CN113484812A - 一种电容式电压互感器的测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电容式电压互感器的测量装置及测量方法，其中装置包括无源标准电容、变压器、第一检波器、功率放大电路、模拟指示器、第二检波器、信号调理模块、ADC模块、微处理器、谐振保护器、第一分压器和第二分压器；无源标准电容的输入端输入高压电压，无源标准电容的输出端连接变压器原边绕组的输入端；变压器原边绕组的输出端连接被测CVT；变压器第一副边绕组的输出端依次连接第一检波器、功率放大电路和模拟指示器；变压器第二副边绕组的输出端依次连接第二检波器、信号调理模块、ADC模块和微处理器。本发明考虑了平均能量，基于检波输出和指针指示，达到了简单直观的目标。检波器的输出不会漏掉脉冲信号，检测结果更为准确。

Description

一种电容式电压互感器的测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及电容式电压互感器检测技术领域，特别涉及一种电容式电压互感器的测量装置及测量方法。

背景技术

电容式电压互感器(CVT)是由串联电容器分压，再经电磁式互感器降压和隔离，作为表计、继电保护等的一种电压互感器。电容式电压互感器还可以将载波频率耦合到输电线用于长途通信、远方测量、选择性的线路高频保护、遥控、电传打字等。因此和常规的电磁式电压互感器相比，电容式电压互感器除可防止因电压互感器铁芯饱和引起铁磁谐振外，在经济和安全上还有很多优越之处。

目前对电容式电压互感器(CVT)在常规高压试验时，尤其采取高频、窄带脉冲条件下可能存在快速捕捉脉冲困难的问题。现有的基于记录脉冲个数的方法由于门限的限制，导致门限电压以下的信号很难被整形电路及放电电路放大然后送入计数器，导致测量结果不准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种电容式电压互感器的测量装置及测量方法，可以解决现有技术中基于记录脉冲个数的测量方法导致的测量结果不准确的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供一种电容式电压互感器的测量装置，包括无源标准电容、变压器、第一检波器、功率放大电路、模拟指示器、第二检波器、信号调理模块、ADC模块、微处理器、谐振保护器、第一分压器和第二分压器；所述无源标准电容的输入端输入高压电压，所述无源标准电容的输出端连接变压器原边绕组的输入端；所述变压器原边绕组的输出端连接被测CVT；变压器第一副边绕组的输出端依次连接第一检波器、功率放大电路和模拟指示器；变压器第二副边绕组的输出端依次连接第二检波器、信号调理模块、ADC模块和微处理器；谐振保护器连接在无源标准电容的输入端和变压器原边绕组的输出端之间；第一分压器连接在无源标准电容的输入端和微处理器之间，第二分压器连接在变压器原边绕组的输出端和微处理器之间。

进一步的，所述变压器原边绕组为无源标准电感。

进一步的，所述谐振保护器包括并联放电间隙和电阻，所述并联放电间隙与所述电阻并联。

进一步的，所述的无源标准电容包括至少一只固定容值的电容C1和与固定容值的电容C1串联的可调电容C2。

进一步的，所述可调电容C2与固定容值的电容C1的关系为：C2≤(1/3)*C1。

第二方面，本发明提供一种电容式电压互感器的测量方法，利用上述测量装置来测量，包括以下步骤：

将标准无故障CVT连接到测量装置中，计算第一分压器输出端和第二分压器输出端之间的电压V和时间差△T，再计算电压V和时间差△T的比值Vr＝V/△T。

取下标准无故障CVT，将被测CVT连接到测量装置中，利用相同的方法计算第一分压器输出端和第二分压器输出端之间的电压和时间差之间的比值Vr′；

当Vr′＞k*Vr时,判定所述被测CVT存在谐振缺陷。

进一步的，所述k的取值范围为1.01～1.2之间。

本发明考虑了平均能量，基于检波输出和指针指示，一定程度达到了简单直观的目标。检波器的输出不会漏掉脉冲信号，检测结果更为准确。当需要观测幅度摆动情况，可观测指针，当需要观测持续的放电，或绘制电流频谱时，通过耦合线圈2回路的检波，信号调理及ADC，可实现对模拟信号的数字变换，并送入微处理器运算和存储，因此它兼顾了粗略观测和数字处理两大特点，尤其适合现场应用。对于使用者而言，精密的观测才依赖数字波形，粗略的观测只需要简单直观的方案，尤其是当绝缘出现极不稳定时，指针能观测到波动情况并方便操作人员发现和记录。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的电容式电压互感器的测量装置的电路结构示意图；

图2为本发明的电容式电压互感器的测量方法的步骤图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

本发明的电容式电压互感器的测量装置，如图1所示，包括无源标准电容、变压器、第一检波器3、功率放大电路4、模拟指示器5、第二检波器6、信号调理模块7、ADC模块8、微处理器9、谐振保护器、第一分压器和第二分压器；无源标准电容的输入端输入高压电压，无源标准电容的输出端连接变压器原边绕组的输入端。变压器原边绕组的输出端连接被测电容式电压互感器CVT。变压器第一副边绕组的输出端依次连接第一检波器3、功率放大电路4和模拟指示器5。变压器第二副边绕组的输出端依次连接第二检波器6、信号调理模块7、ADC模块8和微处理器9。谐振保护器连接在无源标准电容的输入端和变压器原边绕组的输出端之间。第一分压器连接在无源标准电容的输入端和微处理器9之间，第二分压器连接在变压器原边绕组的输出端和微处理器9之间。

谐振保护器的作用是防止LC谐振电压过压。

本实施例中的变压器的原边绕组为无源标准电感，第一副边绕组是图1所示的耦合线圈1，第二副边绕组是图1所示的耦合线圈2，无源标准电感与耦合线圈1、耦合线圈2共用一个铁芯，组成了变压器。

无源标准电容与无源标准电感串联，然后与被测CVT形成一个串联回路。

进一步的，在本申请的一种优选实施方式中，所述谐振保护器包括并联放电间隙和电阻R，并联放电间隙与电阻R并联。电阻R为高阻值电阻。

进一步的，在本申请的一种优选实施方式中，无源标准电容包括至少一只固定容值的电容C1和可调电容C2。其中可调电容容值C2与固定容值的电容C1的关系为，C2≤(1/3)*C1。

本发明的电容式电压互感器的测量方法，包括以下步骤：

步骤S1、将标准无故障CVT连接到上述电容式电压互感器的测量装置中，利用微处理器9计算第一分压器输出端和第二分压器输出端之间的电压V和时间差△T，再计算电压V和时间差△T的比值Vr＝V/△T。

所述时间差为过零点或峰值点或谷值点或电压V波形上任意相同相位位置对应的时间之差。

图1中谐振保护器的两端，分别并联了第一分压器和第二分压器，第一分压器的输出端和第二分压器的输出端直接到微处理器9，利用微处理器9内部的ADC进行采集，计算分压器两端的电压波形V、时间差△T等。

步骤S2、取下标准无故障CVT，将被测CVT连接到电容式电压互感器的测量装置中，利用与步骤S1相同的方法计算第一分压器输出端和第二分压器输出端之间的电压和时间差之间的比值Vr′。

步骤S3、当Vr′＞k*Vr时,认为该被测CVT存在谐振缺陷。

进一步的，k的取值范围为1.01～1.2之间。

下面结合具体实例说明本发明的工作原理：

假设对220kV的CVT进行测试，无源标准电感、耦合线圈1和耦合线圈2组成了高频磁芯结构的三绕组变压器结构，设三绕组变比为1：1：1。无源标准电容由100nF和20nF可调电容组成，设无源标准电容的输入端接入了1000Hz的高压电压，高压电压经过无源标准电容后进入无源标准电感，然后给被试CVT施加信号。

由于外部的标准电感和标准电容以及谐振保护器的原因，施加的1000Hz在通电瞬间的高次冲击信号被滤波处理掉，因而不会产生瞬间不需要的过电压杂波信号。

耦合线圈1和2输出的信号因为与标准电感的耦合变比关系，与CVT通过的电流信号呈正比，因此它可以反映CVT绝缘情况。耦合线圈1通过第一检波器3将交流信号变成直流，因此即使CVT发生放电现象，耦合过来的脉冲电流全部积分变换成直流信号，该直流信号经功率放大器4后送入指针指示器5，由于指针指示器是一种基于电压-磁场变换原理，它指示值属于积分均值能量,这里设选用的指示器为dB表，因而它能响应信号的能量均值。

耦合线圈2通过数字的模式处理，将检波的直流信号送入到ADC模块8和微处理器9进行处理。因此微处理器9通过与耦合线圈2的接入可以实现CVT绝缘状态的监测，尤其是放电情况的监测或泄漏电流的监测。当输入端信号为变频模式时，微处理器可以获得变频下的阻抗或电流频响曲线。

同样可知，耦合线圈1和标准电容器可能自身的谐振正好与CVT内部的缺陷电容、缺陷电感形成谐振，该情况下可发现CVT内部缺陷的同时，也可能产生过电压信号，因此设计了谐振保护器并联在两端。实现了保护后，可以认为谐振保护器两端的电压是有固定上限的，这里将上限设计为5000V,那么谐振保护器两端对地的电压分别经过第一分压器和第二分压器后被送入微处理器进行采集即可获得谐振保护器两端的电压差和波形值，还可以根据波形值计算时间差。

计算时间差的重要性在于，它可用于对耦合线圈和标准电容器的性能进行校准，便于设计和制造。电容器内部的微调电容还可实现LC谐振电路的时延微调。基于以上考虑选择了具有稳定的时差参数后，与CVT开展试验时，该时差的变量就可以用作评价CVT性能的指标。

显而易见，本专利考虑了平均能量，基于检波输出和指针指示，一定程度达到了简单直观的目标。检波器的输出不会漏掉脉冲信号，当需要观测幅度摆动情况，可观测指针，当需要观测持续的放电，或绘制电流频谱时，通过耦合线圈2回路的检波，信号调理及ADC，可实现对模拟信号的数字变换，并送入微处理器运算和存储，因此它兼顾了粗略观测和数字处理两大特点，尤其适合现场应用。对于使用者而言，精密的观测才依赖数字波形，粗略的观测只需要简单直观的方案，尤其是当绝缘出现极不稳定时，指针能观测到波动情况并方便操作人员发现和记录。

本专利所述的谐振保护器是在大量试验基础上总结的，即使设计的标准电容和电感的谐振频率很高，但由于接入了CVT，受CVT自身电容和内部电感影响，产生的谐振能量会发生变化，适当情况下采取过压保护能防止谐振过电压破坏设备，还能方便采集装置的电压量标和保护微处理器电子电路等。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电容式电压互感器的测量装置，其特征在于，包括无源标准电容、变压器、第一检波器、功率放大电路、模拟指示器、第二检波器、信号调理模块、ADC模块、微处理器、谐振保护器、第一分压器和第二分压器；所述无源标准电容的输入端输入高压电压，所述无源标准电容的输出端连接变压器原边绕组的输入端；所述变压器原边绕组的输出端连接被测CVT；变压器第一副边绕组的输出端依次连接第一检波器、功率放大电路和模拟指示器；变压器第二副边绕组的输出端依次连接第二检波器、信号调理模块、ADC模块和微处理器；谐振保护器连接在无源标准电容的输入端和变压器原边绕组的输出端之间；第一分压器连接在无源标准电容的输入端和微处理器之间，第二分压器连接在变压器原边绕组的输出端和微处理器之间。

2.根据权利要求1所述的电容式电压互感器的测量装置，其特征在于，所述变压器原边绕组为无源标准电感。

3.根据权利要求1所述的电容式电压互感器的测量装置，其特征在于，所述谐振保护器包括并联放电间隙和电阻，所述并联放电间隙与所述电阻并联。

4.根据权利要求1所述的电容式电压互感器的测量装置，其特征在于，所述的无源标准电容包括至少一只固定容值的电容C1和与固定容值的电容C1串联的可调电容C2。

5.根据权利要求1所述的电容式电压互感器的测量装置，其特征在于，所述可调电容C2与固定容值的电容C1的关系为：C2≤(1/3)*C1。

6.一种电容式电压互感器的测量方法，其特征在于，利用权利要求1至5任一项所述的测量装置来测量，包括以下步骤：

将标准无故障CVT连接到测量装置中，计算第一分压器输出端和第二分压器输出端之间的电压V和时间差△T，再计算电压V和时间差△T的比值Vr＝V/△T；

取下标准无故障CVT，将被测CVT连接到测量装置中，利用相同的方法计算第一分压器输出端和第二分压器输出端之间的电压和时间差之间的比值Vr′；

当Vr′＞k*Vr时,判定所述被测CVT存在谐振缺陷。

7.根据权利要求6所述的电容式电压互感器的测量方法，其特征在于，所述k的取值范围为1.01～1.2之间。

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