CN109239639B - 一种高准确度的600kV宽频标准分压器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高准确度的600kV宽频标准分压器及其使用方法，用于分压器的校验工作，涉及分压器校验领域。所述宽频标准分压器包括顶盖、外筒、SF₆气体、底座、分压电容、智能跟踪式电流电压转换单元、智能采样单元以及上位机，所述分压电容包括串联连接的上桥臂电容和下桥臂电容，上桥臂电容和下桥臂电容构成分压回路，所述分压电容中的上桥臂电容安装于外筒中，下桥臂电容和智能跟踪式电流电压转换单元安装于底座中，外筒两端分别与顶盖和底座连接，外筒内充满SF₆气体。本发明以一种全新的方式提高了宽频标准分压器的准确度，实现了宽频标准分压器的设计。

Description

一种高准确度的600kV宽频标准分压器及其使用方法

技术领域

本发明涉及宽频分压器检验技术领域，具体是一种高准确度的600kV宽频标准分压器及其使用方法。

背景技术

交流耐压试验是电气设备绝缘考核的重要试验项目，受耐压试验装置输出电压和容量所限，一般采用谐振耐压的方式实现。对谐振耐压试验装置的分压器进行准确度检验，是确保电气试验绝缘考核公正、有效的关键环节。对谐振耐压试验装置的分压器进行检验，主要采用宽频标准分压器实现。现有500kV及以下电压等级的变频谐振装置的输出电压为0～600kV，频率范围一般为30Hz～300Hz，准确度等级一般为1级、1.5级。要满足其检验要求，需要额定电压为600kV、频率范围为30Hz～300Hz，准确度为0.2级的宽频标准分压器。

但分压器受分压主体(电容)的结构所限，其准确度和稳定性易受频率、温度等因素的影响，尤其是宽频标准分压器用于现场检验时，由于现场电源频率、环境因素与实验室不一致，且标准分压器经历了长途运输和移动，现场检验前应对其测量性能进行校准(或核查)。

目前，对600kV高电压下，宽频域范围内分压器的在现场的准确度研究较少。CN105092927A中公布了一种自校准高精度交直流分压器，对分压器内部的温度进行实时监测，通过修正标准温度系数曲线，提高了分压器的精度(准确度)。但该项发明中未提及如何在较宽的频率范围内，保证标准分压器的准确度；也未提供标准分压器现场检验时对其测量性能进行校准(或核查)的有效方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是目前无法在30Hz～300Hz较宽频率范围内保证标准分压器的准确度的难题，提供一种高准确度的600kV宽频标准分压器及其使用方法，可以提高高准确度的600kV宽频标准分压器的准确度，其通过在分压器低压端设计一个智能跟踪式电流电压转换单元，获得宽频分压器的电压测量误差随频率变化的频率特性曲线，实现分压器在不同频率下的自校准，确保在不同频率下标准分压器的准确度均能控制在0.2级以内，为变频谐振(串联谐振和并联谐振)耐压试验装置的现场检验提供标准宽频分压器。

本发明采用如下技术方案实现：

一种高准确度的600kV宽频标准分压器，包括顶盖、外筒、SF₆气体、底座、分压电容、智能跟踪式电流电压转换单元、智能采样单元以及上位机，所述分压电容包括串联连接的上桥臂电容和下桥臂电容，上桥臂电容和下桥臂电容构成分压回路，所述分压电容中的上桥臂电容安装于外筒中，下桥臂电容和智能跟踪式电流电压转换单元安装于底座中，外筒两端分别与顶盖和底座连接，外筒内充满SF₆气体；

所述智能跟踪式电流电压转换单元包括旁路开关、高精度电流互感器、I/V电阻，高精度电流互感器包括一次绕组、二次绕组、铁芯，一次绕组与下桥臂电容串联，I/V电阻与二次绕组并联，所述旁路开关与一次绕组并联；

所述智能采样单元包括第一选择开关、第二选择开关、采样仪，所述第一选择开关与下桥臂电容并联后与采样仪表的信号输入端连接；所述第二选择开关与I/V电阻并联后与采样仪表的信号输入端连接；

所述智能采样单元的输出端与上位机连接。

进一步的，SF₆气体的压强为0.2Mpa。

一种如上所述的高准确度的600kV宽频标准分压器的使用方法，在使用前首先经过法定计量机构的量值溯源，只有经过合法量值溯源的宽频分压器，才能作为测量标准开展变频谐振试验装置的现场校准工作，在量值溯源中，使用智能跟踪式电流电压转换单元，获得并在上位机中的自动跟踪软件中记录宽频标准分压器在30Hz～300Hz范围内，其电压测量误差随频率变化的频率特性曲线。具体步骤如下：

在用于变频谐振装置的现场检验时，首先用“自校准模式”进行自校准，然后用“现场测量模式”对变频谐振装置进行现场检验，即采用自校准和现场测量双工作模式。

自校准过程的具体实现为：

(1)、闭合旁路开关，智能跟踪式电流电压转换单元接入分压回路中；

(2)、将工频标准互感器与标准分压器并联，闭合第二选择开关，工频标准互感器的低压端和标准分压器的低压端测量信号分别接入智能采样单元；

(3)、用USB线将智能采样单元与上位机连接；

(4)、调节试验回路中的电源，产生工频试验电压，智能采样单元分别记录标准互感器的电压和分压器的电压，并上传至上位机中；

(5)、上位机中的自动跟踪软件将获取的标准互感器的电压作为标准信号，与宽频分压器的电压进行对比，对宽频分压器的在工频下的测量电压进行修正；

(6)、上位机中的自动跟踪软件，利用量值溯源中得到的宽频标准分压器的频率特性曲线，自动完成在30Hz～300Hz范围内试验电压的自校准；

然后，再用“现场测量模式”对变频谐振装置进行现场检验，其具体实现为：

(1)、将宽频标准分压器接入被校变频谐振装置的试验回路中。

(2)、将宽频标准分压器的电压和频率作为检验标准信号，与被校变频谐振装置上显示的电压和频率进行对比，完成对变频谐振装置电压准确度的现场检验。

进一步的，上位机中安装有自动跟踪软件，其用于执行数据采集与录入、数据分析与文件配置、自动跟踪补偿三个功能，具体如下：在自校准过程中，首先通过智能采样单元将采集的电压、频率与误差数据录入数据库；再将采集的数据进行分析，在量值溯源中得到的宽频标准分压器的频率特性曲线的基础上，计算各频率和各电压点的误差修正系数矩阵，并保存至配置文件中；以上两步完成后，自动跟踪软件的数据库即建立完毕，自校准过程完成，可开始对变频谐振耐压试验装置进行现场检验；现场检验时，通过智能采样单元，将采样仪表采集的采样电压以及频率发送到上位机中的自动跟踪软件，自动跟踪软件根据自校准过程中得到的误差修正系数矩阵，对试验电压进行自动修正，从而提高了宽频标准分压器现场检验变频谐振耐压试验装置时的测量准确度。

本发明所达到的有益效果：

(1)为提高宽频标准分压器在30Hz～300Hz较宽频率范围内的准确度，本发明在分压器内设计一个智能跟踪式电流电压转换单元；借助此单元，可在量值溯源中得到宽频标准分压器的频率响应曲线。

(2)为提高现场检验的准确度，本发明创造了现场检验前自校准过程。首先，获取宽频标准分压器与工频标准电压互感器试验电压的差异，在工频下进行误差修正；再根据宽频分压器的频率特性曲线，完成宽频域下的误差修正。在现场检验前先进行上述自校准过程，可保障宽频标准分压器在现场检验时的准确度和稳定性。

(3)本发明在宽频标准分压器的上位机中创造了误差自动跟踪软件，将上述频率响应曲线预置在软件中，可根据工频误差修正直接得到宽频范围内的误差修正系数矩阵，实现对检验过程中分压器的误差实时跟踪和一键修正，进一步提高了其用于变频谐振耐压试验装置现场检验时的准确性。

附图说明

图1是本发明实施例宽频标准分压器的电路结构示意图；

图2是本发明实施例宽频标准分压器的外形结构示意图；

图3是本发明实施例分压器基本原理图；

图4是本发明自动跟踪软件工作流程图：(a)数据采集与录入流程图；(b)数据分析与文件配置流程图；(c)自动跟踪补偿流程图；

附图标记：1—上桥臂电容；2—下桥臂电容；3—智能跟踪式电流电压转换单元；3-1—旁路开关；3-2—高精度电流互感器；3-3—I/V电阻；4—智能采样单元；4-1—第一选择开关1；4-2—第二选择开关2；4-3—采样仪表；5—上位机；6—顶盖；7—外筒；8—SF₆气体；9—底座。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明实施例提供一种宽频标准分压器，其总体方案如图1所示，基于上述分压器基本原理，采用分压器自校准和现场检验双工作模式技术、智能采样技术、充气式绝缘技术以及自动跟踪修正误差算法，解决了现有标准分压器难以在宽频域范围内实现高准确度设计的难题。

结合参考图1及图2，所述宽频标准分压器包括顶盖6、外筒7、SF₆气体8、底座9、分压电容、智能跟踪式电流电压转换单元3、智能采样单元4以及上位机5，所述分压电容包括串联连接的上桥臂电容1和下桥臂电容2，构成分压回路。

所述智能跟踪式电流电压转换单元3包括旁路开关3-1、高精度电流互感器3-2、I/V电阻3-3，高精度电流互感器3-2包括一次绕组、二次绕组、铁芯，一次绕组与下桥臂电容2串联，I/V电阻3-3与二次绕组并联，所述旁路开关3-1与一次绕组并联。

所述智能采样单元4包括第一选择开关4-1、第二选择开关4-2、采样仪4-3，所述第一选择开关4-1与下桥臂电容2并联后与采样仪表4-3的信号输入端连接；所述第二选择开关4-2与I/V电阻3-3并联后与采样仪表4-3的信号输入端连接。

所述智能采样单元4的输出端通过USB线与上位机5的信号口连接。

所述分压电容中的上桥臂电容1安装于外筒7中，下桥臂电容2和智能跟踪式电流电压转换单元3安装于底座9中，外筒7两端分别与顶盖6和底座9连接，外筒7内充满SF₆气体8，压强为0.2MPa。

因分压器的测量误差会随频率的变化而变化，在使用时，需对分压器进行标定和修正。本发明提供采用自动跟踪软件进行一键自动修正的方式对分压器进行标定和修正，保证在不同频率下分压器均能达到较高的准确度，实现方法如下：所述上位机5中安装有自动跟踪软件，所述自动跟踪软件基于同频下误差与电压呈线性关系原理设计，误差修正算法如下：

U_o1：电容分压器一次电压

U_s：电容分压器采样电压

D₀：标定分压比

E_all：总误差分量

因此：

U_o1＝U_s D₀(1-E_all)

E_50Hz：50Hz下标定误差

E_all0：全频误差修正值(相对50Hz频率下误差的相对误差)

E_C0：50Hz下被试电容分压器的误差值

E_all＝E_50Hz+E_all0

1、E50Hz＝k1Us+b1

依据各分压器50Hz参数确定k₁,b₁

2、全频误差修正值(多频点校正)

E_all0＝(k₂f+b₂)-E_C0

依据采集各分压器全频率参数确定k₂,b₂

通过在量值溯源中利用电流电压跟踪单元采集的不同频率和不同电压下的误差数据以及上述修正算法获得全频率范围的频率特性曲线，并录入自动跟踪软件中，建立数据库。

在使用上述宽频标准分压器进行变频谐振装置的现场检验时，首先进行自校准，然后再对变频谐振装置进行现场检验自校准过程的具体实现为：

1、闭合旁路开关3-1，智能跟踪式电流电压转换单元3接入分压回路中；

2、将工频标准互感器与标准分压器并联，闭合第二选择开关4-2，工频标准互感器的低压端和标准分压器的低压端测量信号分别接入接入智能采样单元4；

3、用USB线将智能采样单元4与上位机5连接；

4、调节试验回路中的电源，产生工频试验电压，智能采样单元分别记录标准互感器的电压和分压器的电压，并上传至上位机中；

5、上位机中的自动跟踪软件将获取的标准互感器的电压作为标准信号，与宽频分压器的电压进行对比，对宽频分压器的在工频下的测量电压；

6、上位机5中的自动跟踪软件，利用量值溯源中得到的宽频标准分压器的频率响应曲线，自动完成在30Hz～300Hz范围内试验电压的自校准；

然后，再对变频谐振装置进行现场检验，其具体实现为：

(1)、将宽频标准分压器接入被校变频谐振装置的试验回路中。

(2)、将宽频标准分压器的电压和频率作为检验标准信号，与被校变频谐振装置上显示的电压和频率进行对比，完成对变频谐振装置电压准确度的现场检验。

以下介绍自校准和现场测量双工作模式的工作原理：

电流电压跟踪单元中高精度电流互感器的变比为n₁。

一次回路电压U＝IZ

其中：

I——一次电流(A)；

Z——一次回路阻抗(Ω)。

当旁路开关3-1闭合时，分压器进入测量模式：

Z＝Z₁+Z₂上桥臂电容阻抗为下桥臂电容阻抗为/>

下桥臂电容2的两端输出电压：

U₀₁＝IZ₁

U＝nU₀₁

其中n为分压器分压比。

旁路开关3-1断开时，分压器进入自校准模式：

Z′＝Z₁+Z₂+jwL₁

其中：jwL₁——高精度电流互感器的一次绕组感抗(Ω)。

高精度电流互感器的一次电流即为分压器一次电流I，二次电流为I₁，

智能跟踪式电流电压转换单元的输出电压：U₀₂＝I₁R

自校准模式和测量模式均可实现分压测量，但两种模式的工作原理完全不同。自校准模式时通过在旁路开关3-1闭合前后给分压器输入相同的一次电压，比较上位机5显示的U是否在出厂允许误差范围内即可判断分压器是否异常。

以下介绍自动跟踪软件的工作原理：

分压器原理图如图3所示，Z₁和Z₂由阻抗和容抗组成，

分压器的工作频率f的改变将影响到分压比n的大小。

根据上述分析可知，电容分压器的准确度易受频率的影响，因此在宽频范围内很难实现较高的准确度等级。在控制成本的情况下，为制造出高准确度的电容分压器，可以考虑从软件方面着手处理。

通过大量试验数据分析，得出电容分压器在工频下误差变化基本满足线性关系；同时，对各频段各电压点进行大量试验，得出在同一频率下，随着电压变化，误差基本满足线性关系。基于上述误差特性原理，提出一种误差修正算法，通过在量值溯源过程中采集不同频率和不同电压下的误差数据(即频率特性曲线)，基于上述修正算法获得全频率范围的频率特性曲线，并录入自动跟踪软件中，建立数据库。

自动跟踪软件包括数据采集与录入、数据分析与文件配置、自动跟踪补偿三个功能。在自校准过程中，首先通过智能采样单元4将采集的数据(电压、频率与误差)录入数据库，流程图如图4(a)所示；再将采集的数据进行分析，在量值溯源中得到的宽频标准分压器的频率特性曲线的基础上，计算各频率和各电压点的误差修正系数矩阵，并保存至配置文件中，流程图如图4(b)；以上两步完成后，自动跟踪软件的数据库即建立完毕，自校准过程完成，可开始对变频谐振耐压试验装置进行现场检验。现场检验时，通过如图1所示的智能采样单元4，将采样仪表4-3采集的采样电压以及频率发送到上位机5中的自动跟踪软件，自动跟踪软件根据自校准过程中得到的误差修正系数矩阵，对试验电压进行自动修正进行修正，从而提高了宽频标准分压器现场检验变频谐振耐压试验装置时的测量准确度，流程图如图4(c)所示。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高准确度的600kV宽频标准分压器，其特征在于：包括顶盖、外筒、SF₆气体、底座、分压电容、智能跟踪式电流电压转换单元、智能采样单元以及上位机，所述分压电容包括串联连接的上桥臂电容和下桥臂电容，上桥臂电容和下桥臂电容构成分压回路，所述分压电容中的上桥臂电容安装于外筒中，下桥臂电容和智能跟踪式电流电压转换单元安装于底座中，外筒两端分别与顶盖和底座连接，外筒内充满SF₆气体；

所述智能跟踪式电流电压转换单元包括旁路开关、高精度电流互感器、I/V电阻，高精度电流互感器包括一次绕组、二次绕组、铁芯，一次绕组与下桥臂电容串联，I/V电阻与二次绕组并联，所述旁路开关与一次绕组并联；

所述智能采样单元包括第一选择开关、第二选择开关、采样仪，所述第一选择开关与下桥臂电容并联后与采样仪表的信号输入端连接；所述第二选择开关与I/V电阻并联后与采样仪表的信号输入端连接；

所述智能采样单元的输出端与上位机通过USB线连接。

2.如权利要求1所述的高准确度的600kV宽频标准分压器，其特征在于：SF₆气体的压强为0.2Mpa。

3.一种如权利要求1或2所述的高准确度的600kV宽频标准分压器的使用方法，其特征在于：在用于变频谐振装置的现场检验时，首先进行自校准，然后再对变频谐振装置进行现场检验：

自校准过程的具体实现为：

（1）、闭合旁路开关，智能跟踪式电流电压转换单元接入分压回路中；

（2）、将工频标准互感器与标准分压器并联，闭合第二选择开关，工频标准互感器的低压端和标准分压器的低压端测量信号分别接入智能采样单元；

（3）、用USB线将智能采样单元与上位机连接；

（4）、调节试验回路中的电源，产生工频试验电压，智能采样单元分别记录标准互感器的电压和分压器的电压，并上传至上位机中；

（5）、上位机中的自动跟踪软件将获取的标准互感器的电压作为标准信号，与宽频分压器的电压进行对比，对宽频分压器的在工频下的测量电压进行修正；

（6）、上位机中的自动跟踪软件，利用量值溯源中得到的宽频标准分压器的频率响应曲线，自动完成在30Hz~300Hz范围内试验电压的自校准；然后，再对变频谐振装置进行现场检验，其具体实现为：

（1）、将宽频标准分压器接入被校变频谐振装置的试验回路中；

（2）、将宽频标准分压器的电压和频率作为检验标准信号，与被校变频谐振装置上显示的电压和频率进行对比，完成对变频谐振装置电压准确度的现场检验。

4.如权利要求3所述的高准确度的600kV宽频标准分压器的使用方法，其特征在于：上位机中安装有自动跟踪软件，其用于执行数据采集与录入、数据分析与文件配置、自动跟踪补偿三个功能，具体如下：

在自校准过程中，首先通过智能采样单元将采集的电压、频率与误差数据录入数据库；再将采集的数据进行分析，在量值溯源中得到的宽频标准分压器的频率响应曲线的基础上，计算各频率和各电压点的误差修正系数矩阵，并保存至配置文件中；以上两步完成后，自动跟踪软件的数据库即建立完毕，自校准过程完成，可开始对变频谐振耐压试验装置进行现场检验；现场检验时，通过智能采样单元，将采样仪表采集的采样电压以及频率发送到上位机中的自动跟踪软件，自动跟踪软件根据自校准过程中得到的误差修正系数矩阵，对试验电压进行自动修正，从而提高了宽频标准分压器现场检验变频谐振耐压试验装置时的测量准确度。