CN107991642A - 一种电压互感器误差带电比对系统 - Google Patents

Abstract

一种电压互感器误差带电比对系统，包括电压比对传感器、比对信号处理单元、绝缘支柱、可移动升降器、数据分析平台。所述电压比对传感器包括两个开合式电容器、NPO电容、杂散电容。所述开合式电容器安装固定在屏蔽罩内部，开合式电容器通过屏蔽电缆与NPO电容相连，NPO电容位于绝缘支柱内部靠上方，NPO电容下端连接至铜盘上，铜盘与绝缘支柱的底座以及内部的绝缘气体构成杂散电容，绝缘气体为SF₆。在屏蔽罩内部、绝缘支柱内部放置了温度传感器。本发明系统既可对传统模拟量输出的电压互感器进行误差比对，也可以对数字量输出的电子式互感器和光学互感器进行带电比对，应用范围十分广泛。

Description

一种电压互感器误差带电比对系统

技术领域

本发明一种电压互感器误差带电比对系统，用于在线路不断电情况下对运行中的电压互感器进行误差比对及趋势预测。

背景技术

电压互感器是电力系统中的重要测量设备之一，为了保证电力系统的安全稳定运行，必须对电力系统各关键点的电压进行实时准确的监测，因而少不了各类电压互感器。为了保证电压测量的准确性和可靠性，提高电压互感器的性能非常重要。其中，电压互感器的误差是衡量电压互感器性能的一个重要指标。通常情况下，电压互感器误差测试方法一般在实验室或现场退出运行时进行，此时由于互感器需要停电退出线路，为节省成本，只能定期检修，不利于实时观测互感器的运行状态，也不能及时发现电压互感器存在的问题。如能在互感器在线运行的过程中实现互感器误差的实时监测和趋势预测，则有助于及时发现互感器存在的问题，工作人员也可以及时对其进行检修或更换。

针对电压互感器的误差比对和校验，中国专利“CN104916421A”提供了一种高精度多变比电压互感器比对装置，包括一次绕组、二次绕组和铁芯等部分，二次绕组上有多个抽头，每个抽头对应一个变比值，整个装置有多个变比，从而实现不同的电压输出。然而，该装置与目前常用的互感器校验系统一样，无法实现电压互感器误差的带电比对。

中国专利“CN102645643A”提供了一种电子式电压互感器在线校验系统，然而，由于其标准互感器为传统电磁式电压互感器，为感性设备，而线路设备一般为容性设备，故而带电接入时可能产生铁磁谐振，存在较大的安全隐患。另外，随着电压等级的增高，标准互感器体积和重量大大增加，不利于高电压等级线路的现场带电校验。

中国专利“专利CN104034977A”提供了一种220kV电容式电压互感器带电检测仪，包括电流单元、电压单元、笔记本电脑等几个部分。电压单元采用电磁式电压互感器，也存在铁磁谐振风险。带电比对时，标准互感器的准确度是比对结果准确性的保证，以上几个专利均没有采取相应的措施保证标准互感器的测量准确性。

另外，以上几个专利中提到的比对或校验装置，均没有对电压互感器的误差状态进行趋势预测和预警，从而不利于工作人员的判断和决策。

发明内容

目前针对电压互感器的误差比对或校验系统，大多需要线路停电，虽然由部分装置可以实现带电校验，但存在的铁磁谐振风险、准确度无法保证、不能实现误差趋势预测及告警等问题，限制了它们的应用。为解决这一问题，本发明提供了一种电压互感器误差带电比对系统。该系统可在线路带电的情况下，实现电压互感器误差的带电比对，大大简化了检修流程，节省了检修成本。该系统既可对传统模拟量输出的电压互感器进行误差比对，也可以对数字量输出的电子式互感器和光学互感器进行带电比对，应用范围十分广泛。

本发明采取的技术方案为：

一种电压互感器误差带电比对系统，包括电压比对传感器、比对信号处理单元、绝缘支柱、可移动升降器、数据分析平台。所述电压比对传感器包括两个开合式电容器、NPO电容、杂散电容。

所述开合式电容器位于绝缘支柱上方的支撑平台上面，开合式电容器由两个半环形圆柱体构成，包括内环、外环、隔板，内环与外环之间通过隔板固定并隔开，内环、外环及中间的气体构成气体电容器，内环、外环分别为气体电容器的两极板；

所述开合式电容器安装固定在屏蔽罩内部，开合式电容器通过屏蔽电缆与NPO电容相连，NPO电容位于绝缘支柱内部靠上方，NPO电容下端连接至铜盘上，铜盘与绝缘支柱的底座以及内部的绝缘气体构成杂散电容，绝缘气体为SF₆；

在屏蔽罩内部、绝缘支柱内部放置了温度传感器。

所述开合式电容器加装有配件，配件为中空的导电材料制作而成。

所述开合式电容器连接升降杆，通过升降杆实现开合。

所述比对信号处理单元包含信号调理模块、A/D转换模块、微处理器模块、无线通信模块、电源模块、电压基准模块、监测模块；

所述开合式电容器、温度传感器连接信号调理模块，信号调理模块连接A/D转换模块，A/D转换模块连接微处理器模块，微处理器模块连接无线通信模块；

电源模块连接微处理器模块，电源模块连接电压基准模块、监测模块。

无线通信模块与数据分析平台无线通讯连接。

所述底座通过可移动升降器下面的接地端连接至大地上，可移动升降器下部有轮子。

所述数据分析平台包括硬件模块、笔记本电脑；硬件模块用于接收比对信号处理单元和被比对互感器的输出数据、向外发送信息；数据分析平台发出的告警信息及被测互感器参数信息，通过硬件模块发送至工作人员手机上。

本发明一种电压互感器误差带电比对系统，技术效果如下：

1)、采用两个开合式电容器及其他辅助器件构成的电压比对传感器，作为标准传感器，利用两开合式电容器输出相互比对的形式，实现传感器准确度自检，并利用其输出的平均值作为最终输出，大大提高了比对准确度及可靠性。

2)、利用温度传感器实时监测三组分压电容器周围的温度变化情况，进而对传感器的输出进行实时数据补偿，大大提高了测量准确度，表1数据表明温度对测试结果比差影响量小于0.015％，角差影响量小于0.8’。

3)、比对信号处理单元放置于椭圆形屏蔽罩中，可有效降低来自高压线路的电磁干扰。电路采用电池供电，供电方式简单可靠。当电池电压将要不足时，监测模块将发出告警信息，提醒工作人员进行及时更换。

4)、电压基准的采用实现了系统自检，在系统正常情况下，其采集到的电压基准对应数字量为0x8000，如不是此值，则说明可能出现问题，系统发出告警信号，提高了系统工作可靠性。

5)、该系统一次部分装置与二次部分装置之间通信方式为无线通信，避免了复杂的连接线，不存在一次设备、二次设备之间的绝缘问题，保证了操作人员的安全。同时不需要连接线，在设备较多的变电站空间内移动方便，便于对不同位置的电压互感器进行测试。

6)、该系统可对被测互感器误差状态进行趋势预测，估计被测互感器何时会达到或超过误差限值，并通知工作人员及时进行检修准备，提高了工作效率，避免了事故的发生。

7)、该系统安装操作方便、准确度高，系统整体误差小于0.05％。

8)、该系统实时判断电压互感器运行状态，预测电压互感器达到误差限值时的预期寿命并可进行预警，为工作人员检修提供高质量数据支撑。

附图说明

图1为本发明一种电压互感器误差带电比对系统整体结构示意图。

图2为本发明中电压比对传感器结构示意图。

图3为本发明中比对信号处理单元原理框图。

具体实施方式

一种电压互感器误差带电比对系统，主要包括电压比对传感器1、比对信号处理单元2、绝缘支柱3、可移动升降器4、数据分析平台5等部分。

可移动升降器4包含3节伸缩杆，缩至最短时长度0.8米，伸长时长度可达2米。伸缩杆两头各有一个行程限位开关，伸缩杆运行到底或到顶后，会自动停止。可移动升降器4采用交流供电，伸缩杆只能伸缩不会旋转。可移动升降器4下部有轮子，方便现场移动。如图1所示。电压比对传感器1输出通过屏蔽电缆传送给比对信号处理单元2，经比对信号处理单元2后，通过无线通信方式发送给数据分析平台5。数据分析平台5用于对电压比对传感器1自身状态、电压互感器误差状态及其误差变化趋势等进行分析处理，并依据分析结果提醒工作人员进行检修准备。

所述电压比对传感器1如图2所示，由两个开合式电容器7、NPO电容8、杂散电容9等三组电容构成。开合式电容器7位于绝缘支柱3上方的支撑平台6上面，支撑平台6为铝合金材料制作而成。电压比对传感器1的输出结果为以上三组电容的分压结果，取NPO电容8上的电压作为输出电压信号。NPO电容8值大小为100nF。为了提高测量结果的准确性，利用两个开合式电容器7的输出结果相互比对，如果其差别在0.01％以内，则说明开合式电容器7闭合良好，位置正常，此时取其平均值作为最终结果；如果差别超过0.01％，则说明开合式电容器7存在异常，提示工作人员进行检修。这种方式有效提高了比对结果的准确度和可靠性。支撑平台6为铝合金材料制作而成。

开合式电容器7由两个半环形圆柱体10构成，其内环直径90mm，外环直径160mm，宽度30mm。内环与外环之间通过隔板11固定并隔开。隔板11为绝缘材料。内环、外环及中间的气体构成气体电容器，内环和外环分别为气体电容器的两极板。

为了适应不同直径的被测导线，开合式电容器内部可以针对不同的导线直径加装配件12，配件12为中空的导电材料制作而成。开合式电容器通过屏蔽电缆与NPO电容8相连，NPO电容8位于绝缘支柱3内部靠上方，NPO电容8下端连接至铜盘13上。铜盘13与绝缘支柱3的底座14作为电容的两极，与内部的绝缘气体构成杂散电容9，绝缘气体为SF₆。

所述开合式电容器7安装固定在屏蔽罩15内部，用来降低外部干扰。为了降低温度变化对比对结果的影响，在屏蔽罩15内部、绝缘支柱3内部放置了三个温度传感器16，用于监测三组电容附近的温度值，其输出结果通过电缆传输至比对信号处理单元2。温度传感器16输出结果最终由数据分析平台5进行分析处理，从而对电压比对传感器1输出结果进行实时数据补偿，提高比对结果的准确度。测试结果表明补偿后比差影响量小于0.015％，角差影响量小于0.8’。

开合式电容器7利用升降杆17实现开合，现场使用时，首先利用可移动升降器4将电压比对传感器1送至被测导线附近，然后数据分析平台5发送控制信息，控制开合式电容器7的开合，将其夹在被测导线上。整个过程实现了自动控制，操作简单方便。

所述比对信号处理单元2原理框图如图3所示，所述比对信号处理单元2包含信号调理模块、A/D转换模块、微处理器模块、无线通信模块、电源模块、电压基准模块、监测模块。比对信号处理单元2共有六个通道的信号，包含两个开合式电容器7输出、三个温度传感器16输出及一个电压基准输出信号。电压基准由比对信号处理单元2内部电源产生，其值为直流1.25V。微处理器模块采集到电压基准的信号后，通过无线通信模块发送给数据分析平台5。采用电压基准的目的是为了实现系统自检，在系统正常情况下，其采集到的电压基准对应数字量为0x8000(十六进制)。如采集到数字量不是此值，则说明系统内部可能出现问题，系统告警提示工作人员进行检修。

所述无线通信模块采用GW-YL-5000无线通信模块，与数据分析平台5之间没有任何直接的连接，避免了现场复杂的接线，同时避免了直接连接可能导致的绝缘问题。

比对信号处理单元2放置于椭圆形屏蔽罩中。由于其处于高压侧，因而电磁环境较为恶劣。椭圆形屏蔽罩可有效降低电磁干扰，保证比对信号处理单元正常运行。比对信号处理单元2的电源采用电池供电，供电方式简单可靠，寿命可达1年以上。当电池电压将要不足时，监测模块将发出告警信息，提醒工作人员进行及时更换。

电压基准模块采用ADR421芯片，基准电压为2.5V，分压后产生1.25V的直流基准电压，用于与电池电压进行对比。监测模块采用电压比较器LM339实现电池电压与电压基准的对比，电池电压通过分压后与电源电压进行对比。微处理器模块采集LM339的输出并对电池的电压进行判断，当电压过低时，发出告警信息。

所述底座14通过可移动升降器4下面的接地端18连接至大地上。可移动升降器4下部有轮子，方便在现场移动。可移动升降器4升降范围可达6米以上，现场带电比对时可根据导线的高度进行调节。

所述数据分析平台5由硬件模块19和笔记本电脑20构成，用于接收数据并对其进行分析处理。

硬件模块19主要功能有三个：一是接收比对信号处理单元2的数据，然后通过USB接口数据传给笔记本电脑；二是接收被比对互感器的输出数据，通过网口传给笔记本电脑；三是通过笔记本电脑的控制，向工作人员手机发送信息。核心处理器采用XILINX公司的FPGA(型号XC5VLX110-2FFG1153I)进行数据处理。

数据分析平台5的功能主要有：

1)、接收数据；

2)、分析两个开合式电容器的输出差别并进行差异判断和告警；

3)、分析电压基准的采集量是否正常；

4)、分析三个温度传感器的输出并对数据进行实时补偿；

5)、接收被比对传感器的输出信号并进行数据解码、参数分析；

6)、计算被比对传感器的幅值、相位、误差等参数，并依据监测数据对其误差状态进行趋势预测，预测互感器误差的变化情况、何时可能会超出误差限值(±0.2％)等。

硬件模块19除了用于接收比对信号处理单元2和被比对互感器的输出数据外，还可以向外发送信息。数据分析平台5发出的告警信息及被测互感器参数信息等可通过硬件模块19发送至工作人员手机上，保证工作人员可及时收到信息并进行处理。

带电比对系统软件利用Labview软件编写而成，程序语言为图形化语言，编写简单。

本发明一种电压互感器误差带电比对系统，采用两个开合式电容器7及其他辅助器件构成的电压比对传感器1作为标准传感器，利用两开合式电容器7输出相互比对的形式实现传感器准确度自检，并利用其输出的平均值作为最终输出，大大提高了比对准确度及可靠性。

温度传感器16的使用可有效降低温度变化产生的影响，对测量数据进行实时补偿，从而提高测量准确度。

表1为温度补偿前和补偿后带电比对系统误差测试结果图

表1的结果也证明了这一点。该系统利用电压基准及监测模块，实现了自身性能的自检，提高了可靠性。同时，该系统可对被测互感器误差状态进行趋势预测，估计被测互感器何时会达到或超过误差限值，并将关键参数及告警信息及时发送给工作人员，使工作人员根据互感器信息提前进行检修准备，有效提高了工作效率，避免了事故的发生。该系统整体误差小于0.05％，温度对结果比差影响量小于0.015％，角差影响量小于0.8’。

Claims (9)

1.一种电压互感器误差带电比对系统，包括电压比对传感器（1）、比对信号处理单元（2）、绝缘支柱（3）、可移动升降器（4）、数据分析平台（5）；其特征在于：

所述电压比对传感器（1）包括两个开合式电容器（7）、NPO电容（8）、杂散电容（9）；

所述开合式电容器（7）位于绝缘支柱（3）上方的支撑平台（6）上面，开合式电容器（7）由两个半环形圆柱体（10）构成，包括内环、外环、隔板（11），内环与外环之间通过隔板（11）固定并隔开，内环、外环及中间的气体构成气体电容器，内环、外环分别为气体电容器的两极板；

所述开合式电容器（7）安装固定在屏蔽罩（15）内部，开合式电容器（7）通过屏蔽电缆与NPO电容（8）相连，NPO电容（8）位于绝缘支柱（3）内部靠上方，NPO电容（8）下端连接至铜盘（13）上，铜盘（13）与绝缘支柱（3）的底座（14）以及内部的绝缘气体构成杂散电容（9），绝缘气体为SF₆；

在屏蔽罩（15）内部、绝缘支柱（3）内部放置了温度传感器（16）。

2.根据权利要求1所述一种电压互感器误差带电比对系统，其特征在于：所述开合式电容器（7）加装有配件（12），配件（12）为中空的导电材料制作而成。

3.根据权利要求1所述一种电压互感器误差带电比对系统，其特征在于：所述开合式电容器（7）连接升降杆（17），通过升降杆（17）实现开合。

4.根据权利要求1所述一种电压互感器误差带电比对系统，其特征在于：所述比对信号处理单元（2）包含信号调理模块、A/D转换模块、微处理器模块、无线通信模块、电源模块、电压基准模块、监测模块；

所述开合式电容器（7）、温度传感器（16）连接信号调理模块，信号调理模块连接A/D转换模块，A/D转换模块连接微处理器模块，微处理器模块连接无线通信模块；

电源模块连接微处理器模块，电源模块连接电压基准模块、监测模块；

无线通信模块与数据分析平台（5）无线通讯连接。

5.根据权利要求1所述一种电压互感器误差带电比对系统，其特征在于：所述底座（14）通过可移动升降器（4）下面的接地端（18）连接至大地上，可移动升降器（4）下部有轮子。

6.根据权利要求1所述一种电压互感器误差带电比对系统，其特征在于：所述数据分析平台（5）包括硬件模块（19）、笔记本电脑（20）；

硬件模块（19）用于接收比对信号处理单元（2）和被比对互感器的输出数据、向外发送信息；数据分析平台（5）发出的告警信息及被测互感器参数信息，通过硬件模块（19）发送至工作人员手机上。

7.一种电压互感器误差带电比对方法，其特征在于：利用可移动升降器（4）将电压比对传感器（1）送至被测导线附近，然后数据分析平台（5）发送控制信息，控制开合式电容器（7）的开合，将其夹在被测导线上。

8.一种电压互感器误差带电比对方法，其特征在于：

步骤1：数据分析平台（5）首先分析两个开合式电容器（7）的输出差别，判断开合式电容器（7）是否正常；

步骤2：然后分析电压基准的采集量是否正常，判断比对信号处理单元（2）工作情况；

步骤3：分析温度传感器（16）的输出并对数据进行实时补偿；

步骤4：计算被比对互感器误差并对其趋势进行预测，估计何时可能会超出误差限值等。

9.一种电压互感器误差带电比对系统，其特征在于：用于对传统模拟量输出的电压互感器进行误差比对；或者对数字量输出的电子式互感器和光学互感器进行带电比对。