CN105203829A - 基于sf6气体绝缘高压标准电容器的工频高压测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SF6气体绝缘高压标准电容器的工频高压测量装置<b>，</b>包括电流电压转换电路、采集卡和光纤通信设备，其特征在于：还包括高压标准电容器，所述高压标准电容器与电流电压转换电路直接串联连接，所述采集卡与电压电流转换电路连接，采集电压电流转换电路的输出电压，所述光纤通信设备与采集卡连接通信。本发明提供了一种结构简单、体积小、抗干扰能力强、测量精度高、暂态性能好、无铁磁谐振、受温度影响极小的基于SF6气体绝缘高压标准电容器的工频高压测量装置。本工频高压测量技术不仅可应用于各个电压等级的电力系统中，也可形成用于实验室提取高压信号的测试装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种工频高压测量技术，特别是涉及一种基于SF6气体绝缘高压标准电容器的工频高压测量装置。
背景技术
现有的工频高压测量技术主要包括电磁式(PT)和电容或电阻分压式传感技术，近年来国内外也出现了较为先进的光学(OVT)一次电压传感技术，也有专利和文献提出电容或电阻串接空心线圈和电容或电阻串接小电流互感器TA构成的一次电压传感器等一系列工频高压测量技术手段。
电磁式电压互感技术具有在线性范围内测量准确度高、制造工艺成熟、实验校验规范、有国家标准可以依据等优点，但受其传感机理的限制，主要存在的问题有绝缘结构复杂、动态范围窄、容易引起铁磁谐振、体积大、造价高，对小信号测量精度低，易受到外界环境因素干扰。
电容或电阻分压式一次电压传感技术的传感原理是基于电容或电阻分压原理，被测高压直接加于高压臂电容或电阻上，而后在低压臂获得与一次高压成正比的小电压。电容或电阻分压式一次电压传感技术的缺点在于对电阻电容的要求成本较高，电容器及低压引线存在杂散电容，分压比随着电压等级不同高达数万或数十万倍，低压侧传输小二次电压信号，负载能力有限，引线压降影响测量精度，容易受到外界温度、磁场等因素的干扰。大电容与高阻并联存在滞留电荷，影响暂态误差，大电容与小电阻并联参数与器件选取复杂，影响测量精度。
光学一次电压传感技术主要利用光学材料的物理特性，主要分为基于泡克尔斯(Pockels)效应的电子式电压互感技术和逆电压效应型电子式电压互感技术。但由于对材料和检测设备要求极高，晶体易受震动、环境温度等因素影响，其稳定性和可靠性需进一步加强。
而基于电阻或电容与空心线圈或小TA串联所构成的一次电压互感技术，由于小TA或空心线圈的引入，会在一定程度上对互感器精度及角差比差造成影响。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种结构简单、体积小、抗干扰能力强、测量精度高、暂态性能好、无铁磁谐振、受温度影响极小的基于SF6气体绝缘高压标准电容器的工频高压测量装置。
为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
基于SF6气体绝缘高压标准电容器的工频高压测量装置，包括电流电压转换电路、采集卡和光纤通信设备，其特征在于：还包括高压标准电容器，所述高压标准电容器与电流电压转换电路直接串联连接，所述采集卡与电压电流转换电路连接，采集电压电流转换电路的输出电压，所述光纤通信设备与采集卡连接通信。
2、根据权利要求1所述的基于SF6气体绝缘高压标准电容器的工频高压测量装置，其特征在于：所述电流电压转换电路包括TVS管、第一级运算放大器、第二级运算放大器、第一反馈电阻RJ、输入电阻R1和第二反馈电阻R2，所述第一级运算放大器输入端并接TVS管后作为电流电压转换电路的输入端，所述第一级运算放大器的输出端通过第一反馈电阻RJ与第一级运算放大器反向输入端连接，所述第一级运算放大器的输出端通过输入电阻R1与第二级运算放大器反向输入端连接，第二级运算放大器正向输入端接地，所述第二级运算放大器的输出端通过第二反馈电阻R2与第二级运算放大器反向输入端连接，所述第二级运算放大器输出端输出的电压作为基于高压标准电容器的工频高压测量装置的输出电压。
前述的基于SF6气体绝缘高压标准电容器的工频高压测量装置，其特征在于：在第一反馈电阻RJ两侧并联有电容CJ。
前述的基于SF6气体绝缘高压标准电容器的工频高压测量装置，其特征在于：所述电流电压转换电路输入端直接接在高压标准电容器末端和大地之间。
前述的基于SF6气体绝缘高压标准电容器的工频高压测量装置，其特征在于：所述高压标准电容器采用SF6气体高压标准电容器。
本发明所达到的有益效果：
1、选取市场中已知型号的高压标准电容器，与电力系统中各个电压等级配合使用，直接接入电流变电压运算放大器，由于运算放大器的输入阻抗极低可近似为零，消除了空心线圈或小电流互感器等效到电容回路的等效电感和等效电阻及本身误差引起的一次电压互感器的复合数值误差和相角误差，进一步提高了基于高压标准电容器的工频高压测量技术的测试精度。
2、电容器采用高压标准电容器，消除了温度等环境因素对电容的影响，介质损耗极小，使所获得的输入电流信号更加精确稳定，同时可选取市场中已知型号的高压标准电容器与电网电压配合使用，使本设计可应用于多种电压等级的电力系统中。
3、电容分压型一次电压传感技术采用小电容与大电容串联由抽头获取极小的二次分压值，分压比随着电压等级的不同高达数万或数十万倍，而基于高压标准电容器的工频高压测量技术在各个电压等级下电容电流均为几毫安左右，电容器无抽头引出线，且采用SF6气体绝缘高压标准电容器，减小了杂散电容对测量精度的影响，同时大大降低了电容器的成本。
4、电容或电阻分压型一次电压传感技术是用引线在低压端传输电压信号，易受到外界影响且存在引线压降，影响测试精度，而基于高压标准电容器的工频高压测量技术采用电流传输原理，无引线压降，抗干扰能力强，稳定性高，消除了高压电容器滞留电荷对电压互感器暂态特性的影响，具有良好的暂态特性。
5、本发明具有温度稳定性好、结构简单、成本低、安全性好，体积小、成本低、不消耗有功，可补偿无功、二次输入短路不损坏互感器和短路消除后能快速恢复输出电压等优点。
附图说明
图1为本发明基于高压标准电容器的工频高压测量技术的结构原理图。
图2为本发明电流电压转换电路的实施实例结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，应用于工频高压220kV的基于高压标准电容器的工频高压测量技术，1为高压接线端，直接接于电压母线，2为电流电压转换电路，3为SF6气体高压标准电容器，4为大地，5为采集卡，6为光纤通信设备。所述SF6气体高压标准电容器3与电流电压转换电路2直接串联连接，所述采集卡5与电压电流转换电路3连接，采集电压电流转换电路3的输出电压，所述光纤通信设备6与采集卡5连接通信。所述电流电压转换电路3输入端直接接在SF6气体高压标准电容器3末端(低压端)和大地4之间。
所述电流电压转换电路包括TVS管(瞬态抑制二极管)、第一级运算放大器、第二级运算放大器、第一反馈电阻RJ、输入电阻R1和第二反馈电阻R2，所述第一级运算放大器输入端并接TVS管后作为电流电压转换电路的输入端，所述第一级运算放大器的输出端通过第一反馈电阻RJ与第一级运算放大器反向输入端连接，在第一反馈电阻RJ两侧并联有电容CJ。所述第一级运算放大器的输出端通过输入电阻R1与第二级运算放大器反向输入端连接，第二级运算放大器正向输入端接地，所述第二级运算放大器的输出端通过第二反馈电阻R2与第二级运算放大器反向输入端连接，所述第二级运算放大器输出端输出的电压作为基于高压标准电容器的工频高压测量装置的输出电压。
上述实施例中，为使本工频高压测量技术可应用于电力系统各个电压等级下，可选取已知型号的高压标准电容器与所接入的电网电压配合使用，尽可能选取温度系数小的高压标准电容器接入电路，标准电容器电流(CH为高压标准电容器电容，up为一次侧电压)，电流电压转换电路输出电压(CJ为积分电容，uq为二次侧输出电压)，up和uq相位相差180°，通过运算放大器校正得到与一次侧电压成正比的小电压信号。并由采集卡采集，来完成获取一次侧高电压信号的目的，电流电压变换器、光纤通信设备和采集卡均可由低压侧电源供电，这种供电方式使得本工频高压测量技术工作的可靠性和稳定性得到较大提高，而有关采集卡和光纤通信设备在国内外均有符合标准的定型产品。
本发明所采用的高压标准电容器为气体绝缘，电容极其稳定，气压和温度等环境因素的变化对电容的影响可以忽略，介质损耗极小，而且可选取已知型号的高压标准电容器与电网电压配合使用，使本测量技术可应用于各个电压等级的电力系统中。
本发明由高压标准电容器串接电流变电压转换器之后，牢靠接入电网相电压与大地之间，即将电流变电压运算放大器直接窜入标准电容器回路，直接测量标准电容器电流，并将其转变为与一次侧高压成正比的小电压信号，其中电压信号大小可根据后续测控需要进行调整。
本发明提出利用气体绝缘三电极系统高压标准电容器电容稳定，tanθ＜10-5的特点，提供了一种结构简单、体积小、抗干扰能力强、测量精度高、暂态性能好、无铁磁谐振、受温度影响极小的基于高压标准电容器的工频高压测试技术，且可根据现有高压标准电容器型号应用于电力系统各个电压等级的工频高压测试技术，同时本工频高压测量技术也可形成用于实验室提取高压信号的测试装置。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.基于SF6气体绝缘高压标准电容器的工频高压测量装置，包括电流电压转换电路、采集卡和光纤通信设备，其特征在于：还包括高压标准电容器，所述高压标准电容器与电流电压转换电路直接串联连接，所述采集卡与电压电流转换电路连接，采集电压电流转换电路的输出电压，所述光纤通信设备与采集卡连接通信。
2.根据权利要求1所述的基于SF6气体绝缘高压标准电容器的工频高压测量装置，其特征在于：所述电流电压转换电路包括TVS管、第一级运算放大器、第二级运算放大器、第一反馈电阻RJ、输入电阻R1和第二反馈电阻R2，所述第一级运算放大器输入端并接TVS管后作为电流电压转换电路的输入端，所述第一级运算放大器的输出端通过第一反馈电阻RJ与第一级运算放大器反向输入端连接，所述第一级运算放大器的输出端通过输入电阻R1与第二级运算放大器反向输入端连接，第二级运算放大器正向输入端接地，所述第二级运算放大器的输出端通过第二反馈电阻R2与第二级运算放大器反向输入端连接，所述第二级运算放大器输出端输出的电压作为基于高压标准电容器的工频高压测量装置的输出电压。
3.根据权利要求2所述的基于SF6气体绝缘高压标准电容器的工频高压测量装置，其特征在于：在第一反馈电阻RJ两侧并联有电容CJ。
4.根据权利要求3所述的基于SF6气体绝缘高压标准电容器的工频高压测量装置，其特征在于：所述电流电压转换电路输入端直接接在高压标准电容器末端和大地之间。
5.根据权利要求2所述的基于SF6气体绝缘高压标准电容器的工频高压测量装置，其特征在于：所述高压标准电容器采用SF6气体高压标准电容器。
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