CN115047301A - 一种测量工频叠加操作冲击电压信号的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量工频叠加操作冲击电压信号的方法及系统，其中方法包括：设置倒立式电容分压器的分压比；根据确定的分压比，选择倒立式电容分压器的工作电极对应的连接方式；通过叠加波形发生器生成多种波形信号，并输入至所述倒立式电容分压器；通过所述倒立式电容分压器对所述多种波形信号进行叠加，生成叠加波形信号，并将所述叠加波形信号输入至测量电路；通过所述测量电路对所述叠加波形信号进行计算，获取所述叠加波形信号的计算结果。
Description
技术领域
本发明涉及高压分压器技术领域 ，更具体地，涉及一种测量工频叠加操作冲击电压信号的方法及系统。
背景技术
在电力系统中，工频电压上突然产生操作电压形成的叠加电压会对输电线路及变电站的运行设备产生极大的危害，准确测量输电线路及变电站的工频电压叠加操作电压对于输电线路的安全稳定运行具有重要意义。目前常用的测量电力系统电压的计量设备包括电磁式电压互感器和分压器式电压互感器。电磁式电压互感器在测量工频电压时具有较高的稳定性和精度，但由于其绕组分布电容的存在，导致在高频情况下误差显著增大。因此在工频电压和操作冲击电压叠加的情况下，电磁式电压互感器的误差是无法保证的，应采用分压器原理进行电力系统工频叠加操作冲击联合电压测量。
按照结构划分，高压分压器可分为电阻分压器、电容分压器和阻容式分压器。由于存在屏蔽电极，电容分压器的高压臂电容不会受到周围带电物体的影响，内部介质为SF6气体，因此电容量不会随施加电压的幅值和频率变化。因此采用电容分压器为测量冲击电压信号比电阻分压器和阻容分压器更加稳定。目前高压电容分压器大多用于测量工频信号，少数既用来测量工频信号也可用于测量冲击信号，未有同时测量工频电压叠加操作冲击电压的电容分压器的发明和研究。工频电压叠加操作冲击电压信号的测量对高压电容分压器提出了新的要求，
现有技术中电容分压器的测量对象多针对工频电压信号、冲击电压信号等单一信号，目前缺少针对工频电压叠加操作冲击电压信号的测量装置及测量方法。
因此需要设计一种能够可靠、准确地测量工频叠加操作冲击电压信号的电容分压器测量装置。
发明内容
本发明技术方案提供一种测量工频叠加操作冲击电压信号的方法及系统，以解决如何基于倒立式电容分压器对工频叠加操作冲击电压信号进行测量的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种测量工频叠加操作冲击电压信号的方法，所述方法包括：
设置倒立式电容分压器的分压比；
根据确定的分压比，选择倒立式电容分压器的工作电极对应的连接方式；
通过叠加波形发生器生成多种波形信号，并输入至所述倒立式电容分压器；
通过所述倒立式电容分压器对所述多种波形信号进行叠加，生成叠加波形信号，并将所述叠加波形信号输入至测量电路；
通过所述测量电路对所述叠加波形信号进行计算，获取所述叠加波形信号的计算结果。
优选地，所述倒立式电容分压器包括电极模块、低压臂模块、绝缘模块以及均压模块；
所述电极模块与所述低压臂模块相连接；
所述绝缘模块与所述电极模块、所述低压臂模块相连接；
所述均压模块设置于所述倒立式电容分压器顶部。
优选地，所述电极模块包括：高压电极、低压电极与屏蔽电极；
所述高压电极、所述低压电极与所述屏蔽电极为同轴结构，所述高压电极的半径大于所述低压电极的半径；所述低压电极为两个，形成不同分压比的工作电极；
所述屏蔽电极包括屏蔽上低压电极和屏蔽下低压电极；
所述屏蔽电极与所述低压电极进行绝缘隔离；
所述高压电极、低压电极的电极引线从所述屏蔽电极的中间导杆通过。
优选地，所述低压臂模块的低压臂设置于所述倒立式电容分压器的所述电极模块正下方；
所述低压臂模块的低压臂外筒为不锈钢材质，对所述低压臂进行屏蔽。
优选地，所述倒立式电容分压器内部介质为SF6气体。
优选地，所述倒立式电容分压器的工作电极的连接方式包括：
将两个低压电极形成的两个工作电极中各有一根电极引线与对应的低压臂模块的低压臂相连接，每个低压臂的输出端口分别通过连接至下法兰的输出端口；
根据确定的分压比，选择对应的下法兰的输出端口，将未选择的另一个下法兰的输出端口接地。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种测量工频叠加操作冲击电压信号的系统，所述系统包括依次连接的叠加波形发生器、倒立式电容分压器与测量电路；
倒立式电容分压器，用于根据确定的分压比，选择倒立式电容分压器的工作电极对应的连接方式；通过所述倒立式电容分压器对所述多种波形信号进行叠加，生成叠加波形信号，并将所述叠加波形信号输入至测量电路；
叠加波形发生器，用于生成多种波形信号，并输入至所述倒立式电容分压器；
测量电路，用于对所述叠加波形信号进行计算，获取所述叠加波形信号的计算结果。
优选地，所述倒立式电容分压器包括电极模块、低压臂模块、绝缘模块以及均压模块；
所述电极模块与所述低压臂模块相连接；
所述绝缘模块与所述电极模块、所述低压臂模块相连接；
所述均压模块设置于所述倒立式电容分压器顶部。
优选地，所述电极模块包括：高压电极、低压电极与屏蔽电极；
所述高压电极、所述低压电极与所述屏蔽电极为同轴结构，所述高压电极的半径大于所述低压电极的半径；所述低压电极为两个，形成不同分压比的工作电极；
所述屏蔽电极包括屏蔽上低压电极和屏蔽下低压电极；
所述屏蔽电极与所述低压电极进行绝缘隔离；
所述高压电极、低压电极的电极引线从所述屏蔽电极的中间导杆通过。
优选地，所述低压臂模块的低压臂设置于所述倒立式电容分压器的所述电极模块正下方；
所述低压臂模块的低压臂外筒为不锈钢材质，对所述低压臂进行屏蔽。
优选地，所述倒立式电容分压器内部介质为SF6气体。
优选地，所述倒立式电容分压器的工作电极的连接方式包括：
将两个低压电极形成的两个工作电极中的各一根电极引线与对应的低压臂模块的低压臂相连接，每个低压臂的输出端口分别通过连接至下法兰的输出端口；
根据确定的分压比，选择对应的下法兰的输出端口，将未选择的另一个下法兰的输出端口接地。
本发明技术方案提供一种测量工频叠加操作冲击电压信号的方法及系统，其中包括：设置倒立式电容分压器的分压比；根据确定的分压比，选择倒立式电容分压器的工作电极对应的连接方式；通过叠加波形发生器生成多种波形信号，并输入至倒立式电容分压器；通过倒立式电容分压器对多种波形信号进行叠加，生成叠加波形信号，并将叠加波形信号输入至测量电路；通过测量电路对叠加波形信号进行计算，获取叠加波形信号的计算结果。本发明技术该当提出一种电容分压器测量使用方法及系统，基于该系统进行测量，能够可靠、准确地测量工频叠加操作冲击电压信号。
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测量工频叠加操作冲击电压信号的方法流程图；
图2为根据本发明优选实施方式的测量叠加波形的电容分压器设计原理示意图；
图3为根据本发明优选实施方式的一种测量工频叠加操作冲击电压信号的系统结构图；
图4为根据本发明优选实施方式的叠加波形的测量结果示意图。
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测量工频叠加操作冲击电压信号的方法流程图。本发明提供一种测量工频叠加操作冲击电压的电容分压器及使用方法，对于可靠、准确地测量工频叠加操作冲击电压信号提供技术方法。
如图1所示，本发明提供一种测量工频叠加操作冲击电压信号的方法，方法包括：
步骤101：设置倒立式电容分压器的分压比；
步骤102：根据确定的分压比，选择倒立式电容分压器的工作电极对应的连接方式；
步骤103：通过叠加波形发生器生成多种波形信号，并输入至倒立式电容分压器；
步骤104：通过倒立式电容分压器对多种波形信号进行叠加，生成叠加波形信号，并将叠加波形信号输入至测量电路；
步骤105：通过测量电路对叠加波形信号进行计算，获取叠加波形信号的计算结果。
优选地，倒立式电容分压器包括电极模块、低压臂模块、绝缘模块以及均压模块；
电极模块与低压臂模块相连接；
绝缘模块与电极模块、低压臂模块相连接；
均压模块设置于倒立式电容分压器顶部。
为了实现上述目的，本发明提供了一种倒立式电容分压器，如图2所示，倒立式电容分压器包括：电极模块（高压电极①、低压电极②、屏蔽电极③）、低压臂模块（低压臂④、低压臂外筒⑤）、绝缘模块（电极绝缘板⑥、屏蔽电极下支撑绝缘板⑦、低压臂绝缘板⑧、绝缘外筒⑨）、均压模块（均压环⑩），进行工频叠加操作冲击电压测量。本发明中均压环用于均匀电容分压器顶部的电场，可以补偿分压器本体的对地杂散电容电流。
优选地，电极模块包括：高压电极、低压电极与屏蔽电极；
高压电极、低压电极与屏蔽电极为同轴结构，高压电极的半径大于低压电极的半径；低压电极为两个，形成不同分压比的工作电极；
屏蔽电极包括屏蔽上低压电极和屏蔽下低压电极；
屏蔽电极与低压电极进行绝缘隔离；
高压电极、低压电极的电极引线从屏蔽电极的中间导杆通过。
本发明中高压电极、低压电极与屏蔽电极均为同轴结构，低压电极在内，高压电极半径较低压电极更大，两者之间形成高压臂电容，低压电极有大小两个，分别形成两个不同分压比的工作电极，两个工作电极既可以单独使用，也可以并联使用。
另外，上下屏蔽电极分别屏蔽上低压电极和下低压电极，使得高压臂电容不会受到周围带电物体的影响，屏蔽电极与低压电极之间通过电极绝缘板绝缘隔离。
优选地，低压臂模块的低压臂设置于倒立式电容分压器的电极模块正下方；
低压臂模块的低压臂外筒为不锈钢材质，对低压臂进行屏蔽。
本发明提供的倒立式电容分压器，低压臂置于分压器内部且位于电极正下方，可有效减小传输导线过长带来的杂散参数对测量结果的影响，低压臂外筒为不锈钢材质，可对低压臂进行有效屏蔽；本发明的电极引线均从屏蔽电极中间导杆内部通过，保证信号在传输过程中被有效屏蔽，不受环境电磁场干扰。
优选地，倒立式电容分压器内部介质为SF6气体。
最后，分压器内部介质为SF6气体，因此电容量不会随施加电压的幅值和频率变化。
优选地，倒立式电容分压器的工作电极的连接方式包括：
将两个低压电极形成的两个工作电极中各有一根电极引线与对应的低压臂模块的低压臂相连接，每个低压臂的输出端口分别通过连接至下法兰的输出端口；
根据确定的分压比，选择对应的下法兰的输出端口，将未选择的另一个下法兰的输出端口接地。
本发明提供一种能够可靠、准确测量工频叠加操作冲击电压信号的倒立式电容分压器，其使用方法如下：
第一步：连接电容分压器（1）、叠加波形发生器（2）和后续测量电路（3）。电容分压器接受来自叠加波形发生器产生的工频叠加操作冲击电压，测量信号经过分压器分压后传输至后续测量电路，测量电路对叠加信号进行采集和计算分析。
第二步：电容分压器的两个工作电极各有一根电极引线与对应的低压臂连接，两个低压臂的输出端口分别由电缆连接至下法兰的输出端口，再经电缆转接头由电缆引出。低压臂外壳通过铜线与低压臂外筒的内壁相连，从而保证外壳接地。根据需要采用的分压比，选择对应的下法兰输出端口，将另外一个下法兰输出端口接地。
第三步：电容分压器的屏蔽电极有一根电极引线引出至下法兰输出端口，装置用于测量时，屏蔽电极需要接地，对应的下法兰输出端口接地。
第四步：在测量仪器上设置分压比、采样率等参数后，在叠加波形发生器处施加操作冲击电压和工频电压使其产生叠加波形。
第五步：叠加电压信号经电容分压器分压后，信号传输至测量电路，测量软件按照预设分压比将信号放大至初始值。读取测量仪器上呈现的工频叠加操作冲击电压波形。
第六步：若需改变电容分压器的工作电极，切换下法兰输出端口，将所使用的下法兰输出端口接地，另一个下法兰输出端口与测量电缆相连，在不同的分压比下测量工频叠加操作冲击电压波形信号。
第七步：重复第四至第五步，读取测量仪器上呈现的工频叠加操作冲击电压波形。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
本发明可实现工频叠加操作冲击电压的精确测量，填补了目前工频叠加操作冲击电压测量装置和测量方法的空缺。本发明提供的优化方法利用所研制的倒立式电容分压器和实验室常规设备，基于分压器的设计原理，可在两个不同的分压比参数下有效且精确地测量工频叠加操作冲击电压信号。
本发明公开了一种测量工频叠加操作冲击电压的电容分压器及使用方法。具体方法：首先，设计一种倒立式电容分压器，低压臂内置且测量引线全屏蔽，可精确测量工频叠加操作冲击电压信号。其次，根据需要采用的分压比，选择工作电极对应的下法兰输出端口，将另外一个下法兰输出端口和屏蔽电极输出端口接地。进一步，在测量仪器上设置分压比、采样率等参数后，在叠加波形发生器处施加操作冲击电压和工频电压使其产生叠加波形，读取测量仪器上呈现的工频叠加操作冲击电压波形。进一步，若需改变电容分压器的工作电极，切换下法兰输出端口，将所使用的下法兰输出端口接地，另一个下法兰输出端口与测量电缆相连，在不同的分压比下测量工频叠加操作冲击电压波形信号。最后，重新施加工频叠加操作冲击电压，读取测量仪器上呈现的工频叠加操作冲击电压波形。基于以上测量工频叠加操作冲击电压的电容分压器及使用方法，可实现工频叠加操作冲击电压的精确测量。
以下对本发明实施方式进行举例说明：
本发明提供的电容分压器采用图2所示结构，高压电容分别为10pF和20pF，选择20pF的高压电容，低压臂电容大小为nF级别。10pF的高压电容输出端口接地，低压臂外壳接地，屏蔽电极引出线接地，20pF的高压电容输出端口通过电缆引出。
本发明按图3搭建测量回路，冲击电压发生器最高可产生1200kV的冲击电压，工频电压发生器最高可产生120kV的工频交流电。冲击电压发生器与工频电压发生器的输出经过隔离球隙和保护电阻处理后，共同叠加到电容分压器高压端。电容分压器的信号输出端分为两部分，一部分进入低采样率采集单元计算，另一部分进入高采样率采集单元进行计算，最后将计算结果叠加呈现在PC上。
冲击电压峰值设置为120kV，时间参数为250/2500μs，工频电压设置为30kV。高采样率数字示波器采样率设置为100MS/s，低采样率数字示波器的采样率设置为100kS/s，同时触发。升压后得到测量结果示意图如图3所示，由图4可知：工频电压波形上明显可见冲击电压信号，冲击电压峰值为120.54kV，波前时间250.8μs，波尾时2502.9μs，冲击电压峰值与时间参数测量值与理论值接近。
图3为根据本发明优选实施方式的一种测量工频叠加操作冲击电压信号的系统结构图。如图3所示，本发明提供一种测量工频叠加操作冲击电压信号的系统，系统包括依次连接的叠加波形发生器（2）、倒立式电容分压器（1）与测量电路（3）。其中，叠加波形发生器（2）的主要设备是冲击电压发生器和工频电压发生器，后续测量电路（3）由采集单元和计算软件构成。
倒立式电容分压器（1），用于根据确定的分压比，选择倒立式电容分压器的工作电极对应的连接方式；通过倒立式电容分压器对多种波形信号进行叠加，生成叠加波形信号，并将叠加波形信号输入至测量电路；
叠加波形发生器（2），用于生成多种波形信号，并输入至倒立式电容分压器；
测量电路（3），用于对叠加波形信号进行计算，获取叠加波形信号的计算结果。
优选地，倒立式电容分压器包括电极模块、低压臂模块、绝缘模块以及均压模块；
电极模块与低压臂模块相连接；
绝缘模块与电极模块、低压臂模块相连接；
均压模块设置于倒立式电容分压器顶部。
优选地，电极模块包括：高压电极、低压电极与屏蔽电极；
高压电极、低压电极与屏蔽电极为同轴结构，高压电极的半径大于低压电极的半径；低压电极为两个，形成不同分压比的工作电极；
屏蔽电极包括屏蔽上低压电极和屏蔽下低压电极；
屏蔽电极与低压电极进行绝缘隔离；
高压电极、低压电极的电极引线从屏蔽电极的中间导杆通过。
优选地，低压臂模块的低压臂设置于倒立式电容分压器的电极模块正下方；
低压臂模块的低压臂外筒为不锈钢材质，对低压臂进行屏蔽。
优选地，倒立式电容分压器内部介质为SF6气体。
优选地，倒立式电容分压器的工作电极的连接方式包括：
将两个低压电极形成的两个工作电极中的各一根电极引线与对应的低压臂模块的低压臂相连接，每个低压臂的输出端口分别通过连接至下法兰的输出端口；
根据确定的分压比，选择对应的下法兰的输出端口，将未选择的另一个下法兰的输出端口接地。
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//该[装置、组件等]”都被开放地解释为装置、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 (12)
1.一种测量工频叠加操作冲击电压信号的方法，所述方法包括：
设置倒立式电容分压器的分压比；
根据确定的分压比，选择倒立式电容分压器的工作电极对应的连接方式；
通过叠加波形发生器生成多种波形信号，并输入至所述倒立式电容分压器；
通过所述倒立式电容分压器对所述多种波形信号进行叠加，生成叠加波形信号，并将所述叠加波形信号输入至测量电路；
通过所述测量电路对所述叠加波形信号进行计算，获取所述叠加波形信号的计算结果。
2.根据权利要求1所述的方法，所述倒立式电容分压器包括电极模块、低压臂模块、绝缘模块以及均压模块；
所述电极模块与所述低压臂模块相连接；
所述绝缘模块与所述电极模块、所述低压臂模块相连接；
所述均压模块设置于所述倒立式电容分压器顶部。
3.根据权利要求2所述的方法，所述电极模块包括：高压电极、低压电极与屏蔽电极；
所述高压电极、所述低压电极与所述屏蔽电极为同轴结构，所述高压电极的半径大于所述低压电极的半径；所述低压电极为两个，形成不同分压比的工作电极；
所述屏蔽电极包括屏蔽上低压电极和屏蔽下低压电极；
所述屏蔽电极与所述低压电极进行绝缘隔离；
所述高压电极、低压电极的电极引线从所述屏蔽电极的中间导杆通过。
4.根据权利要求1所述的方法，所述低压臂模块的低压臂设置于所述倒立式电容分压器的所述电极模块正下方；
所述低压臂模块的低压臂外筒为不锈钢材质，对所述低压臂进行屏蔽。
5.根据权利要求1所述的方法，所述倒立式电容分压器内部介质为SF6气体。
6.根据权利要求2所述的方法，所述倒立式电容分压器的工作电极的连接方式包括：
将两个低压电极形成的两个工作电极中各有一根电极引线与对应的低压臂模块的低压臂相连接，每个低压臂的输出端口分别通过连接至下法兰的输出端口；
根据确定的分压比，选择对应的下法兰的输出端口，将未选择的另一个下法兰的输出端口接地。
7.一种测量工频叠加操作冲击电压信号的系统，所述系统包括依次连接的叠加波形发生器、倒立式电容分压器与测量电路；
倒立式电容分压器，用于根据确定的分压比，选择倒立式电容分压器的工作电极对应的连接方式；通过所述倒立式电容分压器对所述多种波形信号进行叠加，生成叠加波形信号，并将所述叠加波形信号输入至测量电路；
叠加波形发生器，用于生成多种波形信号，并输入至所述倒立式电容分压器；
测量电路，用于对所述叠加波形信号进行计算，获取所述叠加波形信号的计算结果。
8.根据权利要求7所述的系统，所述倒立式电容分压器包括电极模块、低压臂模块、绝缘模块以及均压模块；
所述电极模块与所述低压臂模块相连接；
所述绝缘模块与所述电极模块、所述低压臂模块相连接；
所述均压模块设置于所述倒立式电容分压器顶部。
9.根据权利要求8所述的系统，所述电极模块包括：高压电极、低压电极与屏蔽电极；
所述高压电极、所述低压电极与所述屏蔽电极为同轴结构，所述高压电极的半径大于所述低压电极的半径；所述低压电极为两个，形成不同分压比的工作电极；
所述屏蔽电极包括屏蔽上低压电极和屏蔽下低压电极；
所述屏蔽电极与所述低压电极进行绝缘隔离；
所述高压电极、低压电极的电极引线从所述屏蔽电极的中间导杆通过。
10.根据权利要求7所述的系统，所述低压臂模块的低压臂设置于所述倒立式电容分压器的所述电极模块正下方；
所述低压臂模块的低压臂外筒为不锈钢材质，对所述低压臂进行屏蔽。
11.根据权利要求7所述的系统，所述倒立式电容分压器内部介质为SF6气体。
12.根据权利要求8所述的系统，所述倒立式电容分压器的工作电极的连接方式包括：
将两个低压电极形成的两个工作电极中的各一根电极引线与对应的低压臂模块的低压臂相连接，每个低压臂的输出端口分别通过连接至下法兰的输出端口；
根据确定的分压比，选择对应的下法兰的输出端口，将未选择的另一个下法兰的输出端口接地。
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