CN109116079A - 一种用于gis的内接触式电容分压器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于GIS的内接触式电容分压器，包括：高压臂组件、金属连接组件和低压臂组件，高压臂组件与低压臂组件通过金属连接组件连接。高压臂组件包括支柱绝缘子外壳和高压电容单元，支柱绝缘子外壳能够保证GIS的绝缘要求，支柱绝缘子外壳的形状与支柱绝缘子相匹配。高压电容单元的金属嵌件上设置有凸起，有效降低了绝缘外壳高压侧沿面的合成场强。低压臂组件包括金属低压臂外壳和低压臂单元，低压臂单元包括阻抗变换器，阻抗变换器拓展了电容分压器的下限频率，可以测量雷电冲击、操作冲击及工频电压等多种电压形式。本申请提供的用于GIS的内接触式电容分压器，具有结构精简、测量精度高、稳定性好、测量频带宽的优点。

Description

一种用于GIS的内接触式电容分压器

技术领域

本申请涉及电力系统领域，尤其涉及一种用于GIS的内接触式电容分压器。

背景技术

GIS(即气体绝缘金属封闭开关设备)在电力系统中广泛应用，但其易受到多种过电压的威胁，如雷电过电压、操作过电压等，因此需要进行相应的出厂试验及现场试验。一些电压发生器采用对接方式(对接方式分为非接触式和接触式)对GIS进行例行实验，因此需要使用GIS内置分压器对施加电压的幅值波形等进行测量。

由于GIS内部的绝缘设计要求极高，为了保证绝缘可靠，分压器通常采用非接触式电容分压器，即利用GIS母线与分压器外壳间的分布电容作为高压臂，但分布电容的动态特性不稳定，因此测量频带较窄，不利于多种类型电压的测量。

而接触式电容分压器具有动态特性稳定的优点，但其在GIS内部会畸变电场，会降低GIS的绝缘强度，并且电容分压器的低频响应较差。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请提供了一种用于GIS的内接触式电容分压器，结构精简、测量精度高、稳定性好、测量频带宽。

本申请提供了一种用于GIS的内接触式电容分压器，包括：高压臂组件、金属连接组件和低压臂组件，其中，

所述高压臂组件与所述低压臂组件通过所述金属连接组件连接；

所述金属连接组件与所述高压臂组件活动连接；

所述高压臂组件包括支柱绝缘子外壳和高压电容单元，所述高压电容单元设置于所述支柱绝缘子外壳内；

所述支柱绝缘子外壳的形状与支柱绝缘子相匹配；

所述高压电容单元与所述金属连接组件连接；

所述低压臂组件包括金属低压臂外壳和低压臂单元，所述低压臂单元设置于所述金属低压臂外壳内；

所述金属低压臂外壳与所述金属连接组件连接；

所述低压臂单元与所述金属连接组件连接。

可选择的，所述支柱绝缘子外壳包括绝缘外壳和金属嵌件，其中：

所述绝缘外壳的内部设置有变压器油腔；

所述高压电容单元设置于所述变压器油腔内；

所述绝缘外壳的上平面设置有金属嵌件安装通槽，所述金属嵌件安装通槽与所述变压器油腔相通；

所述绝缘外壳的下平面设置有金属连接件安装通槽，所述金属连接件安装通槽与所述变压器油腔相通；

所述金属嵌件的中部设置于所述金属嵌件安装通槽内，所述金属嵌件与所述绝缘外壳一体成型；

所述金属嵌件的上端穿过所述金属嵌件安装通槽，所述金属嵌件的底端穿过所述金属嵌件安装通槽后与所述高压电容单元连接。

可选择的，所述低压臂单元包括低压臂电容安装件、阻抗变换器和电缆接头，其中：

所述低压臂电容安装件上对称设置有低压臂电容，所述低压臂电容以所述低压臂电容安装件的纵向中心线为对称线对称设置；

所述金属低压臂外壳内设置有气体腔，所述低压臂电容安装件、所述低压臂电容、所述阻抗变换器均设置于所述气体腔内；

所述电缆接头设置于所述金属低压臂外壳的下平面；

所述金属低压臂外壳的上平面设置有连接通槽，所述连接通槽与所述气体腔相通；

所述金属连接组件设置于所述金属连接件安装通槽和所述连接通槽内；

所述低压臂电容安装件、所述阻抗变换器和所述电缆接头通过所述金属连接组件连接。

可选择的，所述高压电容单元包括金属螺杆和至少三个高压电容器，其中：

所述至少三个高压电容器串联设置于所述金属螺杆上；

所述金属螺杆的顶端与所述金属嵌件的底端连接；

所述金属螺杆的底端与所述金属连接组件连接。

可选择的，所述金属连接组件包括金属连接件、出线套管、导杆，其中：

所述金属连接件活动设置于所述金属连接件安装通槽内；

所述出线套管插装于所述金属连接件内；

所述出线套管的下部嵌入至所述连接通槽内；

所述导杆的顶端与所述金属螺杆的底端连接；

所述导杆的底端依次穿过所述出线套管、所述低压臂电容安装件、所述阻抗变换器后与所述电缆接头连接；

所述金属连接件、所述出线套管和所述导杆的纵向中心线重合。

可选择的，所述金属嵌件上设置有两个凸起，两个所述凸起以所述金属嵌件的纵向中心线为对称线对称设置；

两个所述凸起均位于所述绝缘外壳内；

两个所述凸起与所述金属嵌件一体成型。

可选择的，所述绝缘外壳为环氧树脂外壳，所述绝缘外壳由掺杂氧化铝的环氧树脂材料制成。

可选择的，所述金属低压臂外壳为铝制低压臂外壳；

所述金属连接件为铝制连接件；

所述金属嵌件为铝制嵌件。

可选择的，所述导杆为铜制导杆，所述导杆的直径为10mm-100mm。

可选择的，所述出线套管由聚四氟乙烯材料制成。

本申请提供了一种用于GIS的内接触式电容分压器，包括：高压臂组件、金属连接组件和低压臂组件，其中，所述高压臂组件与所述低压臂组件通过所述金属连接组件连接，结构简单紧凑。所述金属连接组件与所述高压臂组件活动连接；所述高压臂组件包括支柱绝缘子外壳和高压电容单元，所述支柱绝缘子外壳能够保证GIS的绝缘要求，所述支柱绝缘子外壳的形状与支柱绝缘子相匹配，通过绝缘结构的设计，满足在GIS内接触式布置的绝缘要求，具有优于非接触式电容分压器的测量精度与稳定性。所述高压电容单元的金属嵌件上设置有凸起，所述凸起作为内屏蔽件，有效降低了绝缘外壳高压侧沿面的合成场强，解决了接触式电容分压器在GIS内部会畸变电场的问题。所述低压臂组件包括金属低压臂外壳和低压臂单元，所述低压臂单元设置于所述金属低压臂外壳内，所述低压臂包括阻抗变换器，所述阻抗变换器拓展了电容分压器的下限频率，使具有宽频带测量范围，可以测量雷电冲击、操作冲击及工频电压等多种电压形式。本申请提供的用于GIS的内接触式电容分压器，与现有的电容分压器相比，具有结构精简、测量精度高、稳定性好、测量频带宽的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种用于GIS的内接触式电容分压器的结构示意图之一；

图2为本申请提供的一种用于GIS的内接触式电容分压器的结构示意图之二；

图3为本申请提供的一种用于GIS的内接触式电容分压器的高压臂组件的部分结构示意图；

图4为本申请提供的一种用于GIS的内接触式电容分压器的低压臂组件的部分结构示意图；

图5为本申请提供的一种用于GIS的内接触式电容分压器的具体使用截面图；

图6为本申请提供的一种用于GIS的内接触式电容分压器的具体使用正面图。

图示说明：

其中，1-高压臂组件；2-金属连接组件；3-低压臂组件；4-GIS母线；5-GIS金属外壳；11-支柱绝缘子外壳；12-高压电容单元；21-金属连接件；22-出线套管；23-导杆；30-低压臂电容安装件；31-金属低压臂外壳；32-低压臂单元；33-电缆接头；34-低压臂电容；35-气体腔；36-连接通槽；37-阻抗变换器；111-绝缘外壳；112-金属嵌件；113-变压器油腔；114-金属嵌件安装通槽；115-金属连接件安装通槽；121-金属螺杆；122-高压电容器；1121-凸起。

具体实施方式

下面结合本申请中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于再次描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

参见图1至图4，本申请提供了一种用于GIS的内接触式电容分压器，包括：高压臂组件1、金属连接组件2和低压臂组件3，其中，

所述高压臂组件1与所述低压臂组件3通过所述金属连接组件2连接，所述金属连接组件2与所述高压臂组件1活动连接；所述用于GIS的内接触式电容分压器结构紧凑，利于分压器在GIS内部充满SF₆的环境下具有良好的绝缘特性，且便于安装与拆卸。

所述高压臂组件1包括支柱绝缘子外壳11和高压电容单元12，所述高压电容单元12设置于所述支柱绝缘子外壳11内；

所述支柱绝缘子外壳11的形状与支柱绝缘子相匹配，能够保证GIS的绝缘要求；

所述高压电容单元12与所述金属连接组件2连接；

所述低压臂组件3包括金属低压臂外壳31和低压臂单元32，所述低压臂单元32设置于所述金属低压臂外壳31内，在使用时，所述金属低压臂外壳31与GIS金属外壳5相接，因此所述金属低压臂外壳31即为接地金属外壳，可以有效的屏蔽GIS中的高频电磁场干扰，显著提升测量精度与稳定性。

所述金属低压臂外壳31与所述金属连接组件2连接；

所述低压臂单元32与所述金属连接组件2连接。

可选择的，所述支柱绝缘子外壳11包括绝缘外壳111和金属嵌件112，其中：

所述绝缘外壳111的内部设置有变压器油腔113，考虑到所述支柱绝缘子外壳11内的绝缘强度，即不会在内沿面或高压电容单元12表面发生闪络，因此设置变压器油腔113，在变压器油腔113内充满变压器油作为绝缘介质。

所述高压电容单元12设置于所述变压器油腔113内，由于变压器油对电场不均匀度的敏感性显著低于SF₆，有效防止了闪络的发生，且具有较好的导热性，利于高压电容单元12中的高压电容器122的散热，保证了测量的稳定性。

所述绝缘外壳111的上平面设置有金属嵌件安装通槽114，所述金属嵌件安装通槽114与所述变压器油腔113相通；

所述绝缘外壳111的下平面设置有金属连接件安装通槽115，所述金属连接件安装通槽115与所述变压器油腔113相通；

所述金属嵌件112的中部设置于所述金属嵌件安装通槽114内，所述金属嵌件112与所述绝缘外壳111一体成型，所述金属嵌件112与所述绝缘外壳111是浇注成型，这是利用支柱绝缘子制造的成熟工艺，有效减少了绝缘外壳111中微气孔或其它小缺陷的出现，金属嵌件112位于高场强区，其附近的绝缘缺陷对绝缘性能的影响是极为严重的，浇注成型保证金属嵌件112与所述绝缘外壳111间无小气隙。

所述金属嵌件112的上端穿过所述金属嵌件安装通槽114，所述金属嵌件112的底端穿过所述金属嵌件安装通槽114后与所述高压电容单元12连接。

可选择的，所述低压臂单元32包括低压臂电容安装件30、阻抗变换器37和电缆接头33，其中：

所述低压臂电容安装件30上对称设置有低压臂电容34，所述低压臂电容34以所述低压臂电容安装件30的纵向中心线为对称线对称设置，考虑到低压臂电容34的杂散参数会极大地影响测量精度与质量，低压臂电容34由多个CBB电容采用中心对称辐射状并联而成，尽可能的降低低压臂电感，且使得杂散参数的分布是均匀的，输出电压波形不会出现显著振荡。

考虑到金属低压臂外壳31内的电场强度很小，因此无需使用变压器油或SF₆作为绝缘介质，只要充入正常大气压的N₂或空气即可，这利于对低压臂组件3进行单独拆卸与维护，因此，所述金属低压臂外壳31内设置有气体腔35；

所述低压臂电容安装件30、所述低压臂电容34、所述阻抗变换器37均设置于所述气体腔35内；

所述电缆接头33设置于所述金属低压臂外壳31的下平面；

所述金属低压臂外壳31的上平面设置有连接通槽36，所述连接通槽36与所述气体腔35相通；

所述金属连接组件2设置于所述金属连接件安装通槽115和所述连接通槽36内；

所述低压臂电容安装件30、所述阻抗变换器37和所述电缆接头33通过所述金属连接组件2连接。

考虑到用于GIS的内接触式电容分压器的下限频率较高，不利于测量工频信号，因此引入阻抗变换器37，将输入阻抗由低阻转变为高阻状态，进一步拓展其下限截止频率，满足工频电压的测量要求。阻抗变换器37为有源系统，供电通过电缆接头33由GIS外部引入。

可选择的，所述高压电容单元12包括金属螺杆121和至少三个高压电容器122，其中：

所述至少三个高压电容器122串联设置于所述金属螺杆121上，使得引线长度极短，极大降低了引线电感；高压电容器122的额定电压取决于被测GIS的耐电强度，且总耐电强度高于绝缘外壳111的耐电强度，以保证发生绝缘破坏时，放电会以绝缘子外壳闪络形式发生，即保证低压臂组件3的安全，且不会通过低压臂组件3输出至GIS外部。

所述金属螺杆121的顶端与所述金属嵌件112的底端连接；

所述金属螺杆121的底端与所述金属连接组件2连接。

可选择的，所述金属连接组件2包括金属连接件21、出线套管22、导杆23，其中：

虑到零部件的拆卸与维护，所述金属连接件21活动设置于所述金属连接件安装通槽115内，所述金属连接件21与所述金属连接件安装通槽115采用动密封连接，方便打开注油及拆卸高压电容器122。以SF₆绝缘GIS设计为例，通常以0.5MPa气压的设计值作为设计标准，考虑到留有一定裕度，本发明中高压臂整体绝缘件表面电场最大值小于12kV/mm，同时在工作电压下，绝缘件内部场强不超过3kV/mm。

所述出线套管22插装于所述金属连接件21内；

所述出线套管22的下部嵌入至所述连接通槽36内；

所述导杆23的顶端与所述金属螺杆121的底端连接，所述导杆23的底端依次穿过所述出线套管22、所述低压臂电容安装件30、所述阻抗变换器37后与所述电缆接头33连接，保证了高压臂组件1与低压臂组件3之间的电气连接，并且保证了所述高压臂组件1与金属低压臂外壳31绝缘；

考虑到导杆23对局部电场的畸变作用，所述金属连接件21、所述出线套管22和所述导杆23的纵向中心线重合，并且所述金属连接件21、所述出线套管22和所述导杆23一体浇注制成，尽量消除此处的微气泡等绝缘缺陷，使得电场设计符合要求。

考虑到金属嵌件112对局部电场的畸变作用，必须进行相应的绝缘设计，可选择的，所述金属嵌件112上设置有两个凸起1121，两个所述凸起1121以所述金属嵌件112的纵向中心线为对称线对称设置，两个所述凸起1121均位于所述绝缘外壳111内，所述凸起1121可以作为内屏蔽件，两个所述凸起1121与所述金属嵌件112一体成型，这一结构形状的设计满足内屏蔽作用，有效降低了绝缘外壳111高压侧沿面的合成场强。

可选择的，所述绝缘外壳111为环氧树脂外壳，所述绝缘外壳111由掺杂氧化铝的环氧树脂材料制成，这一材料在SF₆中具有良好的绝缘性能。

可选择的，所述金属低压臂外壳31为铝制低压臂外壳；

所述金属连接件21为铝制连接件；

所述金属嵌件112为铝制嵌件。

可选择的，所述导杆23为铜制导杆，所述导杆23的直径为10mm-100mm，能够尽量降低引线电感，提高测量的上限频率。

可选择的，所述出线套管22由聚四氟乙烯材料制成，使得所述出线套管22具有良好的电气绝缘性能。

参见图5和图6，使用时，金属嵌件112与GIS母线4连接，金属连接件21与GIS金属外壳5位于同一水平面，这保证了高压电容单元12的电场分布与GIS内部的电场分布相近，也即保证了绝缘强度。若金属连接件21高于GIS金属外壳5，则缩短了高压电容单元12的绝缘距离，若金属连接件21低于GIS金属外壳5，则高压电容单元12与GIS金属外壳5同水平面处会与GIS金属外壳5产生电势差，使得绝缘外壳111存在较强的法相分量，不利于绝缘。

金属低压臂外壳31位于GIS金属外壳5上预留孔内，低于GIS金属外壳5水平面，此时GIS金属外壳5对金属低压臂外壳31具有很好的屏蔽作用，此处的电场极低，进一步降低了电磁信号对低压臂组件3的影响。

本申请提供了一种用于GIS的内接触式电容分压器，包括：高压臂组件1、金属连接组件2和低压臂组件3，其中，所述高压臂组件1与所述低压臂组件3通过所述金属连接组件2连接，结构简单紧凑。所述金属连接组件2与所述高压臂组件1活动连接；所述高压臂组件1包括支柱绝缘子外壳11和高压电容单元12，所述支柱绝缘子外壳11能够保证GIS的绝缘要求，所述支柱绝缘子外壳11的形状与支柱绝缘子相匹配，通过绝缘结构的设计，满足在GIS内接触式布置的绝缘要求，具有优于非接触式电容分压器的测量精度与稳定性。所述高压电容单元12的金属嵌件112上设置有凸起1121，所述凸起1121作为内屏蔽件，有效降低了绝缘外壳111高压侧沿面的合成场强，解决了接触式电容分压器在GIS内部会畸变电场的问题。所述低压臂组件3包括金属低压臂外壳31和低压臂单元32，所述低压臂单元32设置于所述金属低压臂外壳31内，所述低压臂32包括阻抗变换器37，所述阻抗变换器37拓展了电容分压器的下限频率，使具有宽频带测量范围，可以测量雷电冲击、操作冲击及工频电压等多种电压形式。本申请提供的用于GIS的内接触式电容分压器，与现有的电容分压器相比，具有结构精简、测量精度高、稳定性好、测量频带宽的优点。

以上仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于GIS的内接触式电容分压器，其特征在于，所述用于GIS的内接触式电容分压器包括高压臂组件(1)、金属连接组件(2)和低压臂组件(3)，其中：

所述高压臂组件(1)与所述低压臂组件(3)通过所述金属连接组件(2)连接；

所述金属连接组件(2)与所述高压臂组件(1)活动连接；

所述高压臂组件(1)包括支柱绝缘子外壳(11)和高压电容单元(12)，所述高压电容单元(12)设置于所述支柱绝缘子外壳(11)内；

所述支柱绝缘子外壳(11)的形状与支柱绝缘子相匹配；

所述高压电容单元(12)与所述金属连接组件(2)连接；

所述低压臂组件(3)包括金属低压臂外壳(31)和低压臂单元(32)，所述低压臂单元(32)设置于所述金属低压臂外壳(31)内；

所述金属低压臂外壳(31)与所述金属连接组件(2)连接；

所述低压臂单元(32)与所述金属连接组件(2)连接。

2.如权利要求1所述的用于GIS的内接触式电容分压器，其特征在于，所述支柱绝缘子外壳(11)包括绝缘外壳(111)和金属嵌件(112)，其中：

所述绝缘外壳(111)的内部设置有变压器油腔(113)；

所述高压电容单元(12)设置于所述变压器油腔(113)内；

所述绝缘外壳(111)的上平面设置有金属嵌件安装通槽(114)，所述金属嵌件安装通槽(114)与所述变压器油腔(113)相通；

所述绝缘外壳(111)的下平面设置有金属连接件安装通槽(115)，所述金属连接件安装通槽(115)与所述变压器油腔(113)相通；

所述金属嵌件(112)的中部设置于所述金属嵌件安装通槽(114)内，所述金属嵌件(112)与所述绝缘外壳(111)一体成型；

所述金属嵌件(112)的上端穿过所述金属嵌件安装通槽(114)，所述金属嵌件(112)的底端穿过所述金属嵌件安装通槽(114)后与所述高压电容单元(12)连接。

3.如权利要求2所述的用于GIS的内接触式电容分压器，其特征在于，所述低压臂单元(32)包括低压臂电容安装件(30)、阻抗变换器(37)和电缆接头(33)，其中：

所述低压臂电容安装件(30)上对称设置有低压臂电容(34)，所述低压臂电容(34)以所述低压臂电容安装件(30)的纵向中心线为对称线对称设置；

所述金属低压臂外壳(31)内设置有气体腔(35)，所述低压臂电容安装件(30)、所述低压臂电容(34)、所述阻抗变换器(37)均设置于所述气体腔(35)内；

所述电缆接头(33)设置于所述金属低压臂外壳(31)的下平面；

所述金属低压臂外壳(31)的上平面设置有连接通槽(36)，所述连接通槽(36)与所述气体腔(35)相通；

所述金属连接组件(2)设置于所述金属连接件安装通槽(115)和所述连接通槽(36)内；

所述低压臂电容安装件(30)、所述阻抗变换器(37)和所述电缆接头(33)通过所述金属连接组件(2)连接。

4.如权利要求3所述的用于GIS的内接触式电容分压器，其特征在于，所述高压电容单元(12)包括金属螺杆(121)和至少三个高压电容器(122)，其中：

所述至少三个高压电容器(122)串联设置于所述金属螺杆(121)上；

所述金属螺杆(121)的顶端与所述金属嵌件(112)的底端连接；

所述金属螺杆(121)的底端与所述金属连接组件(2)连接。

5.如权利要求4所述的用于GIS的内接触式电容分压器，其特征在于，所述金属连接组件(2)包括金属连接件(21)、出线套管(22)、导杆(23)，其中：

所述金属连接件(21)活动设置于所述金属连接件安装通槽(115)内；

所述出线套管(22)插装于所述金属连接件(21)内；

所述出线套管(22)的下部嵌入至所述连接通槽(36)内；

所述导杆(23)的顶端与所述金属螺杆(121)的底端连接；

所述导杆(23)的底端依次穿过所述出线套管(22)、所述低压臂电容安装件(30)、所述阻抗变换器(37)后与所述电缆接头(33)连接；

所述金属连接件(21)、所述出线套管(22)和所述导杆(23)的纵向中心线重合。

6.如权利要求2所述的用于GIS的内接触式电容分压器，其特征在于，所述金属嵌件(112)上设置有两个凸起(1121)，两个所述凸起(1121)以所述金属嵌件(112)的纵向中心线为对称线对称设置；

两个所述凸起(1121)均位于所述绝缘外壳(111)内；

两个所述凸起(1121)与所述金属嵌件(112)一体成型。

7.如权利要求2所述的用于GIS的内接触式电容分压器，其特征在于，所述绝缘外壳(111)为环氧树脂外壳，所述绝缘外壳(111)由掺杂氧化铝的环氧树脂材料制成。

8.如权利要求5所述的用于GIS的内接触式电容分压器，其特征在于，所述金属低压臂外壳(31)为铝制低压臂外壳；

所述金属连接件(21)为铝制连接件；

所述金属嵌件(112)为铝制嵌件。

9.如权利要求5所述的用于GIS的内接触式电容分压器，其特征在于，所述导杆(23)为铜制导杆，所述导杆(23)的直径为10mm-100mm。

10.如权利要求5所述的用于GIS的内接触式电容分压器，其特征在于，所述出线套管(22)由聚四氟乙烯材料制成。