CN207133342U - 一种电子式互感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种电子式互感器，其中电介质与内导体、中间导体共同构成电容C₁，薄膜电介质与中间导体、外导体共同构成电容C₂，中间导体和外导体底部设有同轴的底板，两底板与薄膜电介质组成电容C₃，电容C₂与电容C₃的低压输出端口上还串联设有两分压电阻，两分压电阻的弱电输出端口设有引接线端口，绝缘外壳底部设有金属底座，金属底座上设有接地螺栓，绝缘外壳内设有与金属底座连通的屏蔽层，屏蔽层与金属底座搭接后连接到地面等电位接地网，屏蔽层与外导体间还设有绝缘体，通过上述屏蔽层实现电磁干扰措施，可提高电子式互感器抗干扰裕度，达到消除工作状态出现异常、运行不稳定和测量精度不高等问题。

Description

一种电子式互感器

本申请要求于2016年10月19日提交中国专利局、申请号为201621134941.5，实用新型名称为“一种电子式互感器”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本实用新型涉及电力互感器技术领域，具体涉及一种电子式互感器。

背景技术

电子式互感器主要由传感器和采集器构成，以光纤为载体传送数字信号,电子式互感器与常规的电磁互感器相比，优点突出表现：对电网故障响应快、频率响音范围宽、动态范围大、消除了铁磁谐振和磁饱和现象，并且适应电力计量和保护控制数字化技术的发展应用。鉴于以上优点，电子式互感器在智能变电站建设中被推广采用。

由于电子式互感器内的采集器由微电子电路构成，对高频信号敏感，存在电磁兼容问题，也就是电磁干扰问题较为严重，影响到电子式互感器的正常运行。为此，国家电网公司基建部已于两年前要求在新变电站设计中停用电子式互感器，退回到使用电磁式互感器。电磁互感器只有传感器的作用，采集器功能改由合并单元执行，因此合并单元只有安装到靠近互感器的开关场才能减少电缆的实用，采用光缆代替电缆。

合并单元安装在高压开关场，同样会受到强烈的电磁干扰，影响合并单元的正常运行。因此，2015年11月国家电网再次发文要求在500kV变电站及存在电力系统稳定问题的220kV枢纽变电站禁止将合并单元安装到开关场。合并单元需要安装到工作环境较好的控制室内，退回到大量使用电缆的年代。

现在的电子式互感器的传感器本身没有屏蔽保护，完全暴露在恶劣的电磁环境之中，易受高频电磁波的感应耦合干扰和电场耦合干扰的侵害；比如AIS型电容串接分压型电子式互感器的传感器和到采集器的信号连接线采用高频特性较差的屏蔽双绞线，处在绝缘套管空腔中，无任何金属体做屏蔽保护情形下容易产生干扰；电子式互感器一次线和二次线回路公用一个接地点，可产生共阻抗耦合干扰；有源采集器的工作电源只是在电源板上附带滤波电路，不设独立滤波器，滤波效能低。由于以上原因，电子式互感器抗扰裕度差，难以适应恶劣电磁环境。即使现在有人研究同轴电容作传感器，但也忽略了加屏蔽层及相关抗电磁干扰的措施。如发布于2015年4月30日的“同心度补偿同轴电容分压式电子互感器”(专利号CN200920033309.5)，以及2014年1月11日提出专利申请的“一种基于同轴小电容多级分压的电子式互感器”(申请号：201420021470.1)都是如此。

由于电子式互感器没有采取更有效地抗电磁干扰措施，当电网因高压电气设备操作产生操作过电压或因雷电直击，暴雨、大雾等引发电网闪络产生的大气过电压，电网会出现复杂的电磁暂态过程，并产生严重的电磁骚扰波，使得电子式互感器受到侵害，轻则使采集器出现工作异常，重则造成元器件损坏。只有采用电磁兼容性好、抗扰裕度高、运行稳定的高性能的电子式互感器才能解决相关问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供了一种电磁兼容性好，抗电磁干扰能力强的高性能电子式互感器，使之能采用光纤替代电缆实现远距离可靠传输稳定精准的采样信号，满足将合并单元安装于控制室内的条件，而不是安装在电磁环境恶劣的开关场，以保合并单元的安全运行。

为实现上述目的，本实用新型之一种电子式互感器，它包括绝缘外壳及设在绝缘外壳内的内导体、中间导体和外导体，所述绝缘外壳顶端设有一用于所述内导体可上下活动的圆孔，所述内导体、中间导体和外导体为同轴的环状结构，所述内导体与中间导体间设有电介质，所述电介质中心处设有与所述圆孔直径相同且可与所述内导体动配合的圆柱孔，所述电介质与所述内导体、中间导体共同构成同轴电容C₁，所述中间导体和外导体间设有薄膜电介质，所述薄膜电介质与所述中间导体、外导体共同构成同轴电容C₂，所述中间导体和外导体底部均设有一同轴的环状底板，两所述底板间还设有所述薄膜电介质，所述两底板与所述薄膜电介质共同组成平板电容C₃，所述同轴电容C₂与所述平板电容C₃的低压输出端口上还串联设有两分压电阻，两所述分压电阻的弱电输出端口均电性设有用于预制电缆插座的引接线端口，所述绝缘外壳底部设有一金属底座，所述金属底座上还设有用于固定的接地螺栓，所述绝缘外壳内设有与所述金属底座连通的屏蔽层，所述屏蔽层与所述金属底座搭接后连接到地面等电位接地网，所述屏蔽层与所述外导体间还设有绝缘体。

优选地，所述引接线端口通过两信号传输线连接一采集器，所述采集器的接地端连接到地面等电位接地网，两所述信号传输线为同轴电缆。

优选地，所述采集器电性连接一电源滤波器。

优选地，所述圆孔的直径略大于所述内导体的直径，且所述圆孔顶端还设有一用于固定所述内导体的锁扣装置。

优选地，所述中间导体和外导体为同轴圆柱状，且所述中间导体的直径小于外导体的直径，所述中间导体的高度小于所述外导体的高度。

优选地，所述屏蔽层上端开口边向内弯曲且所述屏蔽层开口边直径小于所述中间导体的直径。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：

1、采用屏蔽层将传感器四周包围，将屏蔽层作为互感器弱电部分的隔离保护，屏蔽层与金属底座搭接后接地连接到地面等电位接地网；分压电路接地端与外壳绝缘接地下主接地网，避免与绝缘外壳连通的二次线弱电回路共用接地端产生共阻抗耦合干扰，同时防止接在高压母线的内导体和外在电磁环境中的骚扰波对二次弱电回路的伤害。

2、采用双同轴平衡传输线作内部信号传输

传感器至采集器的连接线在磁套管中采用双根同轴电缆等间距平行敷设，构成双同轴平衡输送线作信号传输线。同轴电缆的内导体作信号连线，外导体做屏蔽层，两根电缆处于环境空间的相同位置中，构成完全平衡电路，可避免将共模信号转换成直接有害的差模干扰信号。另外，每一根线路有同轴电缆的外导体做屏蔽层保护，能有效的阻止骚扰波的入侵。因此，双同轴平衡传输线要比其它型式的传输线抗电磁干扰的性能更好。

3、采集器工作电源电缆入口处装设电源滤波器，阻止电源电缆引入传导性干扰信号。

对于有源电子式互感器均需要引入工作电源。工作电源的源头已接有其他设备的开关电源和非线性负载，电源中富含高频分量。另外，接入的电源电缆是敷设在复杂的电磁环境中也会产生感应耦合干扰信号。因此，电源进线需要滤波。现在普遍将滤波器附设在电源电路板上，未装设独立的滤波器。滤波器设在电路板上有很大的缺陷，稍有不慎就会出现问题。如当滤波电路的布线不当而形成较大环路面积或共模滤波电容接地引线偏长的情况下，空间干扰会在滤波器中形成频率较高的差模电流和共模电压，使得滤波器效果差，甚至完全失效。因此，本实用新型采用性能好的独立滤波器，并注意合理的安装方式，提高滤波器的工作性能，阻止高频干扰信号从电源入口处进入到采集器中，以保其正常工作。

上述抗电磁干扰措施中对传感器采用了增加屏蔽层防电磁感应耦合和电场耦合干扰；将传感器主回路接地与采集器接地隔离分别接主接地网和等电位接地网，能有效地防止共阻抗耦合干扰；信号传输线采用完全平衡电路能更有效地防止共模信号转换成直接有害的差模干扰信号；在采集器工作电源进线端口装滤波器，可对电源电缆传导性干扰进行衰减。

通过实施上述电磁干扰措施，即可提高电子式互感器抗干扰裕度，为其正常运行提供了必要的保证，达到消除电子式互感器工作状态出现异常，运行不稳定和测量精度不高等问题。而且以上方案简便易行，增加投资微小，而保护采集器免受电磁干扰的效果却十分明显，能确保电子式互感器运行稳定、的精准度高，以致于提高电网运行的安全可靠性，社会效益和经济效益显著。

附图说明

图1是本实用新型一种电子式互感器的结构示意图；

图2是本实用新型一种电子式互感器结构的原理框图。

图中：1、内导体 2、中间导体 3、外导体 4、底板 5、分压电阻 6、引接线端口 7、接地螺栓 8、屏蔽层 9、绝缘体 10、电介质 1001、圆柱孔 11、薄膜电介质 12、绝缘外壳 121、圆孔 13、信号传输线 14、采集器 15、电源滤波器。

具体实施方式

为详细说明本实用新型之技术内容、构造特征、所达成目的及功效，以下兹例举实施例并配合附图详予说明。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

实施例一

请参阅图1所示，并结合图2所示，本实用新型提供一种电子式互感器，它包括绝缘外壳(12)及设在绝缘外壳(12)内的内导体(1)、中间导体(2)和外导体(3)，所述绝缘外壳(12)顶端设有一用于所述内导体(1)可上下活动的圆孔(121)，所述内导体(1)、中间导体(2)和外导体(3)为同轴的环状结构，所述内导体(1)与中间导体(2)间设有电介质(10)，所述电介质(10)中心处设有与所述圆孔(121)直径相同且可与所述内导体(1)动配合的圆柱孔(1001)，所述电介质(10)与所述内导体(1)、中间导体(2)共同构成同轴电容C₁，需改变C₁的电容量以此来调整电压比，即内导体在圆孔内上下活动，从而改变内导体和中间导体的平行共有长度来调整C₁的电容，所述中间导体(2)和外导体(3)间设有薄膜电介质(11)，所述薄膜电介质(11)与所述中间导体(2)、外导体(3)共同构成同轴电容C₂，所述中间导体(2)和外导体(3)底部均设有一同轴的环状底板(4)，两所述底板(4)间还设有所述薄膜电介质(11)，所述两底板(4)与所述薄膜电介质(11)共同组成平板电容C₃，所述同轴电容C₂与所述平板电容C₃的低压输出端口上还串联设有两分压电阻(5)，两所述分压电阻(5)的弱电输出端口均电性设有用于预制电缆插座的引接线端口(6)，所述绝缘外壳(12)底部设有一金属底座，所述金属底座上还设有用于固定的接地螺栓(7)，所述绝缘外壳(12)内设有与所述金属底座连通的屏蔽层(8)，所述屏蔽层(8)与所述金属底座搭接后连接到地面等电位接地网，所述屏蔽层(8)与所述外导体(3)间还设有绝缘体(9)。

优选地，所述引接线端口(6)通过两信号传输线(13)连接一采集器(14)，所述采集器(14)的接地端连接到地面等电位接地网，两所述信号传输线(13)为同轴电缆。

优选地，所述采集器(13)电性连接一电源滤波器(15)。

优选地，所述圆孔(121)的直径略大于所述内导体(1)的直径，且所述圆孔(121)顶端还设有一用于固定所述内导体(1)的锁扣装置。

优选地，所述中间导体(2)和外导体(3)为同轴圆柱状，且所述中间导体(2)的直径小于外导体(3)的直径，所述中间导体(2)的高度小于所述外导体(3)的高度。

优选地，所述屏蔽层(8)上端开口边向内弯曲且所述屏蔽层(8)开口边直径小于所述中间导体(2)的直径。

在完成传感器同轴电容分压器基本制作后未封装之前，为传感器加装屏蔽层。具体做法是可在0.25mm厚的薄膜一面覆上0.2mm的铜箔，并将薄膜一面紧贴同轴电容的外导体包裹一圈，屏蔽层要将分压电阻包围在其中，底部加块0.2mm厚铜板与圆筒屏蔽层沿周长底线合缝连接，并在底部装配两只同轴电缆连接插座，以便信号传输线接入，最后作传感器整体封装。

两根同轴电缆穿入对称布置的平行保护套管中，保护套管与传感器一端采用无缝连接，以避免干扰波入侵；与采集器一端则只需要位置固定即可；

采集器采样信号线接入端口为两只同轴电缆插座接线，同轴电缆内导体在接入采集器之前穿套铁氧体环，然后插入固定在机箱上的插座连接，通过插座线接到信号隔离变压器。两同轴电缆的内导体尽量贴近金属地板布线，且连接线愈短愈好，隔离变压器在采集器机箱内采用金属隔板与其它电路板隔开，避免干扰内部电路，隔离变压器次级绕组的输出信号至采样电路板的接线可采用屏蔽双绞线，隔离变压器侧的外壳接地、绕组间的屏蔽接地，以及双绞线屏蔽层接地直接连到金属底板上；采样电路板侧屏蔽层接地同样接到底板上。

电源滤波器的安装与信号隔离变压器的安装相类似。外接电源线采用预制电缆，电缆屏蔽层通过预制电缆插件与电子式互感器金属外壳实现360°无缝连接，滤波器输入端尽量靠近进线处，缩短接线长度；滤波器金属外壳与互感器壳体保持良好接触；滤波器在接线处会产生驻波反射，应采用金属板将其与其它电路板从空间上隔离。

综上所述，仅为本实用新型之较佳实施例，不以此限定本实用新型的保护范围，凡依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本实用新型专利涵盖的范围之内。

Claims (6)

1.一种电子式互感器，它包括绝缘外壳及设在绝缘外壳内的内导体、中间导体和外导体，其特征在于：所述绝缘外壳顶端设有一用于所述内导体可上下活动的圆孔，所述内导体、中间导体和外导体为同轴的环状结构，所述内导体与中间导体间设有电介质，所述电介质中心处设有与所述圆孔直径相同且可与所述内导体动配合的圆柱孔，所述电介质与所述内导体、中间导体共同构成同轴电容C₁，所述中间导体和外导体间设有薄膜电介质，所述薄膜电介质与所述中间导体、外导体共同构成同轴电容C₂，所述中间导体和外导体底部均设有一同轴的环状底板，两所述底板间还设有所述薄膜电介质，所述两底板与所述薄膜电介质共同组成平板电容C₃，所述同轴电容C₂与所述平板电容C₃的低压输出端口上还串联设有两分压电阻，两所述分压电阻的弱电输出端口均电性设有用于预制电缆插座的引接线端口，所述绝缘外壳底部设有一金属底座，所述金属底座上还设有用于固定的接地螺栓，所述绝缘外壳内设有与所述金属底座连通的屏蔽层，所述屏蔽层与所述金属底座搭接后连接到地面等电位接地网，所述屏蔽层与所述外导体间还设有绝缘体。

2.根据权利要求1所述的电子式互感器，其特征在于：所述引接线端口通过两信号传输线连接一采集器，所述采集器的接地端连接到地面等电位接地网，两所述信号传输线为同轴电缆。

3.根据权利要求2所述的电子式互感器，其特征在于：所述采集器电性连接一电源滤波器。

4.根据权利要求1所述的电子式互感器，其特征在于：所述圆孔的直径略大于所述内导体的直径，且所述圆孔顶端还设有一用于固定所述内导体的锁扣装置。

5.根据权利要求1所述的电子式互感器，其特征在于：所述中间导体和外导体为同轴圆柱状，且所述中间导体的直径小于外导体的直径，所述中间导体的高度小于所述外导体的高度。

6.根据权利要求1所述的电子式互感器，其特征在于：所述屏蔽层上端开口边向内弯曲且所述屏蔽层开口边直径小于所述中间导体的直径。