主要包括环形铁芯、绝缘材料、比例组件、误差调整的线路、静电屏蔽材料、比例补偿绕组和组装构件，其特征在于：添加一“高电位、低电压”的激磁组件和比例补偿绕组，所述比例组件即主标准器，所述“高电位、低电压”的激磁组件为辅助互感器，所述辅助互感器的变比与主标准器的变比完全一致，所述辅助互感器与主标准器连接线在内部连接，与外环境完全隔离；上述0.001级高压高准确度双级电压互感器采用环形辅助铁芯、环形主铁芯的双级结构和二次绕组绕制在一次绕组外面的方式；该0.001级高压高准确度双级电压互感器结构上从里到外依次是：最内层是一环形辅助铁芯，“高电位、低电压”的激磁绕组绕制在所述环形辅助铁芯上，在所述“高电位、低电压”的激磁绕组的外面是由金属磁性材料构成的磁屏蔽层，在所述该磁屏蔽层的内侧是一环形主铁芯，在所述环形主铁芯及磁屏蔽层外绕制一次比例绕组，在所述一次比例绕组的外面是由静电屏蔽材料构成的静电屏蔽层，在所述该静电屏蔽层的外侧绕制二次比例绕组和比例补偿绕组，在所述二次比例绕组和比例补偿绕组的外面是由静电屏蔽材料构成的外静电屏蔽层。

2.根据权利要求1所述的0.001级高压高准确度双级电压互感器，其特征在于：所述辅助互感器是添加一个“高电位、低电压”的辅助供电互感器；该辅助互感器与比例绕组组件变比相同，用于提供主互感器激磁电流，由于辅助互感器与比例绕组组件变比相同，辅助互感器二次绕组能够作为测试中的外部仪器的工作电压，所以在辅助互感器二次绕组留有测量抽头，方便测试。

3.根据权利要求1所述的0.001级高压高准确度双级电压互感器，其特征在于：一次比例绕组的线圈均匀布绕在紧靠环形主铁芯处，即环形主铁芯处于高电位，一次比例绕组的线圈按层依次降低电位，至最外层最后一匝为接地电位点，恰好与均匀布绕在最外面的二次比例绕组及比例补偿绕组所处低电位点相吻合。

4.根据权利要求1所述的0.001级高压高准确度双级电压互感器，其特征在于：所述环形铁芯，其中含有环形辅助铁芯、环形主铁芯，环形辅助铁芯及激磁绕组用层厚0.25mm、总体厚度达到5mm的低铁损高导磁率的优质硅钢片紧紧包围屏蔽起来，从而形成全磁场屏蔽的结构。

5.根据权利要求1所述的0.001级高压高准确度双级电压互感器，其特征在于：采用的绕制方法是一次比例绕组第一层顺绕，第二层逆绕，第三层再顺绕……依次类推，但在相对逆向绕制时层间绝缘对应层间电压变化呈阶梯状分布，即层间压差大的位置绝缘加厚，反之绝缘减薄，使得层间电容值基本一致，这种由内到外层间电位递减的绕制方法，使用层间互为电磁屏蔽，电场分布更均匀，二次比例绕组及比例补偿绕组的低电位需求也得以保护。

6.根据权利要求1所述的0.001级高压高准确度双级电压互感器，其特征在于：所述绝缘材料采用干式、环形、双级结构，每层的比例绕组、激励绕组的主绝缘全部采用一层漆包铜线涂刷一层高压绝缘漆，在高压绝缘漆的外面覆盖聚酯薄膜，在聚酯薄膜的外面覆盖介质损耗及击穿强度都非常优良的聚丙稀聚酯和高压绝缘漆，形成在绕组的层间绝缘材料分成多层，同时在绕组的层间涂刷高压绝缘漆。

7.根据权利要求1所述的0.001级高压高准确度双级电压互感器，其特征在于：所述组装构件由比例绕组组件、激磁辅助绕组组件及补偿组件都组装在一个机箱内，比例绕组组件和激磁辅助绕组组件用优质冷轧硅钢片隔开。

8.根据权利要求1所述的0.001级高压高准确度双级电压互感器的应用，其特征在于：由一台半绝缘0.001级双级电压互感器和一台全绝缘0.001级双级电压互感器一次与一次串联，其全绝缘双级电压互感器二次与一台100V比100V的0.0005级高耐压双级隔离电压互感器联级使用，其二次与半绝缘双级电压互感器的二次串联，从而构成了等同于一台的0.001级的双级电压互感器。

9.一种0.001级高压高准确度双级电压互感器的制作方法，其特征在于：

(1)、采用一种高压领域的工艺方法，使一次比例绕组的线圈均匀布绕在紧靠环形主铁芯处，即环形主铁芯处于高电位，一次比例绕组的线圈按层依次降低电位，至最外层最后一匝为接地电位点，恰好与均匀布绕在最外面的二次比例绕组及比例补偿绕组所处低电位点相吻合；

(2)、上述0.001级高压高准确度双级电压互感器在设计时添加的“高电位、低电压”的激磁供电绕组组件为辅助互感器，辅助互感器与比例绕组组件变比相同，用于提供主电压互感器激磁电流；由于辅助互感器与比例绕组组件变比相同，辅助互感器二次绕组能够作为测试中的外部仪器的工作电压，所以在辅助互感器二次绕组留有测量抽头；

(3)、在绕制方法方面：上述0.001级高压高准确度双级电压互感器绕制时，采用的绕制方法是一次比例绕组第一层顺绕，第二层逆绕，第三层再顺绕……依次类推，但在相对逆向绕制时层间绝缘对应层间电压变化呈阶梯状分布，即层间压差大的位置绝缘加厚，反之绝缘减薄，使得层间电容值基本一致，这种由内到外层间电位递减的绕制方法，使层间互为电屏蔽，电场分布更均匀，二次比例绕组及比例补偿绕组的低电位需求也得以保护；

(4)、误差调整的线路：上述0.001级高压高准确度双级电压互感器使用在110kv电网的一次电压为非整数电压，相对于二次某整数电压时，将产生非整数误差即分数匝，且误差在电磁转换过程中是客观存在的，必须进行误差调整，采取了在互感器二次绕组即次级绕组进行补偿调整，选用与环形主铁芯同材料、同炉处理的环形补偿铁芯进行线性补偿，采用同炉处理的工艺方法是因为磁料材料铁芯在退火处理时，炉温变化对磁性能影响极大；微补偿的小互感器亦做成双级结构，由辅助互感器提供补偿小互感器的激磁电压，此种在二次侧叠加同相与正交补偿电压，以平移比值差和相位差曲线的特殊补偿方式进一步减小了整体误差，保证了上述0.001级高压高准确度双级电压互感器的准确度级别达到0.001级；

(5)、采用的绝缘设计工艺，绝缘材料采用干式、环形、双级结构；每层的比例绕组、激励绕组的主绝缘全部采用一层漆包铜线涂刷一层高压绝缘漆，在高压绝缘漆的外面覆盖聚酯薄膜，在聚酯薄膜的外面覆盖介质损耗及击穿强度都非常优良的聚丙稀聚酯和高压绝缘漆。