CN109188057A - 一种相序零序一体化电压传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种相序零序一体化电压传感器，属于高压电压测量技术领域。包括三个高压臂电容、三个低压臂电容、以及三个均带有一个原边和两个副边的变压器；各器件的连接关系为：三相电压各自经过一个所述高压臂电容与一个所述低压臂电容串联后接地；各变压器的原边分别连接在一个所述低压臂电容两端，各变压器的第一副边开路作为相序电压信号输出绕组，各变压器的第二副边按ABC相序顺序依次两两异名端首尾相连后形成开口三角形，作为零序电压输出绕组。本发明解决了共用一组ABC三相高压臂电容元件分压同时得到3个相序电压信号和1个零序电压信号输出，以及信号用变压器隔离既保证信号精度又能实现对二次设备的电气保护。
Description
技术领域
本发明涉及一种相序零序一体化电压传感器，属于高压电压测量技术领域。
背景技术
配电终端需要精确的一次侧电压测量信号进行线路故障的判定，进而实现开关的开断控制及配电自动化。中性点不接地的配电网系统中，零序电压信号被用作线路接地故障方向的判定，如电源侧或负荷侧，若能同时获取相序电压信号可实现故障选相，为故障判定提供更进一步的依据，进而减少线路运维的难度，提高供电可靠性。
传统电磁式互感器通过共用一个三相五柱式铁芯，然后分别绕制三相相序和零序电压的测量绕组，进而实现相序零序电压的同时测量，但由于体积庞大、绝缘工艺复杂使得该类产品造价高、合格率低，与此同时，该技术方案还存在传统电磁式电压互感器容易发生铁磁谐振导致设备损毁的风险，以及线路大面积安装采用电磁式电压互感器容易增加感性无功损耗，导致电能质量下降以及产生更大的线损的技术缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的不足之处，提供一种相序零序一体化电压传感器，该电压传感器可同时高精度输出相序和零序电压信号，并有效对二次侧电路进行电气绝缘隔离，从而保护二次侧设备及开关本体操作电源免受故障残存高压的损毁。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种相序零序一体化电压传感器，其特征在于，包括三个高压臂电容、三个低压臂电容、以及三个均带有一个原边和两个副边的变压器；各器件的连接关系为：三相电压各自经过一个所述高压臂电容与一个所述低压臂电容串联后接地；各变压器的原边分别连接在一个所述低压臂电容两端，各变压器的第一副边开路作为相序电压信号输出绕组，各变压器的第二副边按A、B、C相序顺序依次两两异名端首尾相连后形成开口三角形，作为零序电压输出绕组。
本发明的特点及有益效果在于：
本发明基于高压电容一次分压、以及低压电容与变压器二次再分压的原理实现同时输出相序零序电压信号，实现的相序零序一体化电压互感器可实现一次侧击穿绝缘失效下，一次侧与二次侧之间的电气绝缘隔离，有效保护二次设备及开关本体操作电源免受故障残存高压的损毁。
(1)相序和零序电压分压共用一组高压臂电容
ABC三相回路各经过一支高压臂电容与各相的二次串联分压电容形成分压关系，从二次分压电容端输出的信号再经共用一个原边的两个副边输出的变压器，形成两路信号输出，其中一路信号直接用作相序电压，另一个被接成开口三角形后用作零序电压输出，该方式比传统仅用二次电容串联分压同时获取相序和零序电压信号的方式，节省了ABC三相一组高压臂电容，进而直接减少了多用一组高压臂电容多出的3个高压设备接地点，以及直接降低了由此带来的击穿后的接地风险，间接地提高了供电可靠性。
(2)信号隔离变压器实现对二次设备的电气保护
当ABC三相任意一相电容分压器被击穿后，随即形成了线路接地，此时接地点残余电压大约还有一千伏以上，此时若原有的信号回路不经绝缘隔离，残余高压直接从信号回路进入，直接将二次设备以及从二次设备内取电的开关本体内操作电源将被残余高压损毁，直至将全部开关设备彻底损毁。基于此风险，通过变压器隔离的信号通道，由于变压器本身绝缘高于故障残余电压水平，本身不会被击穿损毁，同时变压器采用大变比降压隔离，当故障残余电压施加至变压器原边时，副边输出的电压也不会超过二次设备的耐压水平，由此该变压器起到了运行工作时不影响信号精度，一次击穿故障时又能自身绝缘水平高不被损毁，且能大变比降压保护二次设备不受残余高压损毁的多重作用。
(3)同时输出相序零序电压信号
本发明利用一组元件可同时输出相序零序电压信号，可降低成本，技术经济性好；还可为开发功能更加强大的馈线保护提供数据支撑，即在原有接地故障方向判定的基础上，增加接地故障选相判定。
附图说明
图1为本发明实施例的一种相序零序一体化电压传感器的电气原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明的相序零序一体化电压传感器包括三个高压臂电容1、三个低压臂电容2、三个带有一个原边(为输入端)和两个副边(为输出端)的变压器3；各器件的连接关系为：A、B、C三相电压各自经过一个高压臂电容1分别与一个低压臂电容2串联后接地，高压臂电容与低压臂电容形成串联分压关系；各变压器3的原边分别连接在一个低压臂电容2两端，各变压器3的第一副边开路作为相序电压信号输出绕组4，各变压器3的第二副边按A、B、C相序顺序依次两两异名端首尾相连后形成开口三角形，作为零序电压输出绕组5。
本发明实施例中各组成器件均为本技术领域的常规产品。其中，参与二次分压的变压器为降压变压器，其降压变比为8:1或以上，以此实现对故障残余高压的大变比降压，进而实现对后端电路及电气设备的保护。
本实施例的工作原理如下：运行使用时，在三个高压臂电容C1上施加工作电压，便可在三个带有一个原边和两个副边的变压器3中各自的第一副边开路输出相序电压信号，第二副边接成开口三角形用于输出零序电压信号，即通过高压臂电容实现一次分压后，低压臂电容与变压器再共同实现二次分压，进而同时测得二次设备用相序与零序电压信号。与此同时，三个参与二次分压的变压器3为降压变压器，其降压变比为8:1或以上，具有耐受故障残余高压的绝缘能力，以保证在故障发生时自身不被故障残余高压击穿。三个变压器3通过一二次绕组间的绝缘隔离形成了电气绝缘隔离，又通过三个变压器3的大变比(一般大于8:1)降压关系形成了故障残余高压的降压保护，进而实现对后端电路及电气设备的保护。
本实施例有效性验证：
按照上述连接关系得到一个额定工作电压额定相序输出额定零序输出6.5/3的相序零序一体化电压传感器，该电压传感器的三个高压臂电容1采用低温漂、低损耗的高压陶瓷电容(此外，还可选择高压薄膜电容或其他高压电容)，电容值C1为240pF，三个低压臂电容2同样采用低温漂、低损耗的低压陶瓷电容(此外，还可选择低压薄膜电容或其他低压电容)，电容值C2为73.6nF，三个带有一个原边和两个副边的变压器3采用低损耗、高磁导率的合金磁芯绕制，原边与两个副边的匝比均设定为2000：200，一二次绕组间采用耐高压的聚酯膜包绕隔离，设计耐压水平2000V。从三个高压臂电容1上分别加入ABC三相工作电压用于相序电压信号输出4的ABC三相每相输出电压分别为1.87615V、1.87611V、1.87620V(图1中Ua+、Ua-、Ub+、Ub-、Uc+、Uc-分别代表相应相相序电压正极、负极信号输出端)，用于零序电压输出绕组5的输出电压为2.16535V(图1中U0+、U0-分别代表零序正极、负极信号输出端)，信号精度达到0.2％。
综上，本发明的一种相序零序一体化电压传感器，解决了共用一组ABC三相高压臂电容元件分压同时得到三个相序电压信号和一个零序电压信号输出，以及信号用变压器隔离既保证信号精度又能实现对二次设备的电气保护。同时，该电压传感器适用于配电设备一二次融合中，以及同时具备故障选向和选相功能的新一代馈线保护中。本电压传感器的技术经济性好，性能优异，可为配电设备一二次融合提供深度融合的技术支撑，同时也可为性能和功能更为强大的馈线自动化保护以及线损计量提供优质数据支撑，因此，该种电压互感器具有良好的应用前景。
Claims (2)
1.一种相序零序一体化电压传感器，其特征在于，包括三个高压臂电容、三个低压臂电容、以及三个均带有一个原边和两个副边的变压器；各器件的连接关系为：三相电压各自经过一个所述高压臂电容与一个所述低压臂电容串联后接地；各变压器的原边分别连接在一个所述低压臂电容两端，各变压器的第一副边开路作为相序电压信号输出绕组，各变压器的第二副边按A、B、C相序顺序依次两两异名端首尾相连后形成开口三角形，作为零序电压输出绕组。
2.如权利要求1所述的相序零序一体化电压传感器，其特征在于，所述高压臂电容选用高压陶瓷电容或高压薄膜电容；所述低压臂电容选用低压陶瓷电容或低压薄膜电容。
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