CN111141942A - 一种倒置式宽频电压互感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种倒置式宽频电压互感器，适用于输电线路/高压母线上，其包括测量电极(1)、屏蔽电极(2)、支撑杆(3)、测量电极；屏蔽电极(2)为中空的圆桶形，(1)通过支撑杆(3)固定于屏蔽电极(2)内部，且测量电极(1)的厚度与支撑杆(3)的高度之和小于所述屏蔽电极(2)的高度；互感器用于基于测量电极(1)和屏蔽电极(2)各自的对地杂散电容实现电力电子设备宽频电压的测量，环境适应性强，且能够实现宽频电压的测量；分压比较为稳定，测量精度高；而且无需复杂的绝缘及支撑结构，可以直接吊挂在输电线路、母线等高压设备下，结构简单、体积重量显著降低，安装简便。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统自动化技术领域，具体涉及一种倒置式宽频电压互感器。
背景技术
电压互感器用于为低压侧的测量仪表提供测量信号，其按照原理可分为电磁式电压互感器、分压式电压互感器和电子式电压互感器，在高电压等级的电网中，主要采用分压器和测量单元组成的电压互感器。
现有的电压互感器分压器一般采用电阻分压器、阻容分压器或电容分压器；1)对于电阻分压器和阻容分压器，由于电阻分压器的电阻较大，阻容分压器的电容较大，接入电力电子设备后会改变电力电子设备的电位分布，并且由实体电阻/电容构成的电阻分压器/阻容分压器的纵向尺寸和体积均较大，需要复杂的绝缘支撑结构，成本高，环境适应性差；2)电容分压器由串联的高压臂电容和低压臂电容构成，由于高压臂电容容值较大，一般在几百到几千pF，电容分压器暂态性能较差，难以实现宽频电压的测量，且需要绝缘支撑，价格、成本较高，不适用于分布式测量。
发明内容
为了克服上述现有技术中不便于安装、环境适应性差和难以实现宽频电压的测量的不足，本发明提供一种倒置式宽频电压互感器，固定于输电线路/高压母线上，其包括测量电极(1)屏蔽电极、(2)支撑杆、(3)测量电极；屏蔽电极(2)为中空的圆桶形，(1)通过支撑杆(3)固定于屏蔽电极(2)内部，且测量电极(1)的厚度与支撑杆(3)的高度之和小于所述屏蔽电极(2)的高度；互感器用于基于测量电极(1)和屏蔽电极(2)各自的对地杂散电容实现电力电子设备宽频电压的测量，便于安装，环境适应性强，且能够实现宽频电压的测量。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一方面，本发明提供一种倒置式宽频电压互感器，固定于输电线路/高压母线上，其包括测量电极(1)、屏蔽电极(2)和支撑杆(3)；
屏蔽电极(2)为中空的圆桶形；所述测量电极(1)通过支撑杆(3)固定于屏蔽电极(2)内部，且测量电极(1)的厚度与支撑杆(3)的高度之和小于所述屏蔽电极(2)的高度；
所述互感器用于基于测量电极(1)和屏蔽电极(2)各自的对地杂散电容实现电力电子设备宽频电压的测量。
所述测量电极(1)为圆形。
还包括测量电容C、消谐电阻R、第一屏蔽引线和第二屏蔽引线；
所述消谐电阻R一端通过第一屏蔽引线连接测量电极(1)，其另一端连接测量电容C的正极，所述测量电容C的负极通过第二屏蔽引线连接屏蔽电极(2)。
还包括信号输出板；
所述测量电容C和消谐电阻R均固定在信号输出板上。
所述测量电极(1)和屏蔽电极(2)均采用金属材质，所述支撑杆(3)采用绝缘材质。
所述金属材质采用铁、铜或铝，所述绝缘材质采用环氧树脂或PVC。
所述测量电极(1)与支撑杆(3)之间、所述屏蔽电极(2)与支撑杆(3)之间均通过螺栓连接。
所述测量电极(1)距离水平面的高度大于测量电极(1)直径的10倍。
所述屏蔽电极(2)的对地杂散电容和测量电极(1)的对地杂散电容各自的容值之间满足：
Ca/Cb＝Cm/Cs
其中，Ca为屏蔽支路中设置的匹配电容的容值，Cb为屏蔽电极(2)的对地杂散电容的容值，Cm为测量支路中测量电容的容值，Cs为测量电极(1)的对地杂散电容的容值。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的倒置式宽频电压互感器适用于输电线路/高压母线，其包括测量电极(1)、屏蔽电极(2)和支撑杆(3)；屏蔽电极(2)为中空的圆桶形，测量电极(1)通过支撑杆(3)固定于屏蔽电极(2)内部，且测量电极(1)的厚度与支撑杆(3)的高度之和小于所述屏蔽电极(2)的高度；互感器用于基于测量电极(1)和屏蔽电极(2)各自的对地杂散电容实现电力电子设备宽频电压的测量，便于安装，环境适应性强，且能够实现宽频电压的测量；
本发明提供的倒置式宽频电压互感器本身电容值较小，测量支路简单，无需额外的电磁单元即可实现电压直接测量，可实现宽频电压测量，满足电力系统对暂态电压测量的要求；
本发明提供的倒置式宽频电压互感器利用对地杂散电容作为高压臂，在满足孤立导体效应情况下，对地杂散电容只与测量电极尺寸、离地高度相关，与环境温度等外部因素无关，分压器整体分压比较为稳定，测量精度高；
本发明提供的倒置式宽频电压互感器无需复杂的绝缘及支撑结构，可以直接吊挂在输电线路、母线等高压设备下，结构简单，体积重量显著降低，成本低。
附图说明
图1是本发明实施例中倒置式宽频电压互感器结构图；
图2是本发明实施例中倒置式宽频电压互感器原理图；
图中，1、测量电极，2、屏蔽电极，3、支撑杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例提供一种倒置式宽频电压互感器，固定于输电线路/高压母线上，如图1所示，其包括测量电极1、屏蔽电极2和支撑杆3；
测量电极1为圆形，屏蔽电极2为中空的圆桶形；
测量电极1通过支撑杆3固定于屏蔽电极2内部，且测量电极1的厚度与支撑杆3的高度之和小于屏蔽电极2的高度，即测量电极1距离地面的高度大于屏蔽电极2下边缘距离地面的高度。
互感器用于基于测量电极1和屏蔽电极2各自的对地杂散电容实现电力电子设备宽频电压的测量。
在现场应用中，由于被测体多为表面具有多导体、多电位的复杂环境，例如：平行排列的三相线路，相邻线路与测量电极间也存在杂散电容，相邻线路电压也会在测量电极产生耦合电压，影响测量精度，因此本发明实施例中的屏蔽电极2用于对测量电极1进行保护，避免输电线路/高压母线周围带电体对互感器的测量精度造成影响。
还包括测量电容C、消谐电阻R、第一屏蔽引线和第二屏蔽引线；
消谐电阻R一端通过第一屏蔽引线连接测量电极1，其另一端连接测量电容C的正极，测量电容C的负极通过第二屏蔽引线连接屏蔽电极2。
还包括信号输出板；
测量电容C和消谐电阻R均固定在信号输出板上。
测量电极1和屏蔽电极2均采用金属材质，支撑杆3采用绝缘材质。
金属材质采用铁、铜或铝，绝缘材质采用环氧树脂或PVC。
测量电极1与支撑杆3之间、屏蔽电极2与支撑杆3之间均通过螺栓连接。
当导体附近没有其他的带电体或导体时，可视为孤立导体，其对地杂散电容只与导体尺寸及离地高度有关，与导体电量和电势无关。当离地高度大于其最大尺寸的10倍后，其对地杂散电容量基本固定，并且对地杂散电容不会因环境(实验室或是户外)的变化而有显著变化。本发明实施例中测量电极1距离水平面的高度大于测量电极1直径的10倍，测量电极1等效为孤立导体，孤立导体对地杂散电容是相对固定，且与温度等因素基本无关，因此，可利用杂散电容组成电容分压器的高压臂；同时，测量电极1的对地杂散电容与测量支路中测量电容串联构成测量支路，屏蔽电极2的对地杂散电容与匹配电容串联形成屏蔽支路，为了屏蔽邻近测量电极1及电场对测量电极的影响，在测量回路的外侧设置屏蔽支路，进而形成等电位屏蔽结构，进一步增强测量支路的准确性。
本发明实施例提供的宽频电压互感器工作原理如图2所示，测量电极1与屏蔽电极2之间的极间电容为Cr；测量电极1的对地杂散电容的容值为Cs，屏蔽电极2的对地杂散电容的容值为Cb，屏蔽支路中设置的匹配电容的容值为Ca，假设测量支路中测量电容的容值为Cm，测量电极1的对地杂散电容与测量支路中测量电容串联，构成测量支路，屏蔽电极2的对地杂散电容与匹配电容串联，构成屏蔽支路，则屏蔽电极2的对地杂散电容和测量电极1的对地杂散电容各自的容值之间满足：
Ca/Cb＝Cm/Cs
其中，Ca为屏蔽支路中设置的匹配电容的容值，Cb为屏蔽电极2的对地杂散电容的容值，Cm为测量支路中测量电容的容值，Cs为测量电极1的对地杂散电容的容值。
由于屏蔽支路的保护，使得测量电极1的对地杂散电容处于等电位屏蔽保护下，周围带电体与电容分压装置之间的杂散电容仅影响匹配电容的值(由于相邻导体与屏蔽罩之间的电容一般为PF级，而匹配电容一般在nF级，因此匹配电容变换也极小)，而不影响测量电极1的对地杂散电容，从而保证测量电极1的对地杂散电容的稳定性。
通过测量电容的容值Cm，即可得到宽频电压互感器的高压侧电压，分压比为：
U1为测量电容的电压，U0为宽频电压互感器的高压侧电压。为避免测量电极1的对地杂散电容、测量电容与高压引线形成串联，测量支路增加了消谐电阻，为保持变比不便，消谐电阻分为R1和R2，R2/R1＝Cm/Cs。
发明实施例中测量电极1为圆形电极，其直径为500mm，厚度为2mm，采用铝制成，其离地高度大于5米以后，对地杂散电容基本稳定在1.5PF左右，如安装高度与计算距离相距1m时，其引起的变比误差约为0.4％。屏蔽电极2为圆桶形，其直径为1000mm，高度为500mm，测量电极1安装深度为150mm，即测量电极1距离屏蔽电极2下沿150mm。测量电极1和屏蔽电极2边沿均有防电晕措施，得到的Cs约为1.45pF，Cb约为56.45pF，Cr约为27pF，根据所需变比，即可得到对应Cm及Ca。
本发明实施例基于孤立导体效应，利用测量电极1的对地杂散电容基本固定，且基本不受环境影响的特点，利用对地杂散电容构建电容值稳定的高压臂，即倒置式，省略了复杂绝缘支撑结构，且本发明实施例利用屏蔽电极2构造等电位屏蔽，抑制了邻近导体及电场对测量支路的影响。在等电位屏蔽结构下，邻近导体与屏蔽支路间的杂散电容仅影响匹配电容的容值，而匹配电容由于电容值较大，相对影响较低。
为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种倒置式宽频电压互感器，其特征在于，固定于输电线路/高压母线上，其包括测量电极(1)、屏蔽电极(2)和支撑杆(3)；
所述屏蔽电极(2)为中空的圆桶形；
所述测量电极(1)通过支撑杆(3)固定于屏蔽电极(2)内部，且测量电极(1)的厚度与支撑杆(3)的高度之和小于所述屏蔽电极(2)的高度；
所述互感器用于基于测量电极(1)和屏蔽电极(2)各自的对地杂散电容实现电力电子设备宽频电压的测量。
2.根据权利要求1所述的倒置式宽频电压互感器，其特征在于，所述测量电极(1)为圆形。
3.根据权利要求1所述的倒置式宽频电压互感器，其特征在于，还包括测量电容C、消谐电阻R、第一屏蔽引线和第二屏蔽引线；
所述消谐电阻R一端通过第一屏蔽引线连接测量电极(1)，其另一端连接测量电容C的正极，所述测量电容C的负极通过第二屏蔽引线连接屏蔽电极(2)。
4.根据权利要求3所述的倒置式宽频电压互感器，其特征在于，还包括信号输出板；
所述测量电容C和消谐电阻R均固定在信号输出板上。
5.根据权利要求1所述的倒置式宽频电压互感器，其特征在于，所述测量电极(1)和屏蔽电极(2)均采用金属材质，所述支撑杆(3)采用绝缘材质。
6.根据权利要求5所述的倒置式宽频电压互感器，其特征在于，所述金属材质采用铁、铜或铝，所述绝缘材质采用环氧树脂或PVC。
7.根据权利要求1所述的倒置式宽频电压互感器，其特征在于，所述测量电极(1)与支撑杆(3)之间、所述屏蔽电极(2)与支撑杆(3)之间均通过螺栓连接。
8.根据权利要求1所述的倒置式宽频电压互感器，其特征在于，所述测量电极(1)距离零电位水平面的高度大于测量电极(1)直径的10倍。
9.根据权利要求1所述的倒置式宽频电压互感器，其特征在于，所述屏蔽电极(2)的对地杂散电容和测量电极(1)的对地杂散电容各自的容值之间满足：
Ca/Cb＝Cm/Cs
其中，Ca为屏蔽支路中设置的匹配电容的容值，Cb为屏蔽电极(2)的对地杂散电容的容值，Cm为测量支路中测量电容的容值，Cs为测量电极(1)的对地杂散电容的容值。
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| CN202010024292.8A CN111141942A (zh) | 2020-01-10 | 2020-01-10 | 一种倒置式宽频电压互感器 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113960355A (zh) * | 2021-10-21 | 2022-01-21 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 一种基于非接触式传感器的宽频电压监测装置 |
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2020
- 2020-01-10 CN CN202010024292.8A patent/CN111141942A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113960355A (zh) * | 2021-10-21 | 2022-01-21 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 一种基于非接触式传感器的宽频电压监测装置 |
| CN113960355B (zh) * | 2021-10-21 | 2024-05-17 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 一种基于非接触式传感器的宽频电压监测装置 |
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