CN104965111A - 一种基于钳形同轴电容的输配电线路电压在线测量系统 - Google Patents

一种基于钳形同轴电容的输配电线路电压在线测量系统 Download PDF

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一种基于钳形同轴电容的输配电线路电压在线测量系统,包括钳形同轴电容器、高压侧采集装置、传输光纤、手持式终端。钳形同轴电容器与高压侧采集装置的金属屏蔽盒等电位,所述金属屏蔽盒通过导线连接至高压侧采集装置采集电路的信号输入端,高压侧采集装置通过传输光纤将采集处理后的信号传送至低压侧的手持式终端上,实现信号的分析处理。本发明一种基于钳形同轴电容的输配电线路电压在线测量系统。该系统兼具目前非接触式测量和接触式测量的优点,既可以在不停电的情况下随时对运行中的线路电压实现在线测量,不会影响线路的正常运行;又可以达到较高的准确度。

Description

-种基于错形同轴电容的输配电线路电压在线测量系统
技术领域
[0001] 本发明一种基于错形同轴电容的输配电线路电压在线测量系统,用于在不断电的 情况下对输配电系统中线路的电压进行实时在线测量。
背景技术
[0002] 输配电线路的实时电压状态反映了整条线路、设备及负荷等的运行状况。当线路 遭受雷击、线路故障、负荷故障或者系统短路时,该些异常状况可W从线路的电压幅值和波 形上显示出来。因此,对输配电线路电压进行实时监测十分必要。目前,尽管变电站每条线 路都配有相应的电压互感器监测线路中的电压信号,但是其监测范围主要在变电站近距离 范围内,且其监测信号主要为工频信号,其作用是为了电能计量。而对于雷击、系统故障或 短路产生的高频过电压信号,电压互感器无法实现准确的监测。
[0003] 目前对于输配电线路电压在线测量方面的研究比较少,输配电线路电压监测传感 器可分为非接触式和接触式测量两种。非接触式传感器测量时无需线路停电,但是目前一 般采用禪合电场测量的方式,该种测量方式准确度不高,如专利CN102721856A提供了一种 基于禪合电场的架空输电线路过电压测量传感器,可W实现架空输电线路过电压的实时测 量,然而其不足之处有W下几点;一是分压电容C0器采用无感电容制作,目前耐高压的无 感电容制作困难,稳定性较差;二是每条线路上需要安装多个传感器对线路进行监测,导致 传感器配置的浪费,且当传感器存在问题时无法对其进行检测,需要线路停电后才可测试 其好坏,增加了检修的难度。专利CN101581738A提供了一种架空输电线路过电压传感器, 该传感器也采用禪合电场测量的方式,其分压电容C0采用普通无感电容实现,所W也存在 上述不足。另外,该专利中的过电压传感器,测量时放置在架空输电线路的下方,与线路之 间有一定的距离(1~30m),如此大的距离,必然导致干扰信号过大,测量准确度降低。同时, 邻相干扰对测量结果影响较大。例如,当测量A相电压时,B、C两相电压的干扰对传感器影 响过大,甚至传感器可能无法判别出测量的结果为哪条线路的信号。
[0004] 对于接触式测量,目前一般采用与高压线路直接接触的传感器和高压分压器构 成,该种方式虽然可W达到较高的精度,但是安装和检修时需要线路停电,给供电公司和用 户带来了诸多不便。
发明内容
[0005] 针对目前的输配电线路电压测量中存在的问题,包括接触式测量存在的需要线路 停电等问题、非接触式测量存在的传感器检修过程复杂、耐高压电容制作困难、电容稳定性 差、易受邻相线路电场干扰、准确度低等问题,本发明提供了一种基于错形同轴电容的输配 电线路电压在线测量系统。该系统兼具目前非接触式测量和接触式测量的优点,既可W在 不停电的情况下随时对运行中的线路电压实现在线测量,不会影响线路的正常运行;又可 W达到较高的准确度。同时,当需要对该系统进行检修时,可随时利用绝缘操作杆取下,无 需线路停电,实现了整个系统的带电接入和带电退出,大大简化了操作和检修流程。
[0006] 本发明采取的技术方案为: 一种基于错形同轴电容的输配电线路电压在线测量系统,包括错形同轴电容器、高压 侧采集装置、传输光纤、手持式终端。错形同轴电容器与高压侧采集装置的金属屏蔽盒等电 位,所述金属屏蔽盒通过导线连接至高压侧采集装置采集电路的信号输入端,高压侧采集 装置通过传输光纤将采集处理后的信号传送至低压侧的手持式终端上,实现信号的分析处 理。
[0007] 错形同轴电容器由两个半环构成,每个半环由内环、外环和两侧的隔板构成一个 独立的封闭结构,内部填充SF6绝缘气体,内环、绝缘气体、外环构成了一个气体电容器。
[0008] 所述高压侧采集装置的外壳为金属屏蔽盒,固定在错形同轴电容器的外环上,并 与外环等电位,高压侧采集装置中的采集电路全部处于金属屏蔽盒中 当错形同轴电容器两个半环闭合时,构成了一个圆柱体电容器,与高压侧采集装置中 的分压电容C0构成电容分压器,实现一次导线电压的分压和测量。
[0009] 错形同轴电容器的内环、外环均采用侣合金材料制作而成,隔板采用环氧树脂绝 缘材料制作而成。 错形同轴电容器为开口式结构。
[0010] 传输光纤包含两根光纤:上行光纤、下行光纤,上行光纤用于传输手持式终端4的 控制信号,下行光纤用于传输数据。
[0011] 手持式终端用于对数据进行分析处理、波形显示和数据保存。
[0012] 本发明一种基于错形同轴电容的输配电线路电压在线测量系统,技术效果如下: 1)、错形同轴电容器由两个可开合的半环构成,测量时通过两个半环的开合,可W直接 夹在一次导线上测量线路电压,不会干扰线路的正常运行,大大降低了现场操作的复杂性。
[0013] 2)、错形同轴电容器内环与一次导线8相连,由于整个错形同轴电容器的对称性, 不论导线与内环的哪个部分相连,都可W保证错形同轴电容器中电场的均匀性,从而提高 测量准确度,避免了一次导线8偏屯、等情况造成的影响。
[0014] 3)、高压侧采集装置与手持式终端之间通过光纤传输信号,不仅提高了信号传输 过程的抗干扰能力,同时也保证了高压侧部分与低压侧手持式终端之间的绝缘,提高了带 电操作的安全性。
[0015] 4)、高压侧采集装置外壳为金属屏蔽盒,与错形同轴电容器外环等电位连接,整个 高压侧采集电路处于金属屏蔽盒中,可有效抵抗外界电场的干扰,从而提高了整个装置的 抗干扰性能,保证了系统的测量准确度。
[0016] 5)、本发明中的错形同轴电容器体积小、重量轻,操作人员在地面上可W通过绝缘 操作杆直接送至一次导线上进行电压测量,操作十分方便。
附图说明
[0017] 图1为本发明的整体结构示意图。
[001引图2为本发明中错形同轴电容器的结构示意图一。
[0019] 图3为本发明中错形同轴电容器的结构示意图二。
[0020] 图4为本发明中高压侧采集装置原理图。
[0021] 图5为本发明测试结果图。
具体实施方式
[0022] -种基于错形同轴电容的输配电线路电压在线测量系统,包含错形同轴电容器1、 高压侧采集装置2、传输光纤3和手持式终端4等部分构成。如图1所示,错形同轴电容器 1通过导线与高压侧采集装置2中的采集电路相连,通过处理后经传输光纤3传送至位于低 压侧的手持式终端4上。手持式终端4对传送过来的数据进行实时分析处理,计算并显示 线路的实时电压值和波形。
[0023] 所述的错形同轴电容器1设计为两个半环的形式,测量时通过两个半环的开合, 可W直接夹在一次导线8上测量线路电压,不会干扰线路的正常运行。如图2、图3所示,错 形同轴电容器1由内环5、外环6和两侧的隔板7构成。其中内环5和外环6均采用侣合金 材料制作而成,隔板7采用环氧树脂绝缘材料制成。整个错形同轴电容器1,直径为15cm, 厚度为8cm,重量约为1.化g,非常适合现场使用。
[0024]错形同轴电容器1的内环5在测量时与一次导线8相连,属于错形同轴电容器1 的高压电极,外环6属于错形同轴电容器1的低压电极。每个半环为一个独立的封闭结构, 内部充WSFe绝缘气体。SFe气体既作为绝缘介质,也作为错形同轴电容器中的电介质。两 个半环闭合时,构成了一个圆柱体电容器,即为错形同轴电容器1。该种电容器制作简单,绝 缘性能好,解决了目前耐高压电容制作困难、稳定性差的问题。内环5的半径比一次导线8 稍大一些,测量时可W方便的夹在一次导线8上。
[0025]所述的错形同轴电容器1中,内环5和外环6构成了一个圆柱体同轴电容。测量 时,内环5直接与一次导线8相连,处于高电位;外环6构成了错形同轴电容器的低压电极。 由于内环5测量时与一次导线8构成一个等电位体,故而消除了一次导线8偏屯、等问题的 影响。即使测量时存在一次导线8偏屯、的情况,由于内环5与外环6的对称性,也可W消除 一次导线8偏屯、的影响,提高了测量准确度。
[0026] 所述的错形同轴电容器1,测量时通过绝缘操作杆将其夹在一次导线8上,从而可 W实现对运行中的线路进行实时测量。当错形同轴电容器1夹在一次导线8上之后,由于 其自身的重力作用,内环5将与一次导线8接触,从而实现对一次导线8中电压的测量。
[0027] 所述的错形同轴电容器1与高压侧采集装置2中的分压电容C0构成电容分压器, 实现将一次导线8中的大电压转换为小电压信号。如图4所示,电容分压器的输出信号经 过信号滤波模块9信号滤波后,由A/D转换模块10将模拟量信号转换成数字量信号。该数 字量信号在微处理器11中进行组帖处理后,通过电光转换模块12转换成光信号,然后通过 传输光纤3传送至手持式终端4上。A/D转换模块10由高精度模数转换巧片ADS1243构 成,用于对模拟信号进行高精度的模数转换,提高信号采集的准确度。
[0028] 所述高压侧采集装置2的外壳为金属屏蔽盒,固定在错形同轴电容器的外环6上, 并与外环6等电位。高压侧采集装置2中的采集电路全部处于金属屏蔽盒中,可有效抵抗 外界电场对采集电路的干扰,提高整个装置的抗干扰性能。
[0029] 所述的传输光纤3包含一根上行光纤和一根下行光纤。上行光纤用于传输手持式 终端4发出的控制信号或同步信号,下行光纤用于传输数据。
[0030] 所述的手持式终端4在接收到传输光纤3传送过来的信号后,实时的对数据进行 分析处理,计算出一次导线8的当前电压值,并实时将波形显示出来,便于工作人员观察线 路当前的运行状态。手持式终端4还具有数据记录等功能,W方便工作人员将多条线路的 数据采集之后综合处理。手持式终端4采用PowerPC系列处理器构成核屯、处理单元,并通 过LCD显示屏实现信号参数和波形的实时显示。
[0031] 本发明一种基于错形同轴电容的输配电线路电压在线测量系统,由于采用错形同 轴电容器1构成电容分压器,可W方便的对运行中的线路电压进行实时的电压监测和数据 采集分析,而不会干扰线路的正常运行。错形同轴电容器1采用SFe气体绝缘,体积小、重 量轻,整个装置重量约为1.化g,因而操作人员在地面上可W通过绝缘操作杆直接送至一次 导线8上进行电压测量,操作十分方便。
[0032] 为了验证本发明一种基于错形同轴电容的输配电线路电压在线测量系统的性能, 对其分别进行了工频和暂态时的准确度测试。结果如表1和图5所示。表1结果显示,当 测量工频电流时,系统在20kV~500kV范围内误差变化不超过0. 2%。图5为标准雷电冲击 波(1. 2/50US)的测量结果,结果显示本发明中的电压在线测量系统具有良好的暂态性能。
Figure CN104965111AD00061

Claims (10)

1. 一种基于钳形同轴电容的输配电线路电压在线测量系统,包括钳形同轴电容器 (1)、高压侧采集装置(2)、传输光纤(3)、手持式终端(4),其特征在于,钳形同轴电容器(1) 与高压侧采集装置(2)的金属屏蔽盒等电位,所述金属屏蔽盒通过导线连接至高压侧采集 装置(2 )中采集电路的信号输入端,高压侧采集装置(2 )通过传输光纤(3 )将采集处理后的 信号传送至低压侧的手持式终端(4)上,实现信号的分析处理。
2. 根据权利要求1所述一种基于钳形同轴电容的输配电线路电压在线测量系统,其特 征在于,钳形同轴电容器(1)由两个半环构成,每个半环由内环(5)、外环(6)和两侧的隔板 (7) 构成一个独立的封闭结构,内部填充SF6绝缘气体,内环(5)、绝缘气体、外环(6)构成了 一个气体电容器。
3. 根据权利要求2所述一种基于钳形同轴电容的输配电线路电压在线测量系统,其特 征在于,高压侧采集装置(2)的外壳为金属屏蔽盒,固定在钳形同轴电容器的外环(6)上, 并与外环(6)等电位,高压侧采集装置(2)中的采集电路全部处于金属屏蔽盒内部。
4. 根据权利要求2所述一种基于钳形同轴电容的输配电线路电压在线测量系统,其特 征在于,当钳形同轴电容器(1)两个半环闭合时,构成了一个圆柱体电容器,与高压侧采集 装置(2)中的分压电容CO构成电容分压器,实现一次导线(8)电压的分压和测量。
5. 根据权利要求2所述一种基于钳形同轴电容的输配电线路电压在线测量系统,其特 征在于,钳形同轴电容器的内环(5)、外环(6)均采用铝合金材料制作而成,隔板(7)采用环 氧树脂绝缘材料制作而成。
6. 根据权利要求1或2所述一种基于钳形同轴电容的输配电线路电压在线测量系统, 其特征在于,钳形同轴电容器(1)为开口式结构。
7. 根据权利要求1所述一种基于钳形同轴电容的输配电线路电压在线测量系统,其特 征在于,传输光纤(3)包含两根光纤:上行光纤、下行光纤,上行光纤用于传输手持式终端 (4)的控制信号,下行光纤用于传输数据。
8. 根据权利要求1所述一种基于钳形同轴电容的输配电线路电压在线测量系统,其特 征在于,手持式终端(4)用于对数据进行分析处理、波形显示和数据保存。
9. 一种基于钳形同轴电容的输配电线路电压在线测量方法,其特征在于,当需要测量 一次导线(8)的电压时,只需将钳形同轴电容器(1)两个半环打开,夹在一次导线(8)上,然 后两半环闭合,即可实现一次导线(8)的电压测量,测量时,钳形同轴电容器(1)通过绝缘 操作杆与一次导线(8)接触。
10. -种基于钳形同轴电容的输配电线路电压在线测量方法,其特征在于,所述的钳形 同轴电容器(1)与高压侧采集装置(2)中的分压电容CO构成电容分压器,实现将一次导线 (8) 中的大电压转换为小电压信号;所述电容分压器的输出信号经过信号滤波后,由A/D转 换模块(10)将模拟量信号转换成数字量信号,数字量信号在微处理器(11)中进行组帧处 理后,通过电光转换模块(12 )转换成光信号,然后通过传输光纤(3 )传送至手持式终端(4 ) 上,所述的手持式终端(4)在接收到传输光纤(3)传送过来的信号后,实时的对数据进行分 析处理,计算出一次导线(8)的当前电压值,并实时将波形显示出来。
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