CN108181493A - 一种阻容分压式零序电压传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻容分压式零序电压传感器，包括A相阻容分压器、B相阻容分压器、C相阻容分压器、二次调整保护单元；A相阻容分压器由A相高压臂阻抗和A相低压臂阻抗串联组成，B相阻容分压器由B相高压臂阻抗和B相低压臂阻抗串联组成，C相阻容分压器由A相高压臂阻抗和C相低压臂阻抗串联组成，二次调整保护单元由调整电阻、调整电容、放电管、压敏电阻并联组成，各相低压臂阻抗和二次调整保护单元并联组成低压分压阻抗，低压分压阻抗两端输出零序电压值；本发明能输出与零序电压成线性比例关系的电压，用于监视三相供电线路电压不平衡及单相金属接地、缺相等故障，具有很大的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明属于互感器技术领域，特别涉及一种电压互感器，是一种测量零序电压的阻容分压式零序电压传感器。
背景技术
零序电压传感器主要用于监测电网三相供电电压不平衡度以及单相金属接地、缺相等故障。现有技术使用三个星型联结的单相电磁式电压互感器，星型联结的中性点通过第四个单相电压互感器接地，从而获得零序电压信号，这种技术方案使用了四个单相电压互感器的组合体，产品存在着消耗材料多、体积和重量庞大、整体产品电气性能差和局部放电测试合格率低等缺点，而要准确测量零序电压，需要这些单相电磁式电压互感器的特性一致，这对互感器的制造提出了较高的要求。实际上各单相电磁式电压互感器供电负荷随实际情况会发生变化，所以很难一致，这就造成了零序电压测量不准确。这种四个单相电磁式电压互感器组成的零序电压测量系统不容易准确校准，目前往往采用对四个单相电磁式电压互感器进行单独校准的方法。此外，电磁式电压互感器本身呈现感性，与线路容性分量作用易诱发谐振，从而造成谐振过电压发热烧毁，运行故障率较高。目前有电容分压式零序电压传感器的相关文献，但采取的是单纯电容分压原理，高压分压臂电容和低压分压臂电容分别配置后整体浇注。这种方案由于高低压电容材质不同，造成温度特性曲线不一致，而且浇注完成后电容与环氧树脂形成一个统一的整体，环境温度的变化会导致环氧树脂浇注体热胀冷缩，这会对电容本体产生机械力并造成电容值的改变，导致传感器在‐40℃～+70℃的使用温度范围内误差超出标准要求。此外，这种方案也没有考虑电容受外部电磁场和杂散电容带来的干扰，也没有解决放电时间常数的问题。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种阻容分压式零序电压传感器，它能输出与零序电压成线性比例关系的电压，用于监视三相供电线路电压不平衡及单相金属接地、缺相等故障。
本发明针对现有技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的，一种阻容分压式零序电压传感器，包括A相阻容分压器、B相阻容分压器、C相阻容分压器、二次调整保护单元；A相阻容分压器由A相高压臂阻抗和A相低压臂阻抗串联组成，B相阻容分压器由B相高压臂阻抗和B相低压臂阻抗串联组成，C相阻容分压器由A相高压臂阻抗和C相低压臂阻抗串联组成，二次调整保护单元由调整电阻、调整电容、放电管、压敏电阻并联组成，A相高压臂阻抗、B相高压臂阻抗、C相高压臂阻抗严格相同，A相低压臂阻抗、B相低压臂阻抗、C相低压臂阻抗可以不完全相同，A相低压臂阻抗、B相低压臂阻抗、C相低压臂阻抗和二次调整保护单元并联组成低压分压阻抗，低压分压阻抗两端输出零序电压值；每相阻容分压器都单独制作成型，通过调整二次调整保护单元调整电阻和调整电容的数值可以对输出零序电压进行调整；每一相阻容分压器的高压臂阻抗和低压臂阻抗都由电容和电阻串联而成，高压臂阻抗中的电阻可以起到限流的作用，高压臂电容和低压臂电容用同材质一体加工烧结而成，成为了一个电容分压器，保证高低压容抗比的温漂系数小于50ppm/℃，为保证传感器精度，每相阻容分压器内部都浇注出一个空腔，装配完成阻容分压器后密封，并充1.2MPa的SF6气体作为隔离绝缘，解决温度变化引起热胀冷缩带来的精度偏差问题；每一相阻容分压器的高压臂阻抗都带有屏蔽罩，以防止外部电场的干扰。
下面对本技术方案的原理做进一步说明。
假定A相高压臂阻抗ZA、B相高压臂阻抗ZB和C相高压臂阻抗ZC的阻抗值相等，即ZA＝ZB＝ZC＝Z1，ω为电网频率，C1为高压臂阻电容，R1为高压臂电阻。由A相低压臂阻抗ZA0、B相低压臂阻抗ZB0、C相低压臂阻抗ZC0和二次调整保护单元等效阻抗Zg0构成的低压臂零序阻抗为Z0，那么对于输出的零序电压有：
即
从式(2)可以看出，为按一定比例输出的三相零序电压。由式(2)可见，该零序电压传感器的变比由阻容分压器的阻抗值决定，因此可分别对每一相阻容分压器的分压比进行校验或误差调整，分压比可以通过对低压臂阻抗串并联电容及电阻元件来调整。对于制作完成的阻容分压式零序电压传感器，可以对二次调整保护单元中的电容和电阻进行数值调整来达到传感器整体误差的调整。
本发明提出了一种能测量零序电压的阻容分压式零序电压传感器，它具有三个相同的阻容分压器，阻容分压器的高压臂阻抗由高压臂电容串联一个电阻构成，阻容分压器的低压臂阻抗由零序电容串联一个电阻构成，利用三个高压臂阻抗取代现有技术方案中的三个星型联结的单相电磁式电压互感器，利用低压臂零序阻抗取代第四个单相电压互感器，构成零序电压传感器，这个低压臂零序阻抗是由三个阻容分压器的低压臂阻抗和二次调整保护单元并联而成的。三个相同的阻容分压器可作为标准件设计制作和装配，并且可以方便地对单个阻容分压器的电压分压比进行校验和补偿，有利于一次传感器的质量控制。这种阻容分压式零序电压传感器具有体积小、重量轻、成本低、损耗低和易安装的特点，彻底解决了传统电磁式电压互感器因铁磁谐振而导致电力系统故障的难题，并且能够保证系统断电时，电容的时间常数符合电网要求，防止放电电流过大烧毁电容以及对电网产生不良影响。而对于制作完成的单个阻容分压器，可以通过对每一相检测的方法进行校验。
作为优选，A相阻容分压器、B相阻容分压器和C相阻容分压器均通过真空环氧树脂浇注进行一体制作；A相阻容分压器、B相阻容分压器和C相阻容分压器的高压臂阻抗和低压臂阻抗采用相同结构、相同材料和相同制作工艺过程制作完成，每相阻容分压器低压臂阻抗的一端与对应相的高压臂阻抗的一端相连，每相阻容分压器低压臂阻抗的另一端都固定在同一块金属接地板上。
作为优选，A相阻容分压器、B相阻容分压器和C相阻容分压器的高压臂阻抗流过的额定电流为1mA。
作为优选，在零序电压测量准确度要求优于1级时，A相低压臂阻抗、B相低压臂阻抗和C相低压臂阻抗的阻抗值相等，且采用二次调整保护单元调整误差。
作为优选，在零序电压测量准确度要求低于或等于1级时，A相低压臂阻抗、B相低压臂阻抗和C相低压臂阻抗的阻抗值为零值，此时采用二次调整保护单元输出零序电压比例分量。
作为优选，零序电压的额定测量输出电压值为6.5V，额定负载为20MΩ。
作为优选，每相阻容分压器高压臂阻抗中的电阻采用10W功率0.5MΩ的电阻。
本发明阻容分压式零序电压传感器可用于额定电压高达10kV，频率为50Hz的三相电网零序电压的测量。当发生单相金属接地时，一次传感器的零序电压的最大额定测量输出电压值为6.5V，最大额定负载为10MΩ，三相电网零序电压的测量准确度均可达0.2级。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、阻容分压式零序电压传感器主要由三个相同的阻容分压器构成，阻容分压器由高压臂阻抗和低压臂阻抗串联而成。与由四个单相电磁式电压传感器组成的传统带零序电压输出的电磁式三相组合电压传感器相比较，阻容分压式零序电压传感器具有结构简单、重量轻、安装方便等优点，并且零序电压传感系统的损耗很小；
2、由于阻容分压器的高压臂阻抗和低压臂阻抗采用相同的材料和工艺一体制作完成，因此每相阻容分压器的高压臂阻抗和低压臂阻抗的温度漂移率具有较好的一致性；
3、相比于传统带零序电压输出的电磁式三相组合电压传感器，阻容分压式零序电压传感器的误差补偿方法简单；
4、通过对每相阻容分压器的分压比检测，以及对制作完成的阻容分压式零序电压传感器的检测，可以方便地进行零序电压分压比的校验和误差调整；
5、每相阻容分压器的高压臂阻抗都带有屏蔽罩，以防止外部电场的干扰；
6、每相阻容分压器内部都浇注出一个空腔，装配完成阻容分压器后充1.2MPa的SF6气体作为隔离绝缘进行密封，解决温度变化引起热胀冷缩带来的精度偏差问题，并且解决了环氧树脂与高压臂阻抗浇注在一起时带来的并联电阻的误差影响问题；
7、每相阻容分压器高压臂阻抗采用大功率电阻，相比于电容分压器，这个大功率电阻可以起到限流的作用。
附图说明
图1为本发明实施例原理结构图；
图2为本发明实施例A相阻容分压器的原理结构图。
图中：1为A相阻容分压器，2为B相阻容分压器，3为C相阻容分压器，4为A相高压臂阻抗，5为二次调整保护单元，6为A相低压臂阻抗，7为B相高压臂阻抗，8为B相低压臂阻抗，9为C相高压臂阻抗，10为C相低压臂阻抗，11为A相一体化电容分压器，12为屏蔽罩，13为A相阻容分压器的环氧树脂浇注成型的器身，14为空腔，15为A相高压臂阻抗中的电阻，16为A相低压臂阻抗中的电阻。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，图2为本发明实施例A相阻容分压器的原理结构图，B相阻容分压器和C相阻容分压器与A相阻容分压器的原理结构图相同。
阻容分压式零序电压传感器包括A相阻容分压器1、B相阻容分压器2、C相阻容分压器3、二次调整保护单元5；A相阻容分压器1由A相高压臂阻抗和A相低压臂阻抗串联组成，B相阻容分压器2由B相高压臂阻抗和B相低压臂阻抗串联组成，C相阻容分压器3由A相高压臂阻抗和C相低压臂阻抗串联组成，二次调整保护单元5由调整电阻、调整电容、放电管、压敏电阻并联组成，A相高压臂阻抗4、B相高压臂阻抗7、C相高压臂阻抗9严格相同，A相低压臂阻抗6、B相低压臂阻抗8、C相低压臂阻抗10可以不完全相同，A相低压臂阻抗6、B相低压臂阻抗8、C相低压臂阻抗10和二次调整保护单元5并联组成低压分压阻抗，低压分压阻抗两端输出零序电压值；每相阻容分压器都单独制作成型，将A相阻容分压器1、B相阻容分压器2、C相阻容分压器3和二次调整保护单元5组成阻容分压式零序电压传感器后，通过调整二次调整保护单元5的调整电阻和调整电容的数值可以对输出零序电压进行调整；A相阻容分压器1、B相阻容分压器2和C相阻容分压器3的原理结构图相同，以A相阻容分压器1为例，A相阻容分压器1的高压臂阻抗4和低压臂阻抗6都由电容和A相低压臂阻抗中的电阻16串联而成，A相高压臂阻抗中的电阻15可以起到限流的作用,A相高压臂阻抗中的电容和A相低压臂阻抗中的电容组成的A相一体化电容分压器11，高压臂电容和低压臂电容用同材质一体加工烧结而成，成为了一个A相一体化电容分压器11，A相一体化电容分压器11的高低压容抗比的温漂系数小于50ppm/℃，A相阻容分压器1的器身13内部浇注出一个空腔14，装配完成阻容分压器后密封，并充1.2MPa的SF6气体，A相阻容分压器1的高压臂阻抗4带有屏蔽罩12，以防止外部电场的干扰。
本实施例具体设计参数为：阻容分压式零序电压传感器的额定电压10kV，额定频率50Hz，当发生单相金属接地时，：阻容分压式零序电压传感器零序电压输出端的额定电压值为6.5V，额定负载为20MΩ，准确度为0.5级，A相高压臂阻抗4中电容、B相高压臂阻抗7中电容和C相高压臂阻抗9中电容的电容值均为100pF，A相高压臂阻抗4中电阻、B相高压臂阻抗7中电阻和C相高压臂阻抗9中电阻采用10W功率0.5MΩ的电阻，A相低压臂阻抗6中电容、B相低压臂阻抗8中电容和C相低压臂阻抗10中电容的电容值均为0.089μF，A相低压臂阻抗6中电阻、B相低压臂阻抗8中电阻和C相低压臂阻抗10中电阻的电阻值均为0.564kΩ。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种阻容分压式零序电压传感器，其特征是：包括A相阻容分压器、B相阻容分压器、C相阻容分压器、二次调整保护单元；A相阻容分压器由A相高压臂阻抗和A相低压臂阻抗串联组成，B相阻容分压器由B相高压臂阻抗和B相低压臂阻抗串联组成，C相阻容分压器由A相高压臂阻抗和C相低压臂阻抗串联组成，二次调整保护单元由调整电阻、调整电容、放电管、压敏电阻并联组成，A相高压臂阻抗、B相高压臂阻抗、C相高压臂阻抗严格相同，A相低压臂阻抗、B相低压臂阻抗、C相低压臂阻抗可以不完全相同，A相低压臂阻抗、B相低压臂阻抗、C相低压臂阻抗和二次调整保护单元并联组成低压分压阻抗，低压分压阻抗两端输出零序电压值；每相阻容分压器都单独制作成型，通过调整二次调整保护单元调整电阻和调整电容的数值可以对输出零序电压进行调整；每一相阻容分压器的高压臂阻抗和低压臂阻抗都由电容和电阻串联而成，高压臂阻抗中的电阻起到限流的作用，高压臂电容和低压臂电容用同材质一体加工烧结而成，成为了一个电容分压器，保证高低压容抗比的温漂系数小于50ppm/℃，为保证传感器精度，每相阻容分压器内部都浇注出一个空腔，装配完成阻容分压器后密封，并充SF6气体作为隔离绝缘；每一相阻容分压器的高压臂阻抗都带有屏蔽罩。
2.根据权利要求1所述的一种阻容分压式零序电压传感器，其特征在于：A相阻容分压器、B相阻容分压器和C相阻容分压器均通过真空环氧树脂浇注进行一体制作；A相阻容分压器、B相阻容分压器和C相阻容分压器的高压臂阻抗和低压臂阻抗采用相同结构、相同材料和相同制作工艺过程制作而成，每相阻容分压器低压臂阻抗的一端与对应相的高压臂阻抗的一端相连，每相阻容分压器低压臂阻抗的另一端都固定在同一块金属接地板上。
3.根据权利要求1或2所述的一种阻容分压式零序电压传感器，其特征在于：A相阻容分压器、B相阻容分压器和C相阻容分压器的高压臂阻抗流过的额定电流为1mA。
4.根据权利要求1或2所述的一种阻容分压式零序电压传感器，其特征在于：在零序电压测量准确度要求优于1级时，A相低压臂阻抗、B相低压臂阻抗和C相低压臂阻抗的阻抗值相等，且采用二次调整保护单元调整误差。
5.根据权利要求1或2所述的一种阻容分压式零序电压传感器，其特征在于：在零序电压测量准确度要求低于或等于1级时，A相低压臂阻抗、B相低压臂阻抗和C相低压臂阻抗的阻抗值为零值，此时采用二次调整保护单元输出零序电压比例分量。
6.根据权利要求1或2所述的一种阻容分压式零序电压传感器，其特征在于：零序电压的额定测量输出电压值为6.5V，额定负载为20MΩ。
7.根据权利要求1或2所述的一种阻容分压式零序电压传感器，其特征在于：每相阻容分压器高压臂阻抗中的电阻采用10W功率0.5MΩ的电阻。
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