CN104880594A - 支柱式电压互感器同轴小电容多级分压技术 - Google Patents

Abstract

一种电子式电压互感器传感器测量的方法，包括同轴小电容多级分压工作原理和使用同轴小电容多级分压原理设计的支柱式电压互感器结构。该方法采用多级同轴小电容分压器实现超特高压电压互感器的一次传感，信号采集。该方法不仅能保证测量精度的稳定性，而且减小绝缘设计的复杂性，大大的降低了产品制造成本。另外采用的双路采集方式有效地解决了外部干扰、低压端电荷俘获等对测量精度的影响，满足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

支柱式电压互感器同轴小电容多级分压技术

所属技术领域 

本发明涉及一种电子式电压互感器传感器测量的方法，尤其是一种应用于220kV及以上的支柱式电子式电压互感器的测量技术。 

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。对于一次传感部分所涉及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，对于这一功能的实现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测量技术，随着电力系统向大容量、超高压、特高压方向发展，互感器一次传感部分绝缘设计要求加大，造成体积增大、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测量精度的影响加大。 

发明内容

为了克服在特高压场合现有电压互感器现有的上述不足，本发明提供支柱式电压互感器同轴小电容多级分压技术，实现超特高压条件下电压互感器的一次传感部分信号采集，不仅能保证测量精度的稳定性，而且使产品成本大大降低，绝缘设计更加简单，满足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。 

本发明其特点在于提供一种支柱式电压互感器同轴小电容多级分压技术方法，解决其技术问题所采用的技术方案。 

本发明其所提及的方法包括同轴小电容多级分压工作原理和使用同轴小电容多级分压原理的支柱式电压互感器结构设计。 

本发明所述的同轴小电容多级分压工作原理为：由上级分压器所形成的分压电容C₀和C₂₁₁与下级两套分压电容C₂₂和C₂₃、C₂₃和C₃₂形成的两组电容串联，接到一次高压与大地之间，如图1。从两组电容串中分别引出一个与一次电压成比例的小信号U_O1和U_O2。E为串联分压器的中间法兰处所受干扰信号。当E=0时，U_O1和U_O2与一次电压成线性关系。当E≠0号时，将在U_O1和U_O2上附加一个电压值，通过加权差值计算后可还原真实的一次电压。 

由原理图(图1)所示有： 

$U_{O1}=\frac{C_{21}{C}_{22}}{C_{23}{C}_{22}+C_{21}{C}_{22}+C_{21}{C}_{23}}{U}_m$

式中：C₂₁＝C₂₁₁／／C₂₁₂，(C₁为两组电容串的并联和，U_i为一次电压)； 

$U_{O2}=\frac{C_{31}}{C_{32}+C_{31}}{U}_m$

定义： $K_1=\frac{C_{21}{C}_{22}}{C_{23}{C}_{22}+C_{21}{C}_{22}+C_{21}{C}_{23}};$ $K_2=\frac{C_{31}}{C_{32}+C_{31}};$ $K_3=\frac{C_0}{C_1+C_0}.$

可得：U_o1＝K₃K₁U_i U_o2＝K₃K₂U_i

当对接法兰处受到外界干扰信号E时，有： 

U_o1=K₃K₁U_i+K₄E 

U_o2=K₃K₂U_i+K₅E 

式中： $K_4=\frac{C_{22}}{C_{22}+C_{23}};$ $K_5=\frac{C_{21}{C}_{31}}{C_{31}{C}_{31}+C_{21}{C}_{31}+C_{21}{C}_{32}}$

由两组测量值可求得： 

U_i=f(U_o1，U_o2)=αU_o1+βU_o2(α，β系数可以通过校验系统获得) 

本发明所述的使用同轴小电容多级分压原理的支柱式电压互感器结构，包括电子式电压互感器的一次传感部分和用于安装采集单元的底座。 

本发明所述的电子式电压互感器的一次传感部分，包括安装一次导体的头部和用于设计多级电容的两级支撑绝缘子组件。 

本发明所述的两级绝缘子组件包括：上级支撑绝缘子组件和下级支撑绝缘子组件。 

本发明所述的上级支撑绝缘子组件包含有：上级高压电极、上级低压帽、上级支撑管、上级低压测量电极、上级绝缘环、上级支撑板、上级盘线盒、对接法兰A、上级同轴电缆、 上级绝缘子。上级低压测量电极通过上级绝缘环隔离箍到上级支撑管，与上级高压电极三者同轴安装，填充SF₆气体介质后，构成两级串联同轴电容C₀和C₂₁₁。将上级测量电极所分电压信号经上级同轴电缆通过上级支撑管内部引至下级支撑绝缘子组件。 

本发明所述的下级支撑绝缘子组件包含有高压屏蔽筒、下级高压电极、下级低压帽、下级支撑管、下级低压测量电极A、下级低压测量电极B、下级绝缘环、下级支撑板、绝缘件、下级盘线盒、封气法兰、下级同轴电缆A、下级同轴电缆B、下级绝缘子。下级高压电极通过绝缘件隔离内嵌至高压屏蔽筒，填充SF₆气体构成电容C₂₁₂，下级低压测量电极A、下级低压测量电极B通过下级绝缘环隔离依次箍到下级支撑管，填充SF₆气体后形成两个电容C₂₃和C₃₂；高压屏蔽筒、下级高压电极、下级低压测量电极A，同轴安装与下级支撑管及之间的SF₆气体介质依次构成同轴电容C₂₁₂、C₂₂和C₂₃，高压屏蔽筒安装下级高压电极后剩余部分、下级低压测量电极B、下级支撑管及之间SF₆气体依次构成同轴电容C₃₁和C₃₂；将下级测量电极A、B所分电压信号分别通过下级同轴电缆A、B经下级支撑管内部引至底座信号采集单元。 

本发明所述两级支撑绝缘子组件通过对接法兰A、B相连，上级支撑管与下级高压屏蔽筒相连，上级测量电极经上级同轴电缆与下级高压电极相连。整个分压系统构成：C₂₁₁、C₂₁₂并联与C₂₂、C₂₃串联构成第一组串联电容串；C₃₁、C₃₂串联构成第二组串联电容串；两电容串并联与高压电容C₀串联。C₂₃对第一组电容串的分压获得对地电位U_O1，C₃₂对第二组电容串分压获得对地电位U_O2。 

本发明的有益效果是： 

1、以上提到电容均为机械结构的同轴电容，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，保证测量精度的稳定性。 

2、本发明采用了多级电容分压，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及消除现有电压互感器存在的电荷俘获导致的电位抬升问题。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

图1是本发明专利的电路原理图。 

图2是实施例电子式电压互感纵剖面构造图。 

图3为局部视图。 

图2中1.安装一次导体的头部，2.高压电极A，3.低压帽A，4.低压测量电极C，5(a/b).绝缘环A，6.支撑管A，7.支撑板A，8.同轴电缆A，9.盘线盒A，10.对接法兰A，11.均压环，19.支撑管B，20.支撑板B，21.同轴电缆B，22.同轴电缆C，23.盘线盒B，24封气法兰，25.底座。 

图3中12.对接法兰B，13.高压屏蔽筒，14.高压电极B，14(a/b).绝缘件，15.低压帽B，16.低压测量电极A，17.低压测量电极B，18(a/b/c/d).绝缘环B. 

具体实施方式

下面结合附图2对本发明做进一步详细的说明 

具体来说使用同轴小电容多级分压原理的支柱式电压互感器结构，包括电子式电压互感器的一次传感部分和用于安装采集器的底座。一次传感部分包括安装一次导体的头部(1)和用于设计多级同轴电容的两级支撑绝缘子组件。上级支撑绝缘子组件包括上级高压电极(2)、上级低压帽(3)、上级支撑管(6)、上级低压测量电极(4)、上级绝缘环(5)、上级支撑板(7)、上级盘线盒(9)、对接法兰A(10)、上级同轴电缆(8)、上级绝缘子(26)。上级低压测量电极(4)通过上级绝缘环(5a、5b)套到上级支撑管(6)上，充入SF₆气体介质后，上级低压测量电极(4)与上级支撑管(6)形成同轴电容C₂₁₁。经上级同轴电缆(8)将上级低压测量电极(4)信号通过上级支撑管(6)引至下端。上级支撑管(6)顶端安装上级低压帽(3)用于均衡电场分布，防止尖端放电。上级支撑管(6)穿入中间上级支撑板(7)以保证中心定位，下端固定于上级盘线盒(9)用螺钉拉紧，保证上级支撑管(6)在垂直方向的稳定，并将引出的上级同轴电缆(8)盘至上级盘线盒(9)内备用。与安装一次导体的头部(1)电连接的上级高压电极(2)和上级低压测量电极(4)，及两者间的SF₆气体介质，构成高压端电容C₀。上级高压电极(2)轴向比上级低压测量电极(4)长，保证不受外电场的干扰。下级支撑绝缘子组件包含有高压屏蔽筒(13)、下级高压电极(14)、下级低压帽(15)、下级支撑管(19)、下级低压测量电极A(16)、下级低压测量电极B(17)、下级绝缘坏(18)、绝缘件(14a、14b)、下级支撑板(20)、下级盘线盒(23)、封气法兰(24)、下级同轴电缆 A(22)、下级同轴电缆B(22)、下级绝缘子(27)。下级支撑管(19)除多加一级低压测量电极(下级低压测量电极A(16)、下级低压测量电极B(17))外，安装方法与上级支撑管(6)一致，故不再赘述。下级支撑管(19)与下级低压测量电极A(16)及SF₆气体介质构成同轴电容C₂₃，与下级低压测量电极B(17)及SF₆气体介质构成同轴电容C₃₂。下级高压电极(14)通过绝缘件(14a、14b)内嵌到高压屏蔽筒(13)，充入SF₆气体介质后，两者构成同轴电容C₂₁₂。下级高压电极(14)与下级低压测量电极A(16)及介质SF₆气体构成同轴电容C₂₂。高压屏蔽筒(13)与下级低压测量电极B(17)及介质SF₆气体形成同轴电容C₃₁。在轴向上高压屏蔽筒(13)比下级高压电极(14)长，下级高压电极(14)比下级低压测量电极A(16)长，两下级低压测量电极A(16)、B(17)等长，高压屏蔽筒(13)内嵌下级高压电极B(14)后剩余部分也比下级低压测量电极B(17)长，如此达到电容间电场不受外界干扰的目的。构成同轴电容的各器件高度保持一致，确保电容间电场分布均匀。下级绝缘子组件通过封气法兰(24)安装到底座上后，下级同轴电缆A(21)、B(22)分别接至信号采集单元。两级绝缘子组件对接时，上级对接法兰(10)与下级高压屏蔽筒(13)电连接，上级盘线盒(9)内预留的上级同轴电缆接至下级高压电极(14)。两级支撑绝缘子间加均压环(11)保证对接法兰处的电压均衡。这样整体结构就构成了如原理图(图1)所描述的多级同轴电容串联结构。 

Claims (7)

1.本专利涉及一种新型的电子式电压互感器传感器测量的方法，本方法采用两级或两级以上同轴小电容串联分压工作原理：成并联关系的两组电容串与高压电容串联接到一次高压与大地之间，从两组电容串中分别引出一个与一次电压成比例的小信号，根据两路实测信号与一次电压及所受干扰信号间的关系，消除干扰信号后还原真实的一次电压。

2.根据权利要求1所述原理设计的新型的支柱式电压互感器结构。

3.根据权利要求1、2所述的新型的支柱式电压互感器结构，其特征是：多级同轴小电容串联分压。

4.根据权利要求1、2、3所述的新型的支柱式电压互感器结构，其特征在于：多级串联同轴小电容串联包括上级高压电极(2)和上级低压测量电极(4)，及两者间的SF₆气体介质，形成的高压端电容C₀，上级低压测量电极(4)与上级支撑管(6)形成的同轴电容C₂₁₁，下级高压电极(14)与高压屏蔽筒(13)及之间的SF₆气体介质形成同轴电容C₂₁₂，下级高压电极(14)与下级低压测量电极A(16)及介质SF₆气体构成的同轴电容C₂₂，下级支撑管(19)与下级低压测量电极A(16)及SF₆气体介质构成的同轴电容C₂₃。

5.根据权利要求1、2所述的新型的支柱式电压互感器结构，其特征是：两组同轴小电容串并联。

6.根据权利要求1、2、5所述的新型的支柱式电压互感器结构，其特征在于，所述电容串并联方式为：下级支撑绝缘子组件中，下级高压电极(14)与高压屏蔽筒(13)之间充入SF₆气体介质后构成同轴电容C₂₁₂；高压屏蔽筒(13)内嵌下级高压电极(14)后剩余部分与下级低压测量电极B之间充入SF₆气体介质后构成同轴电容C₃₁。

7.根据权利要求1、2所述的电子式电压互感器传感器测量的方法，其特征在于，对干扰信号的屏蔽方式，采用固定差异的两路采集方式，整个分压电路系统：C₂₁₁、C₂₁₂并联与C₂₂、C₂₃串联构成第一组串联电容串；C₃₁、C₃₂串联构成第二组串联电容串；两电容串并联与高压电容C₀串联；C₂₃对第一组电容串的分压获得对地电位U_O1；C₃₂对第二组电容串分压获得对地电位U_O2；经同轴电缆下端芯线分别接至采集单元信号输入端，经采集单元信号处理实现对一次申压的真实呈现。