CN110600251A - 一种带零序电压输出功能的组合电压互感器 - Google Patents

一种带零序电压输出功能的组合电压互感器 Download PDF

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CN110600251A CN201910920869.0A CN201910920869A CN110600251A CN 110600251 A CN110600251 A CN 110600251A CN 201910920869 A CN201910920869 A CN 201910920869A CN 110600251 A CN110600251 A CN 110600251A
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Abstract

一种带零序电压输出功能的组合电压互感器，包括由两个电压互感器以V‑V接线方式连接而成的双电压互感器组合，在双电压互感器组合的每一相高压输入端上均连接一个电容分压器，电容分压器分别通过线路与输出电容的一端相连接，输出电容的另一端为零电势端，输出电容与能调整和补偿输出电容电压的调节模块的输入端并联在一起，调节模块的输出端即为零序电压信号输出端。本发明的优点在于：将三相电容分压器引入到V‑V接线方式连接的电压互感器组合中，使双电压互感器组合能够在外形尺寸保持不变的前提下，提供零序电压信号，结构简单，占用空间小，制作成本低；发生击穿故障概率低，能及时预警，维修更换效率十分高。

Description

一种带零序电压输出功能的组合电压互感器
技术领域
本发明涉及一种电压互感器技术领域，尤其指一种带零序电压输出功能的组合电压互感器。
背景技术
现有一种申请号为CN201420836461.8名称为《环网柜用组合电压互感器》的中国实用新型专利公开了一种环网柜用组合电压互感器，包括电压互感器线圈、浇铸体，其特征在于在浇铸体内部设置两个电压互感器线圈，两线圈按V-V方式连接，形成三相组合电压互感器，组合电压互感器的三个高压接线端子为插接式锥形接头，与带锥形孔的环网柜电缆接头紧密配合，锥体内设置有与互感器线圈和电缆接头电连接的熔断器。其特点是：产品体积小，重量轻，一次高压端子位于电缆肘头内，且表面处于零电位，减小了电压互感器的安装空间，插接式连接安装拆卸方便，运行安全可靠。然而，该电压互感器无法提供零序电压信号，因此该电压互感器的结构还需进一步改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种结构简单，占用空间小，制作成本低，能提供零序电压信号的一种带零序电压输出功能的组合电压互感器。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：本带零序电压输出功能的组合电压互感器，包括由两个电压互感器以V-V接线方式连接而成的双电压互感器组合，其特征在于：在所述双电压互感器组合的每一相高压输入端上均连接一个电容分压器，所述电容分压器分别通过线路与输出电容的一端相连接，所述输出电容的另一端为零电势端，所述输出电容与能调整和补偿输出电容电压的调节模块的输入端并联在一起，所述调节模块的输出端即为零序电压信号输出端。
作为改进，所述双电压互感器组合可优选与电容分压器经环氧树脂浇注为整体结构，所述输出电容与调节模块连接在所述的整体结构上。
进一步改进，任一电容分压器包括串联设置在一起的两个分压电容。
进一步改进，所述电容分压器可优选还包括能减少双电压互感器组合磁场干扰的上屏蔽板与下屏蔽板，两个分压电容中的上电容经线路与上屏蔽板相连接，所述上屏蔽板经线路与对应高压输入端相连接，两个分压电容中的下电容的下端与下屏蔽板相连接，所述下屏蔽板经线路与输出电容相连接。
进一步改进，所述的分压电容可优选是由抗高压陶瓷制作而成的陶瓷电容，在所述陶瓷电容的表面涂有一层有弹性能缓冲的硅橡胶层，所述陶瓷电容经硅橡胶层与形成整体结构的环氧树脂相连接。
进一步改进，任一电容分压器与距离最近的双电压互感器组合的线圈的距离可优选大于等于50mm。
作为改进，所述双电压互感器组合的具体结构可优选为，第一线圈组与第二线圈组能相互感应地套置在第一铁芯上，第一线圈组的一端经线路与A相高压输入端相连接，第一线圈组的另一端经线路与B相高压输入端相连接，所述第二线圈组与第一低压信号输出端相连接，第三线圈组与第四线圈组能相互感应地套置在第二铁芯上，第三线圈组的一端经线路与B相高压输入端相连接，第三线圈组的另一端经线路与C相高压输入端相连接，所述第四线圈组与第二低压信号输出端相连接，在所述的A相高压输入端、B相高压输入端、C相高压输入端上均连接一个电容分压器，三个电容分压器分别通过线路与输出电容相连接。
进一步改进，所述A相高压输入端、B相高压输入端、C相高压输入端可优选间隔地并列设置在整体结构的上部，在与任一相高压输入端相对应的整体结构上均能脱卸地设置有一个对应的熔断器，任一相高压输入端经对应的熔断器与高压电缆相接通。
进一步改进，所述熔断器可优选为棒状熔断器，所述棒状熔断器插置在整体结构上部的熔断器安装孔中，在熔断器安装孔的底面上设置有能导电的嵌合件，所述嵌合件经线路与对应的电容分压器相连接，在所述嵌合件上设置有能顶出棒状熔断器的顶出弹簧，当棒状熔断器插置在熔断器安装孔中时，所述棒状熔断器的一端顶触在顶出弹簧上使顶出弹簧收缩压紧，在熔断器安装孔的开口中能脱卸地设置有快速拆装机构，所述棒状熔断器的另一端顶触在快速拆装机构上，在熔断器安装孔的开口上能脱卸地盖置有硅橡胶封盖。
进一步改进，所述棒状熔断器的端部可优选经高压引线与设置在肘型插座端部的安装弹簧相连接，所述肘型插座能与肘型插头连接在一起，在肘型插头的端部设置有肘型插头连接头，当肘型插头套插在肘型插座上时，所述肘型插头连接头挤压安装弹簧而与高压引线相连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在双电压互感器组合的每一相高压输入端上均连接一个电容分压器，将三相电容分压器引入到V-V接线方式连接的电压互感器组合中，使双电压互感器组合能够在外形尺寸保持不变的前提下，提供零序电压信号，结构简单，占用空间小，制作成本低；电容分压器采用双陶瓷电容结构，单体电容上承受电压减半，绝缘裕度大幅增加，发生击穿故障的可能性大幅降低；同时，即使发生了单个电容的击穿，也不会造成整个装置的击穿，不会造成“非停”事故；并且，单个电容击穿后，由于三相的平衡被打破，会产生与线路零序电压相似的预警信号并上送至配电终端，为电力系统适时的安排停电计划完成预防性检修争取到足够的时间；输出电容单独放置，可维修更换，解决电子产品寿命影响装置整体使用的问题；设计有内置保护熔断器的快速拆装机构，将现场装拆熔断器的时间从原来的2～3小时缩短到1分钟，设计十分巧妙，维修更换效率十分高。
附图说明
图1为本发明实施例中电容分压器与双电压互感器组合相结合的电路结构示意图；
图2为本发明实施例中整体结构的正面投影图；
图3是图2中经侧视投影显示A相高压输入端与电容分压器以及输出电容相连接的结构示意图；
图4是三个电压互感器Y型接线方式的电路原理图；
图5为两个电压互感器V-V接线方式的电路原理图；
图6为四个电压互感器4PT接线方式的电路原理图；
图7为本发明实施例中电容分压器产生零序电压信号的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1至图3所示，带零序电压输出功能的组合电压互感器，包括由两个电压互感器以V-V接线方式连接而成的双电压互感器组合，在所述双电压互感器组合的每一相高压输入端上均连接一个电容分压器，所述电容分压器分别通过线路与输出电容18的一端相连接，所述输出电容18的另一端为零电势端，所述输出电容18与能调整和补偿输出电容18电压的调节模块19的输入端并联在一起，所述调节模块19的输出端即为零序电压信号输出端。双电压互感器组合与电容分压器经环氧树脂浇注为整体结构1，所述输出电容与调节模块连接在所述的整体结构1上。任一电容分压器包括串联设置在一起的两个分压电容6。电容分压器还包括能减少双电压互感器组合磁场干扰的上屏蔽板7与下屏蔽板5，两个分压电容6中的上电容经线路与上屏蔽板7相连接，所述上屏蔽板7经线路与对应高压输入端相连接，两个分压电容6中的下电容的下端与下屏蔽板5相连接，所述下屏蔽板5经线路与输出电容18相连接。分压电容6是由抗高压陶瓷制作而成的陶瓷电容，在所述陶瓷电容的表面涂有一层有弹性能缓冲的硅橡胶层，所述陶瓷电容经硅橡胶层与形成整体结构1的环氧树脂相连接。任一电容分压器与距离最近的双电压互感器组合的线圈的距离大于等于50mm。
双电压互感器组合的具体结构为，第一线圈组4与第二线圈组3能相互感应地套置在第一铁芯2上，第一线圈组4的一端经线路与A相高压输入端相连接，第一线圈组4的另一端经线路与B相高压输入端相连接，所述第二线圈组3与第一低压信号输出端17相连接，第三线圈组与第四线圈组能相互感应地套置在第二铁芯上，第三线圈组的一端经线路与B相高压输入端相连接，第三线圈组的另一端经线路与C相高压输入端相连接，所述第四线圈组与第二低压信号输出端相连接，在所述的A相高压输入端、B相高压输入端、C相高压输入端上均连接一个电容分压器，三个电容分压器分别通过线路与输出电容18相连接。A相高压输入端、B相高压输入端、C相高压输入端间隔地并列设置在整体结构1的上部，在与任一相高压输入端相对应的整体结构1上均能脱卸地设置有一个对应的熔断器10，任一相高压输入端经对应的熔断器10与高压电缆相接通。熔断器10为棒状熔断器，所述棒状熔断器插置在整体结构1上部的熔断器安装孔中，在熔断器安装孔的底面上设置有能导电的嵌合件8，所述嵌合件8经线路与对应的电容分压器相连接，在所述嵌合件8上设置有能顶出棒状熔断器的顶出弹簧9，当棒状熔断器插置在熔断器安装孔中时，所述棒状熔断器的一端顶触在顶出弹簧9上使顶出弹簧9收缩压紧，在熔断器安装孔的开口中能脱卸地设置有快速拆装机构11，所述棒状熔断器的另一端顶触在快速拆装机构11上，在熔断器安装孔的开口上能脱卸地盖置有硅橡胶封盖12。棒状熔断器的端部经高压引线13与设置在肘型插座端部的安装弹簧14相连接，所述肘型插座能与肘型插头16连接在一起，在肘型插头16的端部设置有肘型插头连接头15，当肘型插头16套插在肘型插座上时，所述肘型插头连接头15挤压安装弹簧14而与高压引线13相连接。
如图1所示，ZA，ZB，ZC为三个电容分压器，每个电容分压器串联有两个分压电容6，图1中的A点、B点和C点分别与A相电源、B相电源以及C相电源相连接，图1中的Z0就是输出电容18，调节模块19能调整和补偿输出电容18电压，调节模块19的具体电路结构属于现有技术，故不再详细描述。图1中的da点以及dn点代表零序电压信号输出端，a点与b点构成第一低压信号输出端17，b点与c点构成第二低压信号输出端。如图2所示，是环氧树脂浇注后形成的整体结构1，第二线圈组3和第四线圈组均包括两个独立的线圈组，第二线圈组3的一个线圈组对应1a与1b点，第二线圈组3的另一个线圈组对应2a与2b点，同理，第四线圈组的一个线圈对应1b与1c点，第四线圈组的另一个线圈对应2b与2c点，具体接线即为图1所示的接线结构，故不再详细描述。
如图3所示，快速拆装机构11的具体结构属于公知技术，图中采用一块盖板，盖板通过螺钉连接在熔断器安装孔内，铁芯2、第二线圈组3、 第一线圈组4组成一台电压互感器，另一个铁芯与第三线圈组和第四线圈组组成另一台电压互感器，两台电压互感器如图2所示地并列放置，并按照图5所示电气原理图进行接线，高压A、B、C三相分别通过导线引出，图3给出A相的连接示意，通过嵌合件8、顶出弹簧9、与熔断器10连接，快速装拆机构11将熔断器10封闭在熔断器安装孔内，同时，形成电气连接通过高压引线13、安装弹簧14、肘型插头连接头15与肘型插头16中的高压电缆连接，形成完整的高压连接通路。嵌合件8连接导线将高压信号引至抗高压陶瓷制成的分压电容6上极板，陶瓷电容上部设有上屏蔽板7并与高压线相连，下部设有直接接地的下屏蔽板5，三组高压陶瓷电容并列放置，其下极板通过导线沿铁芯2引至输出电容18及调节模块19处，形成零序电压信号的产生并输出的通道。再将铁芯2、线圈组、电容分压器、嵌合件8、高压引线13、低压信号输出端、输出电容18通过环氧树脂绝缘材料整体真空浇注、固化为整体结构1。
工作原理，电压互感器是电力系统中关键设备之一。它能够把电网一次系统中的高电压信号，按照规定的比例，高准确度的转换为标准的低电压信号，用于后接的二次计量、测量、保护系统使用。当前，配电系统电压互感器的使用一般有两种，“Y”接法或“V-V”接法（简称双V），其接线方式如图4和图5所示。对于第一种“Y”型接法，需要3台电压互感器，可以通过二次绕组“开口三角”接法取得零序电压信号。但这种组合产品整体体积很大，而且在配电网的应用中，尤其是在中性点绝缘或非有效接地系统中，当发生单相故障后，非故障相电压会抬升至线电压，此时，非常容易引起电压互感器的铁磁谐振故障，因此，一种如图6所示的抗铁磁谐振型“4PT”接法电压互感器被设计出来。这种“4PT”接法电压互感器是在“Y”型接法的中性点加一台“ON”绕组构成的第4PT，在系统发生单相接地故障后，“ON”绕组负责承担一部分的零序压降，从而完成零序电压测量的任务，并且非故障相绕组上的电压抬升程度受到限制，因此，发生谐振的概率大幅减少。但由于“4PT”结构比“Y”型接法又增加了一个电压互感器，体积进一步加大，在实际应用中对环网柜或开关柜等设备的安装空间有着较高的要求，没有办法做到“通用”化；并且由于这种产品二次接线头较多，现场施工时接错线导致二次短路故障的几率更高，对安装人员的要求也有所提升。因此，环网柜等中压开关柜通常采用第二种“V-V”接法。这种接法只需要两台电压互感器，体积小，成本也相对较低，但这种结构无法提供零序电压信号。当前，随着国网公司“一二次融合”项目的开展，配网自动化“单相接地故障判定与寻址”技术方案也在不断的推广，基于零序电压和零序电流波形采集与处理的暂态小信号处理逻辑获得大量应用，为此，这种双V结构的产品已无法适应当前配电网自动化的需求。而且，开关柜小型化的需求，要求把高压熔断保护内置到互感器本体中，采用肘型电缆插头连接，但这种结构现场更换熔管困难，因此开发一种安装、维护方便，小型化，可以提供零序电压信号的双V结构组合电压互感器是当前配电网急需的产品。
本发明针对上述存在的缺点，提供了一种一次肘型电缆插头连接、带熔断器快速安装机构、可提供零序电压信号的组合电压互感器，满足了电网公司“一二次融合”改造、升级对零序电压信号的需要，而且，体积小、成本低、安装维护方便快捷、抗铁磁谐振能力强的新型双V结构组合电压互感器。
原理分析：采用电容分压原理，通过三相组合产生零序电压信号，如图7所示，具体分析如下：
假定A相高压臂阻抗为ZA，其两端电压为 A，B相高压臂阻抗为ZB，其两端电压为 B，C相高压臂阻抗为ZC，其两端电压为 C， ZA=ZB=ZC=Z1，那么对于调整单元输入端的电压有：
(1)
即
(2)
从式(2)可以看出，即为按一定比例输出的零序电压，再通过调整电路，对输出信号进行调整、补偿，得到满足准确度要求的零序电压信号。
将这一设计方案与传统的双电压互感器组合相结合，形成如下产品，原理如图1所示，结构如图2和图3所示。
在双电压互感器组合的高压输入端，引出A、B、C三相电压，每相设有两个串联的高压陶瓷电容，三相并联，在连接点接二次分压电容，取二次分压电容两端的电压，通过调整模块输出零序电压信号。高压采用两个高压陶瓷电容串联结构，相比传统电容分压的电压互感器，高压电容多了一级串联结构，单体电容上承受电压减半，绝缘裕度大幅增加，发生击穿故障的可能性大幅降低。同时，即使发生了单个电容的击穿，也不会造成整个传感器的击穿，不会造成“非停”事故；并且，单个电容击穿后，由于三相的平衡被打破，会产生与线路零序电压相似的预警信号并上送至配电终端(DTU/FTU)，为电力系统适时的安排停电计划完成预防性检修争取到足够的时间。高压电容表面喷涂硅橡胶，形成弹性缓冲层，保证高压电容表面与外部环氧树脂浇注绝缘可靠接触，防止沿面爬电击穿事故的发生。高压电容与双电压互感器组合之间有足够的绝缘距离，并且在高压电容上下设置屏蔽板，确保双电压互感器组合运行时的电磁场对电容量不产生影响。输出电容引出到低压输出端的侧面，随时可进行检修、更换，有效的解决了电子元件寿命与电力设备自身不匹配，影响推广、使用的难题。高压输入端设计为与肘型插头相连接的绝缘支柱，通过内置导线与肘型插头进行电气连接。将传统产品在肘型插头内部装配的保护熔断器移出，在产品顶部设计有带快速装拆机构的熔断器室，将装、拆熔断器的时间从传统产品的2～3小时缩短到1分钟。
采用本发明提出的技术解决方案，利用植入电容分压器，实现了双V接法的电压互感器，能够采集到零序电压信号，满足智能电网的需求，同时，设计有内置熔断器快速装拆机构，方便配电网的运行和维护。更主要的是，这个技术方案是在不改变原有产品外形尺寸的前提下完成的，对配电网的推广和改造至关重要！
于本发明实施例中，提供了一种高压电容分压器组合产生零序电压信号的技术方案，并且将其植入到现有已经批量应用的双V结构电压互感器中。
于本发明实施例中，提供了三组电容分压器组合产生零序电压的技术方案，在满足提供零序信号的同同时，杜绝了产品铁磁谐振发生的风险。
于本发明实施例中，电容分压器高压采用双陶瓷电容结构，解决击穿后高电压损坏二次设备的难题，并且实现了快速报警。
于本发明实施例中，电容分压器与双V本体电气部分绝缘距离≥50mm，保证其电气性能及可靠运行能力。
于本发明实施例中，在高压电容上下设置屏蔽板，上屏蔽板与高压引线相连，下屏蔽板接地，形成区域均匀电磁场，确保双V本体运行时的电磁场对电容量不产生影响。
于本发明实施例中，电容分压器高压陶瓷电容表面喷涂硅橡胶，形成弹性缓冲层，保证高压电容表面与外部环氧树脂浇注绝缘可靠接触，防止沿面爬电击穿事故的发生。
于本发明实施例中，低压电容放置在二次端子盒侧面，可随时维修、更换，保证电子元件的寿命问题不影响设备本身的运行。
于本发明实施例中，将内置保护熔断器从肘型插头中移出，放置在产品顶部，设有快速装拆机构，将装、拆熔断器的时间从传统产品的2～3小时缩短到1分钟。
本发明的有益效果是：将三相电容分压器引入到双V结构电压互感器中，使其能够在外形尺寸保持不变的前提下，提供零序电压信号；电容分压器采用双陶瓷电容结构，解决运行风险并做到及时报警；低压电容单独放置，可维修更换，解决电子产品寿命影响本体使用的问题；设计有内置保护熔断器快速装拆机构，将现场装拆熔断器的时间从原来的2～3小时缩短到1分钟。

Claims (10)

1.一种带零序电压输出功能的组合电压互感器，包括由两个电压互感器以V-V接线方式连接而成的双电压互感器组合，其特征在于：在所述双电压互感器组合的每一相高压输入端上均连接一个电容分压器，所述电容分压器分别通过线路与输出电容(18)的一端相连接，所述输出电容(18)的另一端为零电势端，所述输出电容(18)与能调整和补偿输出电容(18)电压的调节模块(19)的输入端并联在一起，所述调节模块(19)的输出端即为零序电压信号输出端。
2.根据权利要求1所述的组合电压互感器，其特征在于：所述双电压互感器组合与电容分压器经环氧树脂浇注为整体结构(1)，所述输出电容与调节模块连接在所述的整体结构(1)上。
3.根据权利要求2所述的组合电压互感器，其特征在于：任一电容分压器包括串联设置在一起的两个分压电容(6)。
4.根据权利要求3所述的组合电压互感器，其特征在于：所述电容分压器还包括能减少双电压互感器组合磁场干扰的上屏蔽板(7)与下屏蔽板(5)，两个分压电容(6)中的上电容经线路与上屏蔽板(7)相连接，所述上屏蔽板(7)经线路与对应高压输入端相连接，两个分压电容(6)中的下电容的下端与下屏蔽板(5)相连接，所述下屏蔽板(5)经线路与输出电容(18)相连接。
5.根据权利要求3所述的组合电压互感器，其特征在于：所述的分压电容(6)是由抗高压陶瓷制作而成的陶瓷电容，在所述陶瓷电容的表面涂有一层有弹性能缓冲的硅橡胶层，所述陶瓷电容经硅橡胶层与形成整体结构(1)的环氧树脂相连接。
6.根据权利要求2所述的组合电压互感器，其特征在于：任一电容分压器与距离最近的双电压互感器组合的线圈的距离大于等于50mm。
7.根据权利要求2至6中任一所述的组合电压互感器，其特征在于：所述双电压互感器组合的具体结构为，第一线圈组(4)与第二线圈组(3)能相互感应地套置在第一铁芯(2)上，第一线圈组(4)的一端经线路与A相高压输入端相连接，第一线圈组(4)的另一端经线路与B相高压输入端相连接，所述第二线圈组(3)与第一低压信号输出端(17)相连接，第三线圈组与第四线圈组能相互感应地套置在第二铁芯上，第三线圈组的一端经线路与B相高压输入端相连接，第三线圈组的另一端经线路与C相高压输入端相连接，所述第四线圈组与第二低压信号输出端相连接，在所述的A相高压输入端、B相高压输入端、C相高压输入端上均连接一个电容分压器，三个电容分压器分别通过线路与输出电容(18)相连接。
8.根据权利要求7所述的组合电压互感器，其特征在于：所述A相高压输入端、B相高压输入端、C相高压输入端间隔地并列设置在整体结构(1)的上部，在与任一相高压输入端相对应的整体结构(1)上均能脱卸地设置有一个对应的熔断器(10)，任一相高压输入端经对应的熔断器(10)与高压电缆相接通。
9.根据权利要求8所述的组合电压互感器，其特征在于：所述熔断器(10)为棒状熔断器，所述棒状熔断器插置在整体结构(1)上部的熔断器安装孔中，在熔断器安装孔的底面上设置有能导电的嵌合件(8)，所述嵌合件(8)经线路与对应的电容分压器相连接，在所述嵌合件(8)上设置有能顶出棒状熔断器的顶出弹簧(9)，当棒状熔断器插置在熔断器安装孔中时，所述棒状熔断器的一端顶触在顶出弹簧(9)上使顶出弹簧(9)收缩压紧，在熔断器安装孔的开口中能脱卸地设置有快速拆装机构(11)，所述棒状熔断器的另一端顶触在快速拆装机构(11)上，在熔断器安装孔的开口上能脱卸地盖置有硅橡胶封盖(12)。
10.根据权利要求9所述的组合电压互感器，其特征在于：所述棒状熔断器的端部经高压引线(13)与设置在肘型插座端部的安装弹簧(14)相连接，所述肘型插座能与肘型插头(16)连接在一起，在肘型插头(16)的端部设置有肘型插头连接头(15)，当肘型插头(16)套插在肘型插座上时，所述肘型插头连接头(15)挤压安装弹簧(14)而与高压引线(13)相连接。
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