CN109856443A - 一种高次谐波电压测试系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供的一种高次谐波电压测试系统，包括金属氧化物避雷器电压传感器和电能质量在线检测装置，金属氧化物避雷器电压传感器通过屏蔽电缆与电能质量在线检测装置连接；本申请中的金属氧化物避雷器电压传感器为金属氧化物避雷器分压型宽频电压传感器，一方面，在系统正常运行时金属氧化物避雷器电压传感器表现为容性分压且直接接地，因此消除了常规电能质量测试过程中消谐器对零序谐波电压的影响，进而提高测量精度；另一方面，本申请中电容分压及电阻分压是线性的，分压信号和一次信号呈线性关系，不存在高次谐波电压测量信号失真，进而提高了谐波电压测量的带宽，提高了高次谐波电压的测量精度。

Description

一种高次谐波电压测试系统

技术领域

本申请涉及电压测试技术领域，尤其涉及一种高次谐波电压测试系统。

背景技术

谐波是由于大容量整流或换流设备导致电流波形畸变造成的，谐波被认为是电网的公害之一，因此对谐波问题的研究已被人们逐渐重视，谐波问题的研究包括畸变波形的分析、谐波源分析、谐波电流测量、谐波电压测量等。

其中谐波电压测量，目前通常采用电磁式电压互感器或电容式电压互感器来提取谐波电压信号。

但是，因电压传感器一次中性点通常接有一次消谐器，而一次消谐器对零序电压信号有放大作用，最终导致电磁式电压互感器或电容式电压互感器的高频带传输信号失真较为严重；另一方面，电磁式电压互感器通常带宽仅能保证35次及以下谐波测量的精度，对于35次以上的谐波电压尤其是50次以上谐波电压测量信号失真较为严重，测量误差较大；以上两方面导致现有的高次谐波电压测试精度低。

发明内容

本申请提供了一种高次谐波电压测试系统，以解决现有技术中因一次谐波器和电磁式电压互感器带宽有限导致的高次谐波电压测试精度低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请提供的一种高次谐波电压测试系统，包括金属氧化物避雷器电压传感器和电能质量在线检测装置，所述金属氧化物避雷器电压传感器通过屏蔽电缆与所述电能质量在线检测装置连接；

所述金属氧化物避雷器电压传感器包括采样单元和金属氧化物避雷器，所述金属氧化物避雷器和所述采样单元串联连接，其中：

n组依次串联的所述金属氧化物避雷器的阀片设为所述金属氧化物避雷器电压传感器的高压臂；

所述采样单元的采样阀片设为所述金属氧化物避雷器电压传感器的低压臂；

所述金属氧化物避雷器包括避雷器杂散电容C12、避雷器阀片本体电容C13、横向补偿电容C11及避雷器阀片非线性电阻R11，其中所述避雷器阀片非线性电阻R11与所述避雷器阀片本体电容C13并联连接形成金属氧化物避雷器阀片，所述金属氧化物避雷器阀片与所述横向补偿电容C11并联后与所述避雷器杂散电容C12串联连接；

所述采样单元包括采样阀片非线性电阻R1、采样阀片本体电容C1、第一取样电容C4及第二取样电容C5，其中，所述采样阀片非线性电阻R1与所述采样阀片本体电容C1并联形成采样阀片，所述第一取样电容C4与所述第二取样电容C5串联形成二次分压电容，所述采样阀片与所述二次分压电容并联连接得到分压信号；

所述分压信号经所述屏蔽电缆传输至所述电能质量在线检测装置。

优选地，n组所述金属氧化物避雷器间并联连接；

所述金属氧化物避雷器的避雷器杂散电容C12接地。

优选地，所述采样单元的二次分压电容接地。

优选地，所述金属氧化物避雷器经接地阻抗R2接地。

优选地，所述系统适用于10KV配电网系统。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的一种高次谐波电压测试系统，包括金属氧化物避雷器电压传感器和电能质量在线检测装置，所述金属氧化物避雷器电压传感器通过屏蔽电缆与所述电能质量在线检测装置连接；本申请中的金属氧化物避雷器电压传感器为金属氧化物避雷器分压型宽频电压传感器，一方面，在系统正常运行时金属氧化物避雷器电压传感器表现为容性分压且直接接地，因此消除了常规电能质量测试过程中消谐器对零序谐波电压的影响，减小了零序谐波电压的测量误差，进而提高测量精度；另一方面，本申请中电容分压及电阻分压是线性的，分压信号和一次信号呈线性关系，不存在高次谐波电压测量信号失真，进而提高了谐波电压测量的带宽，提高了高次谐波电压的测量精度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中电压测试系统的拓扑结构示意图；

图2为本发明实施例中的一种高次谐波电压测试系统的拓扑结构示意图；

图3为本发明实施例中的金属氧化物避雷器电压传感器在小电流区时的等效电路示意图；

图4为本发明实施例中的金属氧化物避雷器电压传感器在大电流区时的等效电路示意图；

图5为本发明实施例中的金属氧化物避雷器电压传感器在工频小电流区时的等效电路示意图；

图6为本发明实施例中的金属氧化物避雷器电压传感器在工频大电流区时的等效电路示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，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一部分实施例，而不是全部实施例。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，都应当属于本申请保护的范围。

当前，10kV配网系统，对电压信号的测量通常采用电磁式电压互感器提取信号，因PT一次中性点通常接有一次消谐器，造成二次信号出现较大的偏差。究其原因，是消谐器对零序电压信号有放大作用，最终造成测试真信号难以获得。另外一方面，因电磁式PT通常带宽仅能确保35次及以下谐波测量的精度，对35次以上，尤其是50次以上谐波电压测量信号失真，存在测量误差较大的技术难题。

如图1所示，图1为现有技术中电压测试系统的拓扑结构示意图，如图1所述因一次消谐器(SiC)的连接接入，当系统中存在不平衡电流时，造成系统零序谐波电压含有率超过，通常到达20％～30％。严重影响到高次谐波的测量精度。

本申请提供的一种高次谐波电压测试系统，包括金属氧化物避雷器电压传感器和电能质量在线检测装置，所述金属氧化物避雷器电压传感器通过屏蔽电缆与所述电能质量在线检测装置连接；所述系统适用于10KV配电网系统。具体结构参考图2，图2为本申请提供的一种高次谐波电压测试系统的拓扑结构示意图，如图2所示，所述金属氧化物避雷器电压传感器包括采样单元和金属氧化物避雷器，所述金属氧化物避雷器和所述采样单元串联连接，其中：

n组依次串联的所述金属氧化物避雷器的阀片设为所述金属氧化物避雷器电压传感器的高压臂；

所述采样单元的采样阀片设为所述金属氧化物避雷器电压传感器的低压臂；

所述金属氧化物避雷器包括避雷器杂散电容C12、避雷器阀片本体电容C13、横向补偿电容C11及避雷器阀片非线性电阻R11，其中所述避雷器阀片非线性电阻R11与所述避雷器阀片本体电容C13并联连接形成金属氧化物避雷器阀片，所述金属氧化物避雷器阀片与所述横向补偿电容C11并联后与所述避雷器杂散电容C12串联连接；

所述采样单元包括采样阀片非线性电阻R1、采样阀片本体电容C1、第一取样电容C4及第二取样电容C5，其中，所述采样阀片非线性电阻R1与所述采样阀片本体电容C1并联形成采样阀片，所述第一取样电容C4与所述第二取样电容C5串联形成二次分压电容，所述采样阀片与所述二次分压电容并联连接得到分压信号；

所述分压信号经所述屏蔽电缆传输至所述电能质量在线检测装置。

进一步地，n组所述金属氧化物避雷器间并联连接；

所述金属氧化物避雷器的避雷器杂散电容C12接地。

进一步地，所述采样单元的二次分压电容接地。

所述金属氧化物避雷器经接地阻抗R2接地。

本申请中的金属氧化物避雷器电压传感器具体为无间隙金属氧化物避雷器电压传感器，采用一种无间隙金属氧化物避雷器电压传感器，该电压传感器以无间隙氧化锌避雷器作为电压传感器的高压臂。在氧化锌避雷器未导通前的小电流区内，即使是在工频情况下通过氧化锌元件的容性电流也要远大于阻性电流，无间隙金属氧化锌避雷器分压器的分压比主要由高低压臂的容抗比决定。在氧化锌避雷器导通后的大电流区，无间隙金属氧化锌避雷器分压器的分压比则由高低压臂的电阻比决定。

1)工作在小电流区时：

小电流区阀片未击穿导通，此时分压器的等效电路为电容分压器，如图3所示，图3为本发明实施例中的金属氧化物避雷器电压传感器在小电流区时的等效电路示意图。

X_c＝1/(ωC)＝1/(2πfC)；

2)工作在大电流区时：

大电流区阀片击穿导通，此时分压的等效电路为图4所示，图4为本发明实施例中的金属氧化物避雷器电压传感器在大电流区时的等效电路示意图。

其中：α_v是高低压臂氧化锌元件的非线性电阻率。

电压传感器在大电流区时的分压比：

由公式(1)可知，正常运行时，分压器特性表现为容性分压，且直接接地，消除了常规配网电能质量测试过程中消谐器对零序谐波的误差影响。

通过对暂态过电压的频谱分析可知电力系统中各类暂态过电压的最高频率为10MHz，因此本发明计算所涉及到频率选项的截止频率为10MHz。避雷器电压传感器的系统等效电路如下图所示：

高压臂的阻抗等效方程如式3所示、低压臂的等效阻抗方程如式4所示、输入输出方程如式5所示。

U₂＝U₁(Z_x2/(Z_x1+Z_x2)) (5)

简化后得到方程为公式6。

一般认为，氧化锌非线性电阻的响应时间为纳秒级，在我们分析的频率范围内可以忽略不计。在工频小电流区内，容性电流约为90％，可忽略R1和R2的影响，等效如图5所示，图5为本发明实施例中的金属氧化物避雷器电压传感器在工频小电流区时的等效电路示意图。

等效电路用式6计算得到传感器的衰减为3db时的工作频率。

在大电流区内，阻抗很小，可忽略C1和C2的影响，等效如图6所示，图6为本发明实施例中的金属氧化物避雷器电压传感器在工频大电流区时的等效电路示意图。等效电路用式7计算得到传感器的衰减为3db时的工作频率。

在本发明实施例中：Φ73x23的氧化锌阀片25片串联为高压臂，高压臂的C1≈17.2pF，L1≈2nH；低压臂为相同参数阀

片，其中C2为430pF，引线寄生电感L2<5nH，通流量为2kA时电阻为0.05欧姆，代入式7、式8得到传感器的小电流3db衰减频率为：900MHz，大电流3db衰减频率为：3MHz，可以满足暂态过电压最高频率为1MHz的要求。

本申请提供的一种高次谐波电压测试系统，包括金属氧化物避雷器电压传感器和电能质量在线检测装置，所述金属氧化物避雷器电压传感器通过屏蔽电缆与所述电能质量在线检测装置连接；本申请中的金属氧化物避雷器电压传感器为金属氧化物避雷器分压型宽频电压传感器，一方面，在系统正常运行时金属氧化物避雷器电压传感器表现为容性分压且直接接地，因此消除了常规电能质量测试过程中消谐器对零序谐波电压的影响，减小了零序谐波电压的测量误差，进而提高测量精度；另一方面，本申请中电容分压及电阻分压是线性的，分压信号和一次信号呈线性关系，不存在高次谐波电压测量信号失真，进而提高了谐波电压测量的带宽，提高了高次谐波电压的测量精度。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (5)

1.一种高次谐波电压测试系统，其特征在于，包括金属氧化物避雷器电压传感器和电能质量在线检测装置，所述金属氧化物避雷器电压传感器通过屏蔽电缆与所述电能质量在线检测装置连接；

所述金属氧化物避雷器电压传感器包括采样单元和金属氧化物避雷器，所述金属氧化物避雷器和所述采样单元串联连接，其中：

n组依次串联的所述金属氧化物避雷器的阀片设为所述金属氧化物避雷器电压传感器的高压臂；

所述采样单元的采样阀片设为所述金属氧化物避雷器电压传感器的低压臂；

所述金属氧化物避雷器包括避雷器杂散电容C12、避雷器阀片本体电容C13、横向补偿电容C11及避雷器阀片非线性电阻R11，其中所述避雷器阀片非线性电阻R11与所述避雷器阀片本体电容C13并联连接形成金属氧化物避雷器阀片，所述金属氧化物避雷器阀片与所述横向补偿电容C11并联后与所述避雷器杂散电容C12串联连接；

所述采样单元包括采样阀片非线性电阻R1、采样阀片本体电容C1、第一取样电容C4及第二取样电容C5，其中，所述采样阀片非线性电阻R1与所述采样阀片本体电容C1并联形成采样阀片，所述第一取样电容C4与所述第二取样电容C5串联形成二次分压电容，所述采样阀片与所述二次分压电容并联连接得到分压信号；

所述分压信号经所述屏蔽电缆传输至所述电能质量在线检测装置。

2.根据权利要求1所述的高次谐波电压测试系统，其特征在于，n组所述金属氧化物避雷器间并联连接；

所述金属氧化物避雷器的避雷器杂散电容C12接地。

3.根据权利要求1所述的高次谐波电压测试系统，其特征在于，所述采样单元的二次分压电容接地。

4.根据权利要求1所述的高次谐波电压测试系统，其特征在于，所述金属氧化物避雷器经接地阻抗R2接地。

5.根据权利要求1所述的高次谐波电压测试系统，其特征在于，所述系统适用于10KV配电网系统。