CN216350893U - 一种电容式电压互感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种电容式电压互感器，包括电容分压单元，以及分别与所述电容分压单元连接的电磁单元和谐波测量及数据分析装置；所述谐波测量及数据分析装置包括依次连接的宽频电压互感器、电压跟随电路、低通滤波电路、模数转换电路和数据处理电路；所述宽频电压互感器与所述电容分压单元连接；本实用新型能够保证CVT正常安全稳定运行，同时经济性较好。
Description
技术领域
本实用新型属于电压互感器相关技术领域，具体涉及一种电容式电压互感器。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
电容式电压互感器(capacitor voltage transformer，CVT)是由串联电容器分压，再经电磁式中间变压器降压和隔离，作为表计、继电保护等的一种电压互感器。与常规的电磁式电压互感器(voltage transformer，TV)相比，电容式电压互感器器除了可以防止因电压互感器铁芯饱和引起铁磁谐振外，在高电压等级电网，其经济性和安全性还有很多优越之处。因此目前在110kV及以上电压等级电网中已经CVT成为主要的电压测量设备。
由于CVT是根据谐振测量的工作原理，所以对于工频信号的测量能够满足要求，但对于谐波信号却不能正确地反应真实情况。针对高压等级电网谐波污染加深以及CVT大规模应用的现状，开展利用CVT进行谐波准确测量具有重要意义。
现有利用电容式电压互感器对谐波测量的技术主要包括两种，一是利用变压器高压套管或者电流互感器一次绕组主绝缘电容作为高压电容，在其末屏接地端串接分压电容作为低压电容，基于电容分压原理实现对谐波电压测量，这种方法会改变一次设备的接地方式，影响设备安全，无法长期挂网运行。二是基于CVT分压电容电流的谐波电压测量方法，对CVT高压电容、中压电容支路串接电流互感器，以实现对电流进行谐波分析，结合电容参数，再准确地计算得到高压侧谐波电压，这种方法需在CVT二次接线盒中新增若干电子部件，有可能降低设备的可靠性，且测量精度易受到电磁干扰影响，改造费用也较大。
发明人发现，现有的电容式电压互感器存在以下问题：(1)使用现有的电容式电压互感器测量时，会改变一次设备的接地方式，影响设备安全，无法长期挂网运行；(2)现有的电容式电压互感器测量精度易受到电磁干扰影响，改造费用较大。
实用新型内容
本实用新型为了解决上述问题，提出了一种电容式电压互感器，本实用新型能够保证CVT正常安全稳定运行，同时经济性较好。
根据一些实施例，本实用新型的第一方案提供了一种电容式电压互感器，采用如下技术方案：
一种电容式电压互感器，包括电容分压单元，以及分别与所述电容分压单元连接的电磁单元和谐波测量及数据分析装置；
所述谐波测量及数据分析装置包括依次连接的宽频电压互感器、电压跟随电路、低通滤波电路、模数转换电路和数据处理电路；所述宽频电压互感器与所述电容分压单元连接。
进一步的，所述电容分压单元包括依次串联的第一电容、第二电容和第三电容。
进一步的，所述第一电容、所述第二电容和所述第三电容的电容元件结构相同。
进一步的，所述电磁单元与所述第二电容并联，包括相互串联的补偿电抗器和变压器。
进一步的，所述补偿电抗器串联在所述变压器一次绕组低压端。
进一步的，所述谐波测量及数据分析装置与所述第三电容并联。
进一步的，所述谐波测量及数据分析装置连接有电能质量监测终端。
进一步的，所述谐波测量及数据分析装置与所述电能质量监测终端通过光纤连接。
进一步的，所述低通滤波电路设置为巴特沃斯二阶低通滤波电路巴特沃斯二阶低通滤波器。
进一步的，所述模数转换电路包括16位模数数据采集系统。
根据一些实施例，本实用新型的第二方案提供了
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
1.本实用新型通过在常规CVT的分压器低压端串入谐波测量电容，利用电容分压原理获得电网谐波信号，并通过谐波数据测量装置以及谐波分析方法，在满足工频信号测量准确度的基础上，实现谐波信号测量的功能；
2.本实用新型中的谐波测量装置及数据分析装置包括宽频电压互感器、电压跟随电路、低通滤波电路、AD转换电路和数据处理电路，过滤掉信号频率高于2.5kHz的成分以保证对谐波测量的准确性，将滤波得到的电压信号经AD转换电路后，输入进数据处理芯片，通过硬件电路连接光纤后输送管电能质量监控终端，从而实现监控中心对电力系统谐波电压的实时监测。
附图说明
构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
图1是本实用新型的实施例1的整体结构示意图；
图2是本实用新型的实施了1的谐波测量及数据分析装置原理图；
图3是本实用新型的实施例1的电压跟随电路；
图4是本实用新型的实施例1的低通滤波电路；
图5是本实用新型的实施例1的连接示意图；
图6是本实用新型的实施例1的AD7606芯片示意图；
其中：1、电容分压单元，11、第一电容，12、第二电容，13、第三电容，2、电磁单元，21、补偿电抗器，22、变压器，3、谐波测量单元，31、谐波测量及数据分析装置，311宽频电压互感器，312、电压跟随电路，313、低通滤波电路，314、AD转换电路，315、数据处理电路，32、光纤，33、电能质量监测终端。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
如背景技术中记载，常规CVT结构上可分为电容分压单元和电磁单元两部分，其中电容分压单元包括第一电容(高压电容器C1)和第一电容(中压电容器)C2，电磁单元由中间变压器、补偿电抗器等部分组成；在工频条件下，补偿电抗器感抗与分压器容抗相匹配，发生串联谐振，从而保证CVT能够准确的测量电压信号。但是在谐波条件下，这种谐振状态被打破，使得CVT对于谐波的传变失真。同时电磁单元内部线圈绕组的杂散电容会放大这种CVT对谐波传变的失真效果，从而导致CVT测量的谐波电压已完全不能够满足测量精准要求。
实施例1：
如图1和图2所示，本实施例提供了一种电容式电压互感器，包括电容分压单元1、电磁单元2和谐波测量单元3。
所述电容分压单元包括依次串联的第一电容11、第二电容12和第三电容13(谐波测量电容C3)；所述第一电容11、所述第二电容12和所述第三电容13的电容元件结构相同。
电磁单元2与所述第二电12容并联，包括相互串联的补偿电抗器21和变压器22(中间变压器)；所述补偿电抗器21串联在所述变压器22一次绕组低压端。
所述谐波测量单元3包括谐波测量及数据分析装置31、光纤32和电能质量监测终端33，所述谐波测量及数据分析装置31与所述第三电容13并联；所述谐波测量及数据分析装置13包括依次连接的宽频电压互感器311、电压跟随电路312、低通滤波电路313、模数转换电路314(AD转换电路)和数据处理电路315；所述宽频电压互感器311与所述电容分压单元连接；优选的，所述谐波测量及数据分析装置31通过光纤32连接有电能质量监测终端33；所述模数转换电路包括16位模数数据采集系统。
如图5所示，所述宽频电压互感器311、所述电压跟随电路312、所述低通滤波电路313、所述模数转换电路314(AD转换电路)和所述数据处理电路31的具体连接方式为：CVT谐波测量所述第三电容C3输出的电压经宽频电压互感器进行电压变换(变换到采样电路所需的5V电压)，二次侧一端接地，另一端接入所述电压跟随电路312输入端；电压信号经电压跟随电路输出后，接在低通滤波器的输入端进行滤波处理；处理完的信号接于AD7606芯片8路模拟输入引脚其中的任意一路(PIN 49或者PIN 51/53/55/57/59/61/63)，同时相应的AGND引脚接于模拟地。
如图6所示AD转换后输出的数字信号经输出引脚PIN 15(digital output)输入到SFM32F407的ADC输入引脚进行谐波数据处理；处理后通过串口经光缆将数据输送到电能质量监测终端。
具体的，在CVT中压分压电容低压端子与接地端子之间增设所述谐波测量电容C3，与所述高压电容器C1与所述中压电容器C2形成串联分压回路，从而可以在所述谐波测量电容C3上输出特定比例关系的电压信号：
由于此信号未经电磁单元，因此对此信号进行测量与数据处理，便可得到精确未失真的谐波电压信号。
增设谐波测量电容C3后，电容分压单元的输入与输出的变比K'为：
为了保证串接所述谐波测量电容C3后仍能保证CVT对工频信号测量的准确度，串接所述谐波测量电容C3的容值应该满足：
ε代表满足利用CVT测量工频电压信号所允许的标准误差。根据上述公式，便可利用主电容参数推导得到合理的谐波测量电容C3的容值。
如图2所示，在本实施例中，所述谐波测量电容C3输出的电压一般为几百伏左右，显然不能直接接入模/数转换器，因此需要把模拟信号电压降低到模/数转换器所能接受的电压水平。
所述宽频电压互感器311的作用就是在一定频率范围内(一般50Hz～2500Hz，因为高电压等级电网谐波一般为50次以下)，在保证信号不失真的情况下实现电压变换。所述宽频电压互感器311采用现有产品，具体的选用JLPT02型电压互感器，其技术指标为，变比：100:5，比差非线性度：小于0.1％，相位差非线性度：小于5分，频带宽度：20-5KHz；线性范围：5％-120％标称输入。
如图3所示，所述电压跟随电路312主要功能是增加信号采样电路的输入阻抗，保证宽频电压互感器工作在理想状态，使其传变所述谐波测量电容C3分压得到的电压时不受后级电路影响；电压跟随电路属于共集电路，信号从base极输入，emit极输出，在电路系统中常作为缓冲级与隔离级。
对于谐波的分析处理一般采用FFT算法，在进行FFT运算时，为了避免频域混叠效应，所述低通滤波电路313过滤掉信号频率高于2.5kHz的成分以保证对谐波测量的准确性；如图4所示，本实施例中，所述低通滤波电路313设置为巴特沃斯二阶低通滤波电路。
最后将滤波得到的电压信号经AD转换电路314后，输入进数据处理芯片，通过硬件电路连接所述光纤32后输送给所述电能质量监控终端33，从而实现监控中心对电力系统谐波电压的实时监测；在本实施例中，所述AD转换电路314主要器件为AD7606。
所述数据处理电路315以STM32F407为核心处理器，配合支持处理器的外围电路实现对系统的综合管理以及数据的运算。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电容式电压互感器，其特征在于，包括电容分压单元，以及分别与所述电容分压单元连接的电磁单元和谐波测量及数据分析装置；
所述谐波测量及数据分析装置包括依次连接的宽频电压互感器、电压跟随电路、低通滤波电路、模数转换电路和数据处理电路；所述宽频电压互感器与所述电容分压单元连接。
2.如权利要求1所述的一种电容式电压互感器，其特征在于，所述电容分压单元包括依次串联的第一电容、第二电容和第三电容。
3.如权利要求2所述的一种电容式电压互感器，其特征在于，所述第一电容、所述第二电容和所述第三电容的电容元件结构相同。
4.如权利要求2所述的一种电容式电压互感器，其特征在于，所述电磁单元与所述第二电容并联，包括相互串联的补偿电抗器和变压器。
5.如权利要求4所述的一种电容式电压互感器，其特征在于，所述补偿电抗器串联在所述变压器一次绕组低压端。
6.如权利要求2所述的一种电容式电压互感器，其特征在于，所述谐波测量及数据分析装置与所述第三电容并联。
7.如权利要求1所述的一种电容式电压互感器，其特征在于，所述谐波测量及数据分析装置连接有电能质量监测终端。
8.如权利要求7所述的一种电容式电压互感器，其特征在于，所述谐波测量及数据分析装置与所述电能质量监测终端通过光纤连接。
9.如权利要求1所述的一种电容式电压互感器，其特征在于，所述低通滤波电路设置为巴特沃斯二阶低通滤波电路巴特沃斯二阶低通滤波器。
10.如权利要求1所述的一种电容式电压互感器，其特征在于，所述模数转换电路包括16位模数数据采集系统。
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| CN115389805A (zh) * | 2022-09-02 | 2022-11-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于光学电压传感器的混联式cvt宽频测量系统 |
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| CN115389805B (zh) * | 2022-09-02 | 2024-03-19 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于光学电压传感器的混联式cvt宽频测量系统 |
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