CN110441575A - 一种共箱型气体绝缘金属封闭开关设备gis电子式电压互感器 - Google Patents

一种共箱型气体绝缘金属封闭开关设备gis电子式电压互感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种共箱型气体绝缘金属封闭开关设备GIS电子式电压互感器，电子式电压互感器包括：3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极、调理电路、模拟采样电路、主控模块以及数据转发模块；3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极设置于气体绝缘金属封闭开关设备GIS手孔内；通过3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极测量三相电压，并将测量的三相电压信号发送至调理电路；调理电路将测量的三相电压信号输出至模拟采样电路被模拟采样，并将模拟采样信号发送至主控模块；主控模块对模拟采样信号进行数据处理，将模拟采样信号转换为数字信号，并将数字信号发送至数据转发模块；数据转发模块将数字信号发送。

Description

一种共箱型气体绝缘金属封闭开关设备GIS电子式电压互 感器
技术领域
本发明涉及高电压测量技术领域，更具体地，涉及一种气体绝缘金属 封闭开关设备GIS电子式电压互感器及对气体绝缘金属封闭开关设备GIS 三相电压测量的方法。
背景技术
电子式电压互感器采用新型的传感技术，具备尺寸小、频带宽、数字 化输出等优势，被智能变电站广泛采用。目前用于气体绝缘金属封闭开关 设备GIS变电站的电子式电压互感器采用同轴电容式分压器，如图2所示， 高压导体封装于圆筒内，通过电容分压，转化为低压模拟输出信号经屏蔽 电缆输出至电压采集单元，经调理、数字采样、组帧后经光纤传输至合并 单元，为保护、计量、测控装置提供电压信号。
如图2所示，现有气体绝缘金属封闭开关设备GIS电子式电压互感器 的缺点：一是只能用于三相分箱型气体绝缘金属封闭开关设备GIS的电压 测量，而110kV气体绝缘金属封闭开关设备GIS已大量采用三相共箱型， 没有可用的电子式电压互感器；二是运算放大器零漂问题使得其输入端阻 抗不能设置过大，限制了互感器的低频带宽，导致开关重合闸时母线滞留 电荷引起的暂态问题较为严重。
因此，需要一种技术，以实现对气体绝缘金属封闭开关设备GIS三相 共箱电压的测量。
发明内容
本发明技术方案提供一种共箱型气体绝缘金属封闭开关设备GIS电子 式电压互感器以及对三相共箱型气体绝缘金属封闭开关设备GIS三相电压 测量的方法，以解决如何对三相共箱气体绝缘金属封闭开关设备GIS三相 电压进行测量的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种共箱型气体绝缘金属封闭开关 设备GIS电子式电压互感器，所述电子式电压互感器包括：3个气体绝缘 金属封闭开关设备GIS测量电极、调理电路、模拟采样电路、主控模块以 及数据转发模块；
所述3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极设置于气体绝缘金 属封闭开关设备GIS手孔内；通过所述3个气体绝缘金属封闭开关设备 GIS测量电极测量三相电压，并将测量的三相电压信号发送至所述调理电 路；
所述调理电路将测量的三相电压信号输出至模拟采样电路被模拟采 样，并将所述模拟采样信号发送至主控模块；
所述主控模块对所述模拟采样信号进行数据处理，将所述模拟采样信 号转换为数字信号，并将所述数字信号发送至数据转发模块；
所述数据转发模块将所述数字信号发送。
优选地，电子式电压互感器还包括电源模块，所述电源模块为所述电 子式电压互感器提供电源。
优选地，电子式电压互感器，还包括：所述3个气体绝缘金属封闭开 关设备GIS测量电极悬浮设置于气体绝缘金属封闭开关设备GIS手孔内， 所述3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极的表面电场强度与母线 电压成线性关系；
对所述3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极的电杨进行解 耦，实现三相电压的测量。
优选地，电子式电压互感器的所述调理电路包括高输入阻抗和低输出 阻抗的运算放大器。
优选地，电子式电压互感器的所述运算放大器具有宽频带、低输入失 调电压的特性。
基于本发明的另一方面，提供一种三相共箱型气体绝缘金属封闭开关 设备GIS三相电压测量的方法，所述方法包括：
将3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极设置于气体绝缘金属 封闭开关设备GIS手孔内；通过所述3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS 测量电极测量三相电压，并将测量的三相电压信号发送至所述调理电路；
通过所述调理电路将测量的三相电压信号输出至模拟采样电路被模拟 采样，并将所述模拟采样信号发送至主控模块；
通过所述主控模块对所述模拟采样信号进行数据处理，将所述模拟采 样信号转换为数字信号，并将所述数字信号发送至数据转发模块；
通过所述数据转发模块将所述数字信号发送。
优选地，还包括设置电源模块，通过所述电源模块为所述电子式电压 互感器提供电源。
优选地，还包括：将所述3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电 极悬浮设置于气体绝缘金属封闭开关设备GIS手孔内，所述3个气体绝缘 金属封闭开关设备GIS测量电极的表面电场强度与母线电压成线性关系；
对所述3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极的电杨进行解 耦，实现三相电压的测量。
优选地，所述调理电路包括高输入阻抗和低输出阻抗的运算放大器。
优选地，所述运算放大器具有宽频带和低输入失调电压的特性。
本发明技术方案提供一种气体绝缘金属封闭开关设备GIS电子式电压 互感器及对三相共箱型气体绝缘金属封闭开关设备GIS三相电压进行测量 的方法，电子式电压互感器包括：3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测 量电极、调理电路、模拟采样电路、主控模块以及数据转发模块；3个气 体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极设置于气体绝缘金属封闭开关设备 GIS手孔内；通过3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极测量三相 电压，并将测量的三相电压信号发送至调理电路；调理电路将测量的三相 电压信号输出至模拟采样电路被模拟采样，并将模拟采样信号发送至主控 模块；主控模块对模拟采样信号进行数据处理，将模拟采样信号转换为数 字信号，并将数字信号发送至数据转发模块；数据转发模块将数字信号发 送。本发明技术方案以手孔式电极代替同轴环形电极，以新型调理电路代 替电压跟随器，实现三相共箱型GIS各相电压测量的同时，还能够拓展测 量带宽、改善暂态特性。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明优选实施方式的一种共箱型气体绝缘金属封闭开关 设备GIS电子式电压互感器结构示意图；以及
图2为根据现有实施方式的同轴电容式分压器结构示意图；
图3为根据本发明优选实施方式的测量电极轴向视角结构示意图；
图4为根据本发明优选实施方式的测量电极径向视角结构示意图；
图5为根据本发明优选实施方式的测量原理图；以及
图6为根据本发明优选实施方式的三相共箱型气体绝缘金属封闭开关 设备GIS三相电压测量的方法流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许 多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例 是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分 传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是 对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的 技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典 限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应 该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施方式的一种气体绝缘金属封闭开关设备GIS电子式电压互感器结构示意图。如图1所示，本申请提供一种气体绝 缘金属封闭开关设备GIS电子式电压互感器，电子式电压互感器包括：3 个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极、调理电路、模拟采样电路、 主控模块以及数据转发模块。3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电 极设置于气体绝缘金属封闭开关设备GIS手孔内；通过3个气体绝缘金属 封闭开关设备GIS测量电极测量三相电压，并将测量的三相电压信号发送 至调理电路。调理电路将测量的三相电压信号输出至模拟采样电路被模拟 采样，并将模拟采样信号发送至主控模块。主控模块对模拟采样信号进行 数据处理，将模拟采样信号转换为数字信号，并将数字信号发送至数据转 发模块。数据转发模块将数字信号发送。
本申请实施方式提供一种三相共箱型GIS电子式电压互感器，该装置 包括3个GIS测量电极、调理电路，以及常规的模拟采样电路、电源模块、 主控模块、数据转发模块。该互感器整体示意图如图1所示，测量电极和 调理电路的输出信号被模拟采样，然后由主控模块进行数据处理，并进行 数据发送；主控模块还包括同步接口和调试接口，同步接口接受智能变电 站合并单元的时钟信号；电源模块接入智能变电站合并单元的DC 110V或 220V电源，转换为其他模块需要的电源。
优选地，本申请的电子式电压互感器，还包括电源模块，电源模块为 电子式电压互感器提供电源。
优选地，本申请的电子式电压互感器，还包括：3个气体绝缘金属封 闭开关设备GIS测量电极悬浮设置于气体绝缘金属封闭开关设备GIS手孔 内，3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极的表面电场强度与母线 电压成线性关系；对3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极的电杨 进行解耦，实现三相电压的测量。
优选地，本申请的电子式电压互感器，调理电路包括高输入阻抗和低 输出阻抗的运算放大器。
优选地，本申请的电子式电压互感器，运算放大器具有宽频带和低输 入失调电压的特性。
图3为根据本发明优选实施方式的测量电极轴向视角结构示意图。图 4为根据本发明优选实施方式的测量电极径向视角结构示意图。本申请实 施方式为实现三相测量，需要布置3个测量电极，电极位于GIS手孔内， 悬浮布置。由于电极表面电场强度与母线电压成线性关系，通过测量电极 处电场并进行解耦，实现三相电压的测量。电极最佳布置位置如图3、图4 所示，GIS壳体内表面平行。
图5为根据本发明优选实施方式的测量原理图。本申请实施方式的调 理电路如图5所示，调理电路包括运算放大器、电阻、电容等元件，其中 第一个放大器提供高输入阻抗，第二个放大器提供低输出阻抗，对于可以 同时提供高输入阻抗和低输出阻抗的运算放大器，则只需要一个放大器。 放大器的其他技术要求主要有：宽频带(根据需要选择，比如1Hz～50MHz 的带宽)、低输入失调电压(根据需要，比如6mV以下)。
1)调理电路整体增益G：
其中：
因此，
G为调理电路增益；Zfeedback为反馈阻抗；Zinput为输入阻抗；Rf为反馈电 阻；Cf为反馈电容；C为电极电容；s为拉普拉斯算子。
2)电极表面电场与输入电压的关系：
测量电极与GIS壳体构成电容C，满足通用表达式Q＝CV，因此运放输 入电压：
Vin为运放输入电压；Q为电极电荷量；C为电极电容；ε为介电常数； A为电极表面积；En为电极表面电场。
3)整体输出：
Vout为输出电压；其他同上。
当确定了Rf、Cf的值之后，就可以通过频率f的大小变化对Vout的表 达式做化简处理。假定Rf＝1MΩ，Cf＝0.1μF，则当f＞1.59Hz时，输出 电压Vout的表达式就可以化简为：
此时，输出电压则与电极表面电场成正比关系。
(4)数据处理
GIS三相电压与三个测量电极的关系如下式：
即成线性关系。
式中参数kij中可由标定试验获得，也可由电场有限元计算获得。
V1、V2、V3为三相电压；kij(i＝1～3，j＝1～3)为矩阵元素；E1、E2、E3为三个电极的表面电场。
图6为根据本发明优选实施方式的三相共箱型气体绝缘金属封闭开关 设备GIS三相电压进行测量的方法流程图。如图6所示，一种气体绝缘金 属封闭开关设备GIS三相电压测量的方法，方法包括：
优选地，在步骤601：将3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电 极设置于气体绝缘金属封闭开关设备GIS手孔内；
优选地，在步骤602：通过3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量 电极测量三相电压，并将测量的三相电压信号发送至调理电路；
优选地，在步骤603：通过调理电路将测量的三相电压信号输出至模 拟采样电路被模拟采样，并将模拟采样信号发送至主控模块；
优选地，在步骤604：通过主控模块对模拟采样信号进行数据处理， 将模拟采样信号转换为数字信号，并将数字信号发送至数据转发模块；
优选地，在步骤605：通过数据转发模块将数字信号发送。
优选地，方法还包括设置电源模块，通过电源模块为电子式电压互感 器提供电源。
优选地，方法还包括：将3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电 极悬浮设置于气体绝缘金属封闭开关设备GIS手孔内，3个气体绝缘金属 封闭开关设备GIS测量电极的表面电场强度与母线电压成线性关系；对3 个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极的电杨进行解耦，实现三相电 压的测量。
优选地，调理电路包括高输入阻抗和低输出阻抗的运算放大器。
优选地，运算放大器具有宽频带、低输入失调电压的特性。
本发明优选实施方式的三相共箱型气体绝缘金属封闭开关设备GIS三 相电压进行测量的方法600与本发明优选实施方式的气体绝缘金属封闭开 关设备GIS三相电压进行测量的系统100相对应，在此不再进行赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所 公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他 的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常 含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装 置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除 非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的 顺序运行，除非明确地说明。

Claims (10)

1.一种共箱型气体绝缘金属封闭开关设备GIS电子式电压互感器，所述电子式电压互感器包括：3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极、调理电路、模拟采样电路、主控模块以及数据转发模块；
所述3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极设置于气体绝缘金属封闭开关设备GIS手孔内；通过所述3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极测量三相电压，并将测量的三相电压信号发送至所述调理电路；
所述调理电路将测量的三相电压信号输出至模拟采样电路被模拟采样，并将所述模拟采样信号发送至主控模块；
所述主控模块对所述模拟采样信号进行数据处理，将所述模拟采样信号转换为数字信号，并将所述数字信号发送至数据转发模块；
所述数据转发模块将所述数字信号发送。
2.根据权利要求1所述的电子式电压互感器，还包括电源模块，所述电源模块为所述电子式电压互感器提供电源。
3.根据权利要求1所述的电子式电压互感器，还包括：所述3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极悬浮设置于气体绝缘金属封闭开关设备GIS手孔内，所述3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极的表面电场强度与母线电压成线性关系；
对所述3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极的电杨进行解耦，实现三相电压的测量。
4.根据权利要求1所述的电子式电压互感器，所述调理电路包括高输入阻抗和低输出阻抗的运算放大器。
5.根据权利要求4所述的电子式电压互感器，所述运算放大器具有宽频带和低输入失调电压的特性。
6.一种共箱型气体绝缘金属封闭开关设备GIS三相电压测量的方法，所述方法包括：
将3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极设置于气体绝缘金属封闭开关设备GIS手孔内；通过所述3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极测量三相电压，并将测量的三相电压信号发送至所述调理电路；
通过所述调理电路将测量的三相电压信号输出至模拟采样电路被模拟采样，并将所述模拟采样信号发送至主控模块；
通过所述主控模块对所述模拟采样信号进行数据处理，将所述模拟采样信号转换为数字信号，并将所述数字信号发送至数据转发模块；
通过所述数据转发模块将所述数字信号发送。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括设置电源模块，通过所述电源模块为所述电子式电压互感器提供电源。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括：将所述3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极悬浮设置于气体绝缘金属封闭开关设备GIS手孔内，所述3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极的表面电场强度与母线电压成线性关系；
对所述3个气体绝缘金属封闭开关设备GIS测量电极的电杨进行解耦，实现三相电压的测量。
9.根据权利要求6所述的方法，所述调理电路包括高输入阻抗和低输出阻抗的运算放大器。
10.根据权利要求9所述的方法，所述运算放大器具有宽频带和低输入失调电压的特性。
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