CN112180137B - 一种高精度的电容分压式电压互感器的电压测量方法 - Google Patents

Abstract

一种高精度的电容分压式电压互感器的电压测量方法，包括测量高压电容和测量低压电容串联而成的测量分压支路，测量分压支路连接在待测高压线和接地线之间且平行于待测高压线，其特征在于：设置有参考高压电容和参考低压电容串联而成的参考分压支路，参考分压支路同样连接在待测高压线和接地线之间，且参考分压支路平行于测量分压支路以及待测高压线，自测量高压电容和测量低压电容之间引出第一分压信号，自参考高压电容和参考低压电容之间引出第二分压信号。在本高精度的电容分压式电压互感器的电压测量方法中，通过设置参考分压支路，实现了对高压寄生电容电容值的计算，并进一步实现了对电压互感器测量值的校正，提高了测量精度。

Description

一种高精度的电容分压式电压互感器的电压测量方法

技术领域

一种高精度的电容分压式电压互感器的电压测量方法，属于电气工程测量技术领域。

背景技术

在电力系统中测量高电压时，通常使用电容分压或电阻分压将待测的高电压变为小电压信号以方便二次设备进行测量，其中电容分压方式的电压互感器相比较电阻分压方式的电压互感器可以消除对线路阻抗的影响，但是无论电电阻分压还是电容分压方式，寄生电容的存在均是造成测量误差的主要原因。

对电容分压式电压互感器而言，电容分压实现电压测量的原理为：使用一个高压电容(pF级)和一个低压电容串联(nF级)，高压电容与待测高压侧连接，低压电容与大地连接，高压信号被分压后将在低压电容上得到一个小电压信号，二次设备对该小电压信号采样即可计算出待测高电压的大小。

由于高压电容与高压导线之间、高压和低压电容之间以及低压电容与大地之间均通过导线连接，因此这些导线与高压导线和大地之间均会存在寄生电容，对高压导线之间的寄生电容叫做对高压寄生电容，记做C_h，对大地之间的寄生电容叫做对地寄生电容，记做C_g。在实际中，高压导线、大地、高压电容、低压电容的不同位置所产生的寄生电容的大小不同，且不同结构的电压互感器，两种电容的影响也不同，具体而言：

如图2所示是其中一种电路结构的电压互感器，这种结构的电压互感器，高压电容C₁和低压电源C₂串联后并联在母线与接地线之间，高压电容C₁和低压电源C₂组成的串联线路垂直于母线。其中电容C_h1～C_hn代表每单位长度的对高压寄生电容，C_g1～C_gn代表每单位长度的对地寄生电容，将C_h1～C_hn的所有对高压寄生电容记做电容C_h，将C_g1～C_gn的所有对地寄生电容记做电容C_g。电容C_h的存在将使得流过低压电容C₂的电流除了正常的由母线流经高压电容C₁和低压电容C₂进入大地的电流外，额外增加了由母线经C_h流入高压电容C₂的电流，这样会导致在高压电容C₂上的电压比实际值偏大；同理，电容C_g的存在将使得流过低压电容C₂的电流由本来正常的由母线流经高压电容C₁和低压电容C₂进入大地的电流减少，减少的电流将经电容C_g流入大地，这样会导致在低压电容C₂上的电压比实际值偏小。由此可见，C_g、C_h的存在即是影响测量精度的原因。

若电容C_g和电容C_h恰好相等，即可使得额外流入低压电容C₂的电流和流出低压电容C₂的电流相抵消，此时寄生电容对测量精度没有影响，若电容C_h相对较大，则会使低压电容C₂的额外流入电流大于流出电流，会使得低压电容C₂上的电压偏大；反之，若电容C_g相对较大，则会使低压电容C₂上的电压偏小。在现有技术中，解决寄生电容对图2所示结构电压互感器影响的解决方案是在高压侧和接地侧增加均压环或屏蔽罩，使电容C_g和电容C_h尽可能相等，但是这种解决方式只适用于图2所示结构的电压互感器，因此适用性较差。

如图3所示是另外一种电路结构的电压互感器，在这种结构的电压互感器中，高压电容C₁和低压电源C₂组成的串联线路平行于母线，这种结构的电压互感器主要为了兼容现有配电变压器的安装方式。图3所示结构的电压互感器使得两个串联电容的一侧出现了一段长度较长的等电位体，这种结构使得对高压线侧的高压电容C_h和对大地的低压电容C_g在数值上相差很大，因此也就无法在高压侧和大地侧使用均压环或屏蔽罩达到使C_h和C_g相等的目的。

根据导线之间寄生电容的计算方法，在图3所示的电压互感器电路结构中，与母线之间的对高压寄生电容C_h的大小要明显大于对接地点的对地寄生电容C_g，在这种结构中，流入低压电容C₂的额外电流要远远大于流出的电流。因此在图3所示的电路结构中，可以视为仅存在对高压导线侧的等效高压寄生电容C_h。

在现有技术中，解决寄生电容对图3所示结构电压互感器影响的解决方案是在产品出厂前，测量出每一套电压互感器的实际误差，再配合终端对该互感器设置一个专用校正系数，这种方法无疑增大了测试人员的工作量；更重要的是，该互感器安装到配电变压器后，不同的配电变压器有不同的运行环境，尤其是外部电场的影响，这会使得出厂之前写入低压侧终端的校正系统不再适用，而使用现场校正的方法显示在实际应用中无法实施，因此给上述产品的应用精度难以保证。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过设置参考分压支路，实现了对高压寄生电容电容值的计算，并进一步实现了对电压互感器测量值的校正，提高了测量精度，且适用性更广的高精度的电容分压式电压互感器的电压测量方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该高精度的电容分压式电压互感器，包括测量高压电容和测量低压电容串联而成的测量分压支路，测量分压支路连接在待测高压线和接地线之间，测量分压支路平行于待测高压线，其特征在于：设置有参考高压电容和参考低压电容串联而成的参考分压支路，参考分压支路同样连接在待测高压线和接地线之间，且参考分压支路平行于测量分压支路以及待测高压线，自测量高压电容和测量低压电容之间引出第一分压信号，自参考高压电容和参考低压电容之间引出第二分压信号。

优选的，所述的测量高压电容的电容值不等于参考高压电容的电容值，且测量低压电容的电容值不等于参考低压电容的电容值。

优选的，所述测量高压电容与测量低压电容的电容值之和等于参考高压电容与参考低压电容的电容值之和。

优选的，所述测量分压支路和参考分压支路采用相同导体连接而成。

一种电压测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，对测量分压支路和参考分压支路进行采用，分别得到第一分压信号和第二分压信号的测量值；

步骤2，求得测量分压支路或参考分压支路中高压寄生电容的电容值；

步骤3，根据校正公式对高压寄生电容的电容值对第一分压信号或第二分压信号的测量值进行校正，并输出校正值。

优选的，步骤2中所述高压寄生电容的计算公式为：

其中，C_h和C_h’分别表示测量分压支路和参考分压支路中高压寄生电容的电容值，U₁表示第一分压信号的测量值，U₂表示第二分压信号的测量值，C₁和C₁’分别表示测量高压电容和参考高压电容。

优选的，步骤2中所述的校正公式为：

其中，C_h表示测量分压支路中高压寄生电容的电容值，U₁表示第一分压信号的测量值，C₁表示测量高压电容。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

在本高精度的电容分压式电压互感器的电压测量方法中，通过设置参考分压支路，实现了对高压寄生电容电容值的计算，并进一步实现了对电压互感器测量值的校正，提高了测量精度，且适用性更广。并且由于可以计算得到效高压寄生电容的电容值，因此无需在出厂前对产品的误差进行逐一测量，大大降低了测试人员的工作量，同时也不会受到配电变压器实际运行之后现场环境的影响。

附图说明

图1为高精度的电容分压式电压互感器电路原理图。

图2～3为现有技术电容分压式电压互感器电路原理图。

具体实施方式

图1是本发明的最佳实施例，下面结合附图1对本发明做进一步说明。

一种高精度的电容分压式电压互感器，包括外壳体以及设置在外壳体内的测量电路，如图1所示，测量电路包括电容C₁～C₂以及电容C₁’～C₂’，电容C₁一端连接母线(待测高压线)，另一端串联电容C₂后接地，电容C₁’的一端连接母线，另一端串联电容C₂’后接地。在电容C₁～C₂串联组成的支路中，电容C₁和电容C₁’为相应支路中pF级的高压电容，电容C₂和电容C₂’为相应支路中nF级的低压电容。电容C₁～C₂以及电容C₁’～C₂’串联而成的支路均平行于母线。电容C₁～C₂分别为现有技术中测量高电压时的高压电容和低压电容，为方便描述，将电容C₁命名为测量高压电容，将电容C_2命名为测量低压电容，同时将电容C₁’命名为参考高压电容，将电容C₂’命名为参考低压电容。

在电容类型(电容材料、体积)的选择中，高压电容C₁和高压电容C₁’使用类型相同的电容，高压电容C₂和高压电容C₂’使用类型相同的电容，在电容值的选择中，高压电容C₁和高压电容C₁’的电容值不同，即高压电容C₁≠高压电容C₁’，同时高压电容C₂和高压电容C₂’的电容值不同，即低压电容C₂≠低压电容C₂’，但C₁+C₂＝C₁’+C₂’。

电容C₁～C₂串联而成的支路与C₁’～C₂’串联而成的支路使用相同的导体连接，具体包括导体的材料、粗细、各段导体的长度，且两个串联支路与母线的距离相同。由上述可知，在两个串联支路中，距离母线的高压寄生电容大小相等，即C_h＝C_h’。

由上述可知，在电容C₁～C₂串联而成的支路中，电容C₂处分压U₁的大小为：

同理，在电容C₁’～C₂’串联而成的支路中，电容C₂处分压U₂的大小为：

公式(1)和公式(2)中，U_s表示母线电压。

由于C₁+C₂＝C₁’+C₂’，且C_h＝C_h’，因此C₁+C₂+C_h＝C₁’+C₂’+C_h’，因此将公式(1)与公式(2)相处得到公式(3)：

由于电压U₁～U₂均为可测量值，且C_h＝C_h’，因此进一步得到公式(4)：

公式(4)即为高压寄生电容的计算表达式，通过公式(4)求出

基于图1所示的电路结构实现的母线电压测量方法，包括如下步骤：

步骤1，低压侧终端分别对电容C₁～C₂以及电容C₁’～C₂’串联而成的支路进行采样，测量得到电压U₁和电压U₂的测量值。

步骤2，根据公式(4)求得高压寄生电容的电容值。

步骤3，根据高压寄生电容的电容值对电压U₁₂的测量值进行校正，校正公式为：

将校正后的U₁值发送给后级测量设备使用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种高精度的电容分压式电压互感器的电压测量方法，包括测量高压电容和测量低压电容串联而成的测量分压支路，测量分压支路连接在待测高压线和接地线之间，测量分压支路平行于待测高压线，其特征在于：设置有参考高压电容和参考低压电容串联而成的参考分压支路，参考分压支路同样连接在待测高压线和接地线之间，且参考分压支路平行于测量分压支路以及待测高压线，自测量高压电容和测量低压电容之间引出第一分压信号，自参考高压电容和参考低压电容之间引出第二分压信号；

包括如下步骤：

步骤1，对测量分压支路和参考分压支路进行采用，分别得到第一分压信号和第二分压信号的测量值；

步骤2，求得测量分压支路或参考分压支路中高压寄生电容的电容值；

步骤3，根据校正公式对高压寄生电容的电容值对第一分压信号或第二分压信号的测量值进行校正，并输出校正值。

2.根据权利要求1所述的高精度的电容分压式电压互感器的电压测量方法，其特征在于：所述的测量高压电容的电容值不等于参考高压电容的电容值，且测量低压电容的电容值不等于参考低压电容的电容值。

3.根据权利要求1所述的高精度的电容分压式电压互感器的电压测量方法，其特征在于：所述测量高压电容与测量低压电容的电容值之和等于参考高压电容与参考低压电容的电容值之和。

4.根据权利要求1所述的高精度的电容分压式电压互感器的电压测量方法，其特征在于：所述测量分压支路和参考分压支路采用相同导体连接而成。

5.根据权利要求1所述的高精度的电容分压式电压互感器的电压测量方法，其特征在于：步骤2中所述高压寄生电容的计算公式为：

其中，C_h和C_h’分别表示测量分压支路和参考分压支路中高压寄生电容的电容值，U₁表示第一分压信号的测量值，U₂表示第二分压信号的测量值，C₁和C₁’分别表示测量高压电容和参考高压电容。

6.根据权利要求1所述的高精度的电容分压式电压互感器的电压测量方法，其特征在于：步骤3 中所述的校正公式为：

其中，C_h表示测量分压支路中高压寄生电容的电容值，U₁表示第一分压信号的测量值，C₁表示测量高压电容。

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