CN109324305A - 冲击分压器线性度校准用电容分压装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冲击分压器线性度校准用电容分压装置，包括平行设置的第一均压环和第二均压环，第二均压环上设置有容纳孔，容纳孔内放置有低压电极，第一均压环和低压电极之间形成高压电容，第一均压环和第二均压环之间形成屏蔽电容，低压电极的底部连接有低压臂，低压电极的底部还连接有绝缘筒，低压臂位于绝缘筒的内部，低压臂还通过数据采集器和计算机相连接，第二均压环上设置有测距孔，第二均压环的底部设置有绝缘支撑杆，第一均压环上设置有吊环。本发明能够使得高压电容不易受外界环境、电晕以及外界杂散电容的影响，利于保证线性度校准的准确度；且不会造成冲击电压发生器波形调节困难；测量范围较广。

Description

冲击分压器线性度校准用电容分压装置
技术领域
本发明涉及电气测试技术领域，具体涉及一种冲击分压器线性度校准用电容分压装置。
背景技术
线性度作为衡量电阻分压器的关键技术参数，是冲击电压量值溯源和量值传递中不容忽视的不确定度组成分量，表征为外施电压的变化，分压器分压比的变化。
由于标准电阻分压器的额定电压一般小于1000kV，因此冲击电压测量装置校准分压比(测量误差)的电压在1000kV内，而对于分压器高于1000kV的部分，须通过其他方法测量线性度，并将其测量结果引入的不确定度分量合成至最终测量不确定度中。对于冲击分压器线性度测量，一般规定其线性度需在1％以内，可采用球隙测量、电场传感器测量，冲击电压发生器测量以及对于包含多节高压臂的电容分压器进行分节测量等方法，但是这几种方法存在以下缺陷：
1、球隙测量：该方法随着电压越高，球隙的制作难度增大；且通过球隙测量线性度，受环境温湿度的影响很大，影响测量的准确性。
2、电场传感器测量：该方法在未发生电晕时，电场波形和电压波形的一致性好，但一旦发生电晕，电场畸变严重，测量值与计算值存在很大的偏差。而在1000kV-3000kV情况下测量分压器的线性度时，不可避免的将会产生电晕，此时该方法的测量准确性较低。
3、冲击电压发生器测量：该方法是利用冲击电压发生器的充电电压检验被测分压器系统的线性度。试验时冲击发生器的充电条件应保持稳定，在规定的冲击试验电压的五个幅值下，计算分压器系统的输出电压与相应充电电压之比。但是该方法在测试时易造成冲击电压发生器的波形调节困难。
4、分节测量：该方法是对于分压器由多节相同单元组成时，可分节测量其性能，从低到高测量不同电压下高压臂的电容量，然后计算其分压比，对装配好的分压器的校核不应受电晕及在标定测量范围的上限电压下的其它影响。但是在实际实验时，电晕的产生是难免的，而且装配后杂散参数等影响因素的影响量也会变化，因此该测量方法也会因电晕和杂散参数的影响而降低测量准确性。
因此，现有的冲击分压器的线性度测量方法易受到环境温湿度和电晕的影响，或者易造成冲击电压发生器的波形调节困难，无法更好地保证线性度测量的准确度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种冲击分压器线性度校准用电容分压装置，能够使得高压电容不受外界环境、电晕以及外界杂散电容的影响；也不会造成冲击电压发生器波形调节困难；利于保证线性度校准测试的准确度。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：
一种冲击分压器线性度校准用电容分压装置，包括平行设置的第一均压环和第二均压环，所述第二均压环上设置有容纳孔，所述容纳孔内放置有低压电极，所述第一均压环和低压电极之间形成高压电容，所述第一均压环和第二均压环之间形成屏蔽电容，所述低压电极的底部连接有低压臂，所述低压电极的底部还连接有绝缘筒，所述低压臂位于所述绝缘筒的内部，所述低压臂还通过数据采集器和计算机相连接，所述第二均压环上设置有测距孔，所述第二均压环的底部设置有绝缘支撑杆，所述第一均压环上设置有吊环。
所述第一均压环和第二均压环呈同心设置。
所述第一均压环上设置有阻尼电阻。
所述低压电极的所在高度等于所述第二均压环的所在高度。
所述低压电极的边缘呈圆弧形。
所述数据采集器和计算机之间通过光电转换器相连接。
还包括金属屏蔽机箱，所述数据采集器和光电转换器均设置在所述金属屏蔽机箱内。
所述低压臂和所述数据采集器之间通过测量电缆相连接，所述测量电缆位于所述绝缘筒的内部。
所述低压臂的内部连接有匹配电阻。
所述第一均压环的上部也连接有所述绝缘支撑杆，所述第一均压环上的绝缘支撑杆和所述吊环相连接。
本发明具有以下有益效果：本发明的冲击分压器线性度校准用电容分压装置，高压电容置于屏蔽电容之间，使得高压电容不易受外界环境、电晕以及外界杂散电容的影响，高压电容的稳定性高，利于保证线性度校准的准确度；电容分压装置的高压电容为平板电极之间的空间电容，电容量小，等效阻抗大，不会造成冲击电压发生器波形调节困难；便于测量不同电压等级的冲击电压分压器的线性度，测量范围较广；结构简单、安装运输方便、性能稳定。
附图说明
图1是本发明的电容分压装置的结构示意图；
图2是本发明的电容分压装置的原理示意图；
图中：1、绝缘支撑杆，2、阻尼电阻，3、吊环，4、第一均压环，5、定位贴片，6、紧固螺栓，7、接地螺杆，8、测距孔，9、低压电极，10、第二均压环，11、激光测距仪，12、低压臂，13、绝缘筒，14、测量电缆，15、数据采集器，16、金属屏蔽机箱，17、光电转换器，18、光纤，19、计算机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1-图2所示，本实施例公开了一种冲击分压器线性度校准用电容分压装置，包括平行设置的第一均压环4和第二均压环10，第二均压环10上设置有容纳孔，容纳孔内放置有低压电极9，第一均压环4和低压电极9之间形成高压电容C1，第一均压环4和第二均压环10之间形成屏蔽电容C0，低压电极9的底部连接有低压臂12，以形成低压电容C2，低压电极9的底部还连接有绝缘筒13，也即低压电极9由绝缘筒13支撑，低压臂12位于绝缘筒13的内部，低压臂12还通过数据采集器15和计算机19相连接，第二均压环10上设置有测距孔8；
其中，第二均压环10的底部设置有绝缘支撑杆1，测量时，第二均压环10直接接地。进一步地，绝缘支撑杆1可采用绝缘子。
第一均压环4上设置有吊环3，以便于吊装第一均压环4，从而调整第一均压环4和第二均压环10之间的距离，或者第一均压环4和低压电极9之间的距离。
测距孔8的设置，是用于测量第一均压环4和第二均压环10之间的距离，安装时可使用激光测距仪11测量第一均压环4和第二均压环10之间的距离，以根据所测电压等级来调整第一均压环4的高度，从而改变第一均压环4和第二均压环10之间的距离，以及第一均压环4和低压电极9之间的距离，或者根据所测电压等级更换不同直径的第一均压环4和第二均压环10，调整时，第一均压环4和第二均压环10的直径和距离随着被测电压的增大而增大；另外通过测距，也可较好的保证第一均压环4和第二均压环10保持平行，从而使得电场更加均匀，使得电容量的变化小，保持高压电容的稳定性。
数据采集器15用于采集低压臂12上的电压信号，并将模拟信号转换成数字信号传递给计算机19，计算机19根据收到的电压信号进行波形分析。
上述结构的工作原理如图2所示，其中，C0代表屏蔽电容，C1代表高压电容，C2代表低压电容，Rd代表阻尼电阻2，Rk代表匹配电阻。
上述结构中，通过屏蔽电容C0的设置，使得高压电容C1处于屏蔽电容之间，能够使得周围带电体与电容分压装置之间的杂散电容仅改变屏蔽电容C0的值，而不影响高压电容C1，从而保证高压电容值的稳定性。
在其中一个实施方式中，第一均压环4和第二均压环10呈同心设置，为保证同心度，测距孔8在第一均压环4的下表面上的投影位置可贴附有定位贴片5，例如，定位贴片5可采用黑色胶带。同心设置可以更好地保证电场的均匀性，从而更好地保证高压电容C1的稳定性。
在其中一个实施方式中，第一均压环4上设置有阻尼电阻2。由于本实施例的电容分压装置为纯电容分压，高压引线上的杂散电感会引起冲击电压波形振荡，因此在第一均压环4上设置阻尼电阻2，用于阻尼波形振荡。
进一步地，阻尼电阻2的电阻值为300～500Ω。
在其中一个实施方式中，低压电极9的所在高度等于第二均压环10的所在高度。以保证低压电极9和第二均压环10的上表面处于同一平面上，以防止低压电极9周围电场发生激变，从而增强屏蔽电容C0的屏蔽效果，更好地保证高压电容C1的稳定性。
在其中一个实施方式中，低压电极9的边缘呈圆弧形，用于均匀电场长度。线性度校准测试时，低压电极9直接接地。
在其中一个实施方式中，低压臂12和数据采集器15之间通过测量电缆14相连接，测量电缆14位于绝缘筒13的内部。该测量电缆14的长度一般较短。
在其中一个实施方式中，数据采集器15和计算机19之间通过光电转换器17相连接。使得数据采集器15和计算机19之间通过光纤信号进行远距离传输，也即通过光纤18传输，以消除较长电缆引起的电压波形的折反射，保证传输的准确性。因为在现场校准试验时，高压设备与控制室的距离可能非常远，此时若采用较长的电缆进行传输，则长电缆将引起电压波形的折反射。
在其中一个实施方式中，上述分压装置还包括金属屏蔽机箱16，数据采集器15和光电转换器17均设置在金属屏蔽机箱16内，利用上述分压装置对冲击分压器线性度进行校准测试时，金属屏蔽机箱16直接接地，以较好的消除共模干扰。
进一步地，数据采集器15和计算机19之间可设置两个光电转换器17，第一个光电转换器17和数据采集器15相连，且位于金属屏蔽机箱16内，用于将数据采集器15采集到的电信号转为光信号，该光信号再传输给第二个光电转换器17，由第二个光电转换器17将光信号再转换为电信号后传输给计算机19。
在其中一个实施方式中，低压臂12的内部连接有匹配电阻Rk，用于减小测量电缆14内部信号反射引起的测量误差，减小测量电缆14的波阻抗的影响。
在其中一个实施方式中，低压臂12采用鼠笼结构，由多个低压陶瓷电容并联而成。
在其中一个实施方式中，第一均压环4的上部也连接有绝缘支撑杆1，第一均压环4上的绝缘支撑杆1和吊环3相连接，以保证吊环3和第一均压环4之间保持绝缘。第一均压环4和绝缘支撑杆1之间通过紧固螺栓6相连接。
其中，利用上述分压装置对冲击分压器线性度校准测试时，第二均压环10通过接地螺杆7接地。
下面以校准1000kV的冲击电压分压器的线性度为例来具体说明上述分压装置：
依据空气绝缘强度估算第一均压环4和第二均压环10的距离以及面积。第一均压环4和第二均压环10的直径均采用2.3m，周围环径400mm，内部平坦部分直径为1.5m；第一均压环4和第二均压环10中间平坦部分厚度均为5mm，第一均压环4和第二均压环10的距离为1m。低压电极9的直径为0.6m，厚度为10mm，计算得到高压电容C1为2.5pF,屏蔽电容C0为13.2pF，设计刻度因数为1000，因此可以计算得到低压电容C2大概为2.5nF；
第二均压环10上设置有四个测距孔8，第一均压环4上相应地设置有四个定位贴片5。第一均压环4上还设置有四个吊环3；第一均压环4可通过吊钩固定；
阻尼电阻2通过螺杆固定在第一均压环4上；第一均压环4上还焊接有螺母孔以用于安装吊环3，更利于第一均压环4的吊装；
第二均压环10固定在四个支撑绝缘杆1上，支撑绝缘杆1的高度为1m，第二均压环10直接接地；低压电极9固定在绝缘筒13上，绝缘筒13可采用法兰盘环氧筒，绝缘筒13的高度为993mm；低压电极9中心底部设有螺孔以安装低压臂12，低压臂12位于绝缘筒13的内部；在绝缘筒13的侧面有通孔，低压臂12的电压信号和接地线通过测量电缆14由侧面的通孔中引出。
低压臂12由多个脉冲电容器并联而成，由于高压电容非常小，因此低压电容无需串联电阻，低压电容上的电压信号只需通过一根较短的测量电缆14连接至数据采集器15，同时为了匹配测量电缆14的波阻抗，低压臂12的高压端串联匹配电阻Rk，匹配电阻Rk的阻值采用50Ω或75Ω。
数据采集器15可采用数字记录仪NI-PXI 5124，并将其至于金属屏蔽机箱16中，该机箱位于绝缘筒13附近，金属屏蔽机箱16直接接地。光电转换器17也置于金属屏蔽机箱16中。
利用上述分压装置进行线性度校准时，将上述分压装置和冲击分压器相连，即可进行校准试验。在试验之前，还需使用冲击电压分压器对分压装置的刻度因数进行校准，然后在较短的时间内完成被测分压器线性度的校准，可以更好地消除环境温湿度对刻度因数的影响。
本实施例的冲击分压器线性度校准用电容分压装置，高压电容C1置于屏蔽电容C0之间，不易受外界环境、电晕以及外界杂散电容的影响，高压电容C1的稳定性高，利于保证线性度校准的准确度；电容分压装置为纯电容结构，不存在电感，其频率响应好；电容分压装置的高压电容C1为平板电极之间的空间电容，电容量小，等效阻抗大，不会造成冲击电压发生器波形调节困难；便于改变第一均压环4、第二均压环10(低压电极9)的直径和距离，从而可测量不同电压等级的冲击电压分压器的线性度，测量范围较广；相较于传统的阻容电容分压器，结构简单、安装运输方便、性能稳定。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种冲击分压器线性度校准用电容分压装置，其特征是，包括平行设置的第一均压环和第二均压环，所述第二均压环上设置有容纳孔，所述容纳孔内放置有低压电极，所述第一均压环和低压电极之间形成高压电容，所述第一均压环和第二均压环之间形成屏蔽电容，所述低压电极的底部连接有低压臂，所述低压电极的底部还连接有绝缘筒，所述低压臂位于所述绝缘筒的内部，所述低压臂还通过数据采集器和计算机相连接，所述第二均压环上设置有测距孔，所述第二均压环的底部设置有绝缘支撑杆，所述第一均压环上设置有吊环。
2.如权利要求1所述的冲击分压器线性度校准用电容分压装置，其特征是，所述第一均压环和第二均压环呈同心设置。
3.如权利要求1所述的冲击分压器线性度校准用电容分压装置，其特征是，所述第一均压环上设置有阻尼电阻。
4.如权利要求1所述的冲击分压器线性度校准用电容分压装置，其特征是，所述低压电极的所在高度等于所述第二均压环的所在高度。
5.如权利要求1所述的冲击分压器线性度校准用电容分压装置，其特征是，所述低压电极的边缘呈圆弧形。
6.如权利要求1所述的冲击分压器线性度校准用电容分压装置，其特征是，所述数据采集器和计算机之间通过光电转换器相连接。
7.如权利要求6所述的冲击分压器线性度校准用电容分压装置，其特征是，还包括金属屏蔽机箱，所述数据采集器和光电转换器均设置在所述金属屏蔽机箱内。
8.如权利要求1所述的冲击分压器线性度校准用电容分压装置，其特征是，所述低压臂和所述数据采集器之间通过测量电缆相连接，所述测量电缆位于所述绝缘筒的内部。
9.如权利要求1所述的冲击分压器线性度校准用电容分压装置，其特征是，所述低压臂的内部连接有匹配电阻。
10.如权利要求1所述的冲击分压器线性度校准用电容分压装置，其特征是，所述第一均压环的上部也连接有所述绝缘支撑杆，所述第一均压环上的绝缘支撑杆和所述吊环相连接。
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