CN109188042A - 一种配电一二次融合用三相薄膜电容分压式电压传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电一二次融合用三相薄膜电容分压式电压传感器，属于配网自动化采样控制领域，四个所述薄膜电容固定在环氧外壳内，所述环氧外壳上端设有高压接线端，所述环氧外壳腔体内注有环氧树脂，所述相序高压臂电容、相序低压臂电容、零序高压臂电容、零序低压臂电容组成电压传感器，三个所述电压传感器固定在不锈钢底座上，所述电压传感器上设有补偿电容，所述电压传感器内设有补偿电阻，所述电压传感器的信号通过五芯双屏蔽线引出，所述不锈钢底座的空腔内注有环氧树脂。本发明有效测量范围宽，克服了传统电磁式取样装置的频带窄、响应慢等缺点，也克服了纯电阻式带负载能力差，运行发热，传输线缆长度不可裁剪的缺点。

Description

一种配电一二次融合用三相薄膜电容分压式电压传感器

技术领域

本发明涉及配网自动化采样控制领域，尤其涉及一种配电一二次融合用三相薄膜电容分压式电压传感器。

背景技术

为适应国家电网线损精细化管理的要求，实现配电网分线线损计量，需要对一次设备电流电压传感器提出新的要求，以满足计量精度的要求。随着电子技术的飞速发展，微机型继电保护装置逐步占据了主导地位，在继电保护和测量中，控制部分的能量流和信息流分离，因而监测设备不再需要高功率输出的互感器采样。同时由于电力工业的快速发展、电网情况也更加复杂，提高功率因数，改善电网质量的智能电流电压互感器被广泛应用。由于ZW20柱上开关的特殊性，因此，开发一种为配电终端FTU/DTU提供电压采集信号，具有电压测量 (保护)、零序信号的三相电压传感器迫在眉睫，特设计了一种配电一二次融合用三相薄膜电容分压式电压传感器。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种配电一二次融合用三相薄膜电容分压式电压传感器。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种配电一二次融合用三相薄膜电容分压式电压传感器，包括相序高压臂电容、相序低压臂电容、零序高压臂电容、零序低压臂电容，四个所述薄膜电容固定在环氧外壳内，所述环氧外壳上端设有高压接线端，所述环氧外壳腔体内注有环氧树脂，所述相序高压臂电容、相序低压臂电容、零序高压臂电容、零序低压臂电容组成电压传感器，三个所述电压传感器固定在不锈钢底座上，所述电压传感器上设有补偿电容，所述电压传感器内设有补偿电阻，所述电压传感器的信号通过五芯双屏蔽线引出，所述不锈钢底座的空腔内注有环氧树脂。

进一步的，所述电压传感器配置有A相、B相、C相、及零序电压电路，所述A相、B相、C相中的任意一相设有相序高压臂电容、零序高压臂电容、相序低压臂电容和零序低压臂电容，每相中的电压回路各自独立。

进一步的，零序电压回路由A相、B相、C相中的三个零序用高压臂电容低压端相连后与A相零序低压臂电容串联而成。

进一步的，三个所述固定在不锈钢底座上的电压传感器的零序高压臂电容容值两两误差在2pF以内。

进一步的，所述相序高压臂电容、零序高压臂电容、相序低压臂电容、零序低压臂电容及补偿电容均采用聚丙烯薄膜电容。

进一步的，所述调节电阻采用低温飘无感金属膜电阻器。

进一步的，所述环氧外壳顶部内嵌一个铜嵌件，所述铜嵌件上有作为高压引线接线用的螺纹孔。

进一步的，所述电压传感器的环氧外壳内顶部设有屏蔽罩。

本发明重量轻、体积小、安装节省空间，可以在ZW20型柱上开关内部安装，减少现场接线，结构简洁，性能优越。是对现有技术中纯电阻分压模式的传感器的彻底改变。通过自行设计开发专门为一二次融合用传感器使用的薄膜电容分压器，其结构简单，成本低廉。本发明是一种低压、新型测量、保护用电压传感器，适用于户外ZW20 型柱上开关配套使用。该传感器功能强大，小信号输出无须二次转换，可直接通过A/D转换接入二次设备，符合“电网电气设备的控制和保护及状态检修、电能计量、电能质量测量”等电力工业领域“数字化、智能化、网络化”发展的需要。有效测量范围宽，克服了传统电磁式取样装置的频带窄、响应慢等缺点，也克服了纯电阻式带负载能力差，运行发热，传输线缆长度不可裁剪的缺点。小电压信号取样从根本上消除了电力系统运行中的重大故障隐患，最大程度地保障了人员和设备的安全。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的剖视图；

图3是图1的俯视图的剖视图；

图4是本发明薄膜电容分压器内部总接线示意图，注：B,C相的零序低压臂电容为备用。

图中：1、高压接线端，2、环氧外壳，3、不锈钢底座，4、五芯双屏蔽线，5、相序高压臂电容，6、相序低压臂电容，7、零序高压臂电容，8、零序低压臂电容。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1-4，一种配电一二次融合用三相薄膜电容分压式电压传感器，包括相序高压臂电容5(C1)、零序高压臂电容7(C1L)、相序低压臂电容6(C2)、零序低压臂电容8(C3)、相位调节电阻(r)、补偿电容(Cx)，此传感器配置有A相、B相、C相、及零序电压电路。每相电路配置一组相序高压臂电容5、零序高压臂电容7(C1L) 容值为600pF，一组相序低压臂电容6(C2)容值为1.6μF,一组零序低压臂电容8(C3)容值为1.83μF,在一次高电压(U)的作用下取得相序二次输出电压(ua,ub,uc)和零序二次输出电压(u0)。每相相序电压回路都各自独立。零序电压回路由三个零序用高压臂电容 7(C1L)低压端相连后与A相零序低压臂电容8(C3)串联而成。为了保证零序二次电压(u0)的输出准确度，三相零序用高压臂电容 (C1L)容值两两误差应选择在±2pF内，二次电压精度幅值微调通过补偿电容器(Cx)实现，二次电压精度相位角微调通过补偿电阻(r) 实现。相序高压臂电容5(C1)、零序高压臂电容7(C1L)，相序低压臂电容6(C2)，零序低压臂电容8(C3)及补偿电容(Cx)均采用聚丙烯薄膜电容，材料和工艺均保持一致，相位调节电阻(r)取 (333KΩ,0.75W)低温飘无感金属膜电阻器，使得电容分压器在(-40℃～+70℃)下分压变比保持不变。相序高压臂电容5(C1)、零序高压臂电容7(C1L)、相序低压臂电容6(C2)、零序低压臂电容8(C3) 通过常温环氧浇注于环氧外壳2之中，环氧外壳2顶部内嵌一个铜嵌件，铜嵌件上有一个M8*1.5深14mm的螺纹孔，作为高压引线接线用。电压传感器内顶部有屏蔽罩，既起到屏蔽杂散电容，也起到均匀电场作用。传感器下方通过不锈钢底座3将三相传感器信号引线汇集，相位调节电阻(r)、补偿电容(Cx)置于不锈钢底座3内。将传感器信号通过五芯双屏蔽线4从出线孔引出至FTU。不锈钢底座3上有两个直径11mm的通孔，用于固定传感器用，电压传感器的信号末端也通过孔上的螺杆接地，所述环氧外壳2上端设有高压接线端1。

所述的电压传感器分压模式为薄膜电容分压式。

所述的A相、B相、C相电路中的补偿电容均采用相同的薄膜材料，具有温度变化的抵偿性，相位调节电阻温漂系数小。产品整体在户外—40℃至+70℃工作时，误差范围满足0.5(3P)级需求，抗干扰能力强。

所述的补偿电容采用聚丙烯材料为基膜，镀锌铝合金材料为电容极板。电容性能稳定，浇注后绝缘强度满足10kV配电网需求。回路电流设计较大，抗干扰能力强。电压信号输出在整个测量范围内呈线性，保证相序与零序电压小信号分开输出，互不干扰，互不影响。

所述每个相序信号采用相同材料和工艺的薄膜电容进行幅值差微调节，对产品内部的分散电容进行调节，使产品相位差满足精度要求。

所述电压传感器由于采用电容分压，二次输出阻抗为2KΩ,使得电压传感器带负载能力很强，一百米以内的屏蔽传输线对精度的影响可以控制在误差范围内。

本发明所述的电压传感器高压臂薄膜电容采用容值为6OOpF的聚丙烯电容。相序低压臂薄膜电容容值为1.83μF,在额定运行电压下取得的分压比为零序低压臂薄膜电容容值为1.6μF,在额定运行电压下取得的分压比为相位调节电阻取(333KΩ,0.75W)低温飘无感金属膜电阻器，补偿电容Cx为0.047μF(473)～0.1μF(104)。测的输出小电压信号Ua为测的小电压信号uo为6.5/3V。

本发明每相为一个相序高压臂电容5(C1)、一个零序高压臂电容7(C1L)、一个相序低压臂电容6(C2)、一个零序低压臂电容8 (C3)。第一步先将四只电容器按原理图接线后固定于环氧外壳2内，环氧外壳2腔体内注入环氧树脂固化。第二步选取零序高压臂电容7(C1)容值相同的四只传感器组成一组与不锈钢底座3用螺丝链接固定，并按图3进行电气连接。测试电压传感器信号输出精度，精度误差可通过补偿电容Cx进行微调,相位误差可通过补偿电阻r进行微调。第三步将传感器信号与五芯双屏蔽线4连接引出。第四步将不锈钢底座3空腔内浇注环氧树脂。本发明输出信号线为五芯双屏蔽线4，五芯的标志为：Ua+,Ub+,Uc+,U0+,N，不锈钢底座3整体屏蔽层接地。

本发明通过薄膜电容分压器，具备了三相电压测量(保护)、零序的信号输出功能。应用于配电设备一二次融合ZW20型柱上开关。

整个产品内部零部件有序排列，避开电磁场干扰，同时输出四路电压小信号，互不干扰。功能与三台相序电压互感器加三台零序电压互感器相同，且体积更小，安装更方便，性能更优越。

本发明达到如下使用性能：

1.环境温度：-40℃∽+70℃。

2.相电压测量用精度等级：0.5级。

3.相电压保护用精度等级：3P级。

4.电压传感器允许在1.2倍的额定电压下长期运行。

5.安装使用：ZW20型柱上开关内安装。

本发明通过高精度薄膜电容分压器采样，可以测的电压的零序、测量(保护)，环氧树脂真空密封注胶，固体绝缘。二次接线通过开关机构二十六芯航空插头与外部联接，输出信号可以并接100米以内任意长度屏蔽电缆而末端精度不变，便于安装，减少现场接线，节省空间，维护方便。产品输出为小电压信号，不会伤害被控设备，可直接与仪表、继电保护装置等二次综合自动化设备接口，从而实现配电一二次融合的电压测量(保护)、零序的功能。功能齐全，安装使用简单方便，运行降低能耗，无需设备维护。此原理电压传感器通过改变外形结构，也可以在ZW32和ZW28型柱上开关上使用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种配电一二次融合用三相薄膜电容分压式电压传感器，其特征在于，包括相序高压臂电容、相序低压臂电容、零序高压臂电容、零序低压臂电容，四个所述薄膜电容固定在环氧外壳内，所述环氧外壳上端设有高压接线端，所述环氧外壳腔体内注有环氧树脂，所述相序高压臂电容、相序低压臂电容、零序高压臂电容、零序低压臂电容组成电压传感器，三个所述电压传感器固定在不锈钢底座上，所述电压传感器上设有补偿电容，所述电压传感器内设有补偿电阻，所述电压传感器的信号通过五芯双屏蔽线引出，所述不锈钢底座的空腔内注有环氧树脂。

2.根据权利要求1所述的一种配电一二次融合用三相薄膜电容分压式电压传感器，其特征在于，所述电压传感器配置有A相、B相、C相、及零序电压电路，所述A相、B相、C相中的任意一相设有相序高压臂电容、零序高压臂电容、相序低压臂电容和零序低压臂电容，每相中的电压回路各自独立。

3.根据权利要求2所述的一种配电一二次融合用三相薄膜电容分压式电压传感器，其特征在于，零序电压回路由A相、B相、C相中的三个零序用高压臂电容低压端相连后与A相零序低压臂电容串联而成。

4.根据权利要求1所述的一种配电一二次融合用三相薄膜电容分压式电压传感器，其特征在于，三个所述固定在不锈钢底座上的电压传感器的零序高压臂电容容值两两误差在2pF以内。

5.根据权利要求2所述的一种配电一二次融合用三相薄膜电容分压式电压传感器，其特征在于，所述相序高压臂电容、零序高压臂电容、相序低压臂电容、零序低压臂电容及补偿电容均采用聚丙烯薄膜电容。

6.根据权利要求1所述的一种配电一二次融合用三相薄膜电容分压式电压传感器，其特征在于，所述调节电阻采用低温飘无感金属膜电阻器。

7.根据权利要求1所述的一种配电一二次融合用三相薄膜电容分压式电压传感器，其特征在于，所述环氧外壳顶部内嵌一个铜嵌件，所述铜嵌件上有作为高压引线接线用的螺纹孔。

8.根据权利要求1所述的一种配电一二次融合用三相薄膜电容分压式电压传感器，其特征在于，所述电压传感器的环氧外壳内顶部设有屏蔽罩。