CN2852143Y - 一种能适应计量、测量或保护需要的高压信号取样装置 - Google Patents

Abstract

一种能适应计量、测量或保护需要的高压信号取样装置，属测量领域。包括变压器的一次线圈，其特征是在变压器一次线圈侧设置小电流传感器；在变压器一次线圈之各相绕组中设置相应分压线圈；分压线圈的输出端与隔离/误差补偿器连接，各小电流传感器和隔离/误差补偿器的输出端，以V－v或Y－y接线方式与高压电能计量、测量单元进行连接；或者，以零序或开口三角接线方式与保护装置连接。其可真正实现高、低压隔离，可同时提供满足计量、测量或保护系统多种精度需要的电能、电压或电流信号，其既节能、节省安装空间、节约制作材料、又可大幅度降低计量成本，环保。可广泛用于各种电压等级的单相或三相变压器之电能计量领域。

Description

一种能适应计量、测量或保护需要的高压信号取样装置

技术领域

本实用新型属于测量领域，尤其涉及一种能同时提供用于高压电能计量、测量或保护所需要之高压信号的取样装置。

背景技术

电能，作为使用方便、优质洁净的重要能源，是国民经济发展的重要动力，关系到国计民生，与人民生活和工农业生产息息相关。

随着经济的发展以及人民生活水平的不断提高，促使发、供、用电量不断增加；电能的买卖以及如何计量和计算其价值，日益显得十分重要。

目前的电能计量，主要依据电能计量装置所测得的计量数据来进行；搞好电能的计量工作，正确计量电量的使用量，使计量数值更加准确、公平、公正，直接影响到发、供、用电三方的经济利益。

高压电能计量装置是电能计量的专用设备，它是连接发、供、用电三方必不可少的设备。由于它的应用面大量广，除要求安全可靠性能稳定外，提高计量性能、减少自身电量损耗、减小体积、节约占地空间、节约能源、节约材料、节省投资、降低计量成本、电磁兼容性好以及环保，安装、使用、维护方便，成为从业人员研究、关注的焦点。

目前，国、内外高压电能的计量装置所需要的高压信号，通常是采用电压互感器将高电压变换成标准的低电压(100V或100/V)、采用电流互感器将大电流变换成标准的小电流(5A或1A)，再将上述的标准低电压、标准小电流送入相应的计量装置，以完成相应的计量工作。

电磁式电流互感器(简称CT，下同)体积大、重量大、成本高、铁芯易饱和，而电磁式电压互感器(简称PT，下同)除上述缺点外，电磁谐振、高次谐波、操作过电压均会给电压互感器的安全运行造成威胁，成为难以解决的问题；同时，PT的导线截面非常小，属电力系统应用元件中比较脆弱的产品，当系统出现谐振或奇次谐波源时，极易烧毁PT，影响电力系统的安全运行。而且，PT运行时耗能较高，亦不利于节能和减少电能的传输、计量损耗。

制造PT、CT的材料主要有硅钢片、铜、钢、变压器油以及环氧树脂等材料，均是不可再生的、国民经济发展不可缺少的重要材料，如何减少高压计量装置自身的电量损耗、减小其体积、节约能源、节约材料、节省投资、降低计量成本、确保其电磁兼容性好以及环保性能、方便产品的安装、使用、维护，均已成为计保行业从业人员一直在研究、关注的焦点。

公开曰为1995年4月19日，授权公告号为CN 1051373C的中国发明专利中公开了一种“配电变压器高压计量装置”，其特征在于所述的计量装置无高压互感器；取样电流取自配电变压器高压线圈的末端；取样电压取自配电变压器高压绕组中性端相邻的分接头。与传统高压计量装置不同，其电能计量信号取样点不是接在配电变压器高压绕组的首端，而是接在其中性端，由于中性点的特殊性，电流取样回路相问电位差为零，电压取样直接从分接头引出，使它能省去高压电压互感器和高压电流互感器，但其存在着以下问题：

1.变压器运行在空载、不同负载或满载运行状态时，变压器的铁芯磁通密度是不相同的，取出的电压误差随负荷的变化而变化，不能满足高压计量精度的要求；

2.要求输出的容量较高，对变压器的空载损耗有一定影响，不利于变压器的经济运行；

3.高/低压回路未能实现电磁隔离，不符合现行运行安全规程的要求，存在安全隐患；

4.无法同时提供计量、测量或保护回路所需的信号，高压测量或保护回路仍需通过高压互感器来取信号，不能实现真正意义上的取消电压互感器；

5.当线路发生单相接地故障时，变压器中性点电压升高，极易击穿或烧毁计量电能表；

6.只能适用于星形接法的配电变压器，适用面较窄。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能适应计量、测量或保护需要的高压信号取样装置，其可实现真正意义上的高、低压隔离，符合现行运行安规、计量、测量和保护规程的要求，电磁兼容性(亦称电磁屏蔽性)好，不会影响变压器的运行技术指标，能适应电网自动化的需要，可提供同时满足计量、测量或保护系统多种精度需要的电能、电压或电流信号，其取样方式既节能、节省安装空间、节约制作材料、又可大幅度降低计量成本，环保，便于计量、测量或保护装置的安装、使用和维护。

本实用新型的技术方案是：提供一种能适应计量、测量或保护需要的高压信号取样装置，包括变压器内部的一次线圈，其特征是：在变压器内部的一次线圈侧设置小电流传感器；在变压器内部一次线圈之各相的绕组中设置相应的分压线圈；所述分压线圈的输出端与隔离/误差补偿器连接；所述各小电流传感器和隔离/误差补偿器的输出端，以V-v接线方式或Y-y接线方式与高压电能计量、测量单元进行连接；或者，以零序或开口三角接线方式与保护装置连接。

其中，其所述的小电流传感器为贯穿式或空心式电流互感器。

其所述的分压线圈带有调压抽头，可在±5％的范围内对其输出电压进行调节，使分压线圈的输出电压与变压器的输出电压调节同步进行和相匹配。

其所述的隔离/误差补偿器为隔离变压器、电容式电压互感器、微型电压互感器、电子式电压互感器或电阻分压器。

其所述的隔离/误差补偿器包括隔离变压器、电容式电压互感器、微型电压互感器、电子式电压互感器、电阻分压器和接在其输出端的可调式补偿单元构成。

或者，其所述的隔离/误差补偿器包括隔离变压器、电容式电压互感器、微型电压互感器、电子式电压互感器、电阻分压器和接在其输出端的可调式补偿单元构成。

上述隔离变压器的原边线圈带有调压抽头，其经过切换开关与变压器分压线圈的调压抽头分别对应连接，可在±5％的范围内对其输出电压进行调节，使隔离变压器的输出电压与变压器的输出电压调节同步进行和相匹配。

其所述之高压电能计量单元为机械式电能表、电子式电能表、贯穿式电能表或电子式电能计量模块；所述之高压测量单元为电磁式或数字式高压电压/电流表。

与现有技术比较，本实用新型的优点是：

1.采用小电流传感器和设置在变压器一次侧线圈上的分压线圈作为计量、测量或保护回路的信号提供源，省去了常规的分体独立式CT、PT，大大缩小了高压信号取样装置的体积，使得将整个取样装置设置在变压器内部成为可能；

2.采用小电流传感器为计量、测量或保护回路提供电流信号，其输入/输出比完全为线性，可提高计量性能，用空心互感器为保护回路提供电流信号，可解决磁饱和带来的保护回路不动作或误动作现象；

3.采用隔离/误差补偿器对所采集的电压信号进行处理，可同时满足高、低压隔离、电磁屏蔽(电磁兼容)、满足计量准确度之比差、角差的要求和电压保护回路取样信号等要求；

4.将独立的高压PT改成为将隔离/误差补偿器并联在变压器分压线圈的抽头处，当系统出现谐振、奇次谐波源或出现操作过电压时，变压器的线圈起到了保护作用，避免了烧毁PT故障的发生，有利于提高电力系统运行的安全可靠性，且可节约大量的有色金属和制作材料；

5.通过实际测量，采用上述方法后对变压器的原运行参数几乎不产生任何影响，这就意味着高压电流、电压、电能的测量可以几乎不损耗电能，节约了能源，减少了计量、测量和保护回路的运行成本。

附图说明

图1是本取样装置之电气系统方框图；

图2是单相变压器计量装置实施例之电气连接线路示意图；

图3是采用本取样方法的保护装置实施例之电气连接线路示意图；

图4为三相三线制计量装置实施例之电气连接线路示意图；

图5为三相四线制计量装置实施例之电气连接线路示意图。

图中1为变压器，2为CT，3为分压线圈，4为隔离/误差补偿器，5为高压计量、测量装置，6为高压保护装置，7为显示装置。

具体实施方式

图1中，在变压器1内部的一次侧线圈或其进线端设置小电流传感器2，变压器一次线圈之各相的绕组中设置相应的分压线圈3，对各相所取出的高压电压信号经过隔离/误差补偿器4分别进行电磁/电压隔离、补偿；将电流信号和经过隔离、补偿后的电压信号送入高压电能计量、测量装置5进行计量，或者送入高压保护装置(图中未示出)为其提供保护所需之信号。

其小电流传感器可以为贯穿式或空心式电流互感器；

其隔离/误差补偿器为隔离变压器、电容式电压互感器、微型电压互感器、电子式电压互感器或电阻分压器；在隔离变压器、电容式电压互感器、微型电压互感器、电子式电压互感器或电阻分压器的输出端可以设置可调式补偿单元；可调式补偿单元由可调的补偿电容、补偿电感和补偿电阻构成，其补偿电容并接在隔离电压传感器输出端的两端，补偿电感和补偿电阻串联或并联后接在隔离电压传感器输出端的两端。

其高压电能计量单元可以为机械式电能表、电子式电能表、贯穿式电能表或电子式电能计量模块；其高压测量单元可以为电磁式或数字式高压电压/电流表。

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

实施例1：

单相线路变压器之高压计量信号取样方法：

采用图2之连接关系，在变压器的一次侧线圈1B的引线上或其进线端设置小电流传感器CT，变压器一次线圈绕组中设置相应的分压线圈FY，各相所取出的高压电流、电压信号经过隔离/误差补偿器分别进行电磁/电压隔离、补偿；将电流信号和经过隔离、补偿后的电压信号送入高压电能计量装置5的电压、电流输入端子U_A、U_O、I_H和I_L，进行计量。

其中，隔离/误差补偿器采用隔离变压器GLB和接在其输出端的可调式补偿单元构成，其可调式补偿单元由可调的补偿电容、补偿电感和补偿电阻构成，其补偿电容并接在隔离变压器输出端的两端，补偿电感和补偿电阻串联或并联后并接在隔离变压器输出端的两端。

可调式补偿单元中各元件的连接关系不局限于图中所示的连接关系，根据实际补偿的需要，还可以有其他连接方式，各补偿元件的具体数值根据需要而定。

如果隔离变压器的隔离/误差补偿效果能满足使用的需要，则可调式补偿单元亦可取消以节约制造成本。

由于将变压器的原边线圈当作分压器，按匝数比分压取样，U1∶U2＝N1∶N2。考虑到溯源性的问题，在变压器的原边线圈取500V电压，并联接入500V/100V的隔离/误差补偿器，隔离/误差补偿器由小容量的电压互感器(电磁补偿)、补偿电容(可调)、补偿电组(可调)等原件组成，以满足高压电能计量、电流测量的准确度要求(比差、角差)。

为了消除电场、磁场的影响，隔离/误差补偿器要经过电磁屏蔽处理，以排除电场、磁场的干扰解决电磁兼容问题。

设置隔离/误差补偿器是为了完成以下4项工作：

a、高、低隔离，解决安全运行问题；

b、电磁屏蔽，解决电磁兼容问题；

c、电压补偿器，满足比差、角差的计量性能要求，使计量满足准确度要求；

d、为电压保护回路提供取样信号。

与普通的电压互感器相比，该隔离/误差补偿器体积非常小，耗用材料少、自身耗电量极低。当系统出现冲击电压、冲击电流或谐振电流、电压时，变压器的绕组(相当于一个大电感线圈)对隔离/误差补偿器有保护作用，后续的计量、测量部分可免于受到影响和危害。

分压线圈带有调压抽头1、2、3，可在±5％的范围内对其输出电压进行调节，隔离变压器原边线圈亦带有调压抽头1′、2′、3′，同样可在±5％的范围内对其输出电压进行调节，在分压线圈的调压抽头与隔离变压器原边线圈的调压抽头之间连接一切换开关(为了图面简洁，图中未画出，下同)，通过调节切换开关的档位，可以使分压线圈的输出电压及隔离变压器的输入电压与变压器的输出电压调节同步进行和相匹配，保证隔离变压器的输出电压稳定在所需要的(例如：500V±5％)范围内。

通过设置适宜的隔离/误差补偿器输出值，使电流信号或经过隔离、补偿后的电压信号为与后续的计量、测量或保护模块、单元或装置所需额定电流或电压相匹配的标准电流信号或标准电压信号，如符合中国现行计量、测量规程的5A、1A、10mA、100V或10mV等标准的计量电压/电流信号，亦可采用符合美国国家标准学会(ANSI)或国际标准化组织(ISO)或国际电工委员会(IEC)之相关标准中与电子式电压/电流互感器有关的22.5mV、150mV、200mV、225mV、1V、2V或4V等标准数值。

由于其电压、电流信号均为标准的电压、电流信号，可以方便地与现有的计量、测量或保护模块、单元或装置进行匹配，无需再进行变换，有利于简化线路结构和减少中间环节，提高计量、测量和保护的精度。

按照中国现行的相关标准和规程，小电流传感器提供的电流测量的方式可以有两种：

(a)提供标准的电流5A，按照电流互感器来处理，为电能表计量电能提供标准电流；

(b)提供标准的电流10mA，直接供给电能计量模块，进行高压电能计量或是电流测量。

同样，隔离/误差补偿器提供的电压测量的方式亦可以有两种：

(a)提供标准的低电压100V，按照电压互感器来处理，为电能表计量电能提供标准电压；

(b)提供标准的电压10mV，直接供给电能计量模块，进行高压电能计量或是电压测量。

其小电流传感器为贯穿式或空心式电流互感器，具体地，其小电流传感器可以选择光纤电流传感器(OCT)、空心电流传感器、若高夫司基(Rogowski)线圈、电子式电流互感器或光电电流互感器。

由于上述形式的电流传感装置没有铁芯，采用其为保护回路提供保护信号，其输入/输出比完全为线性，可解决磁饱带来的灵敏度降低和引起的保护回路误动作现象，且CT无一次线圈，电流回路几乎没有功耗，可节约大量贵重或不可再生材料，其中铜材可节省约99.8％、硅钢片约98％、树脂或变压器油节约100％以及大量的钢材。

其隔离变压器亦可以采用电压互感器、电容式电压互感器、微型电压互感器、电子式电压互感器或电阻分压器等电压传感器件进行代换。

采用上述电压传感器件来替代高压互感器(PT)后，并联在变压器分压线圈分压后的5％的电压上的回路之功耗极低，经实测对变压器的空载损耗几乎无影响，可忽略，同时，可大量节约各种贵金属和不可再生的制造材料，其中铜材可节省约95％、硅钢片约92％、树脂或变压器油节约100％以及大量的钢材。

其高压电能计量单元可以为机械式电能表、电子式电能表、贯穿式电能表或电子式电能计量模块；其高压测量单元可以为电磁式或数字式高压电压/电流表，此为本领域之公知技术，在此不再叙述。

采取以上措施后，高压电能计量装置的总体节能可达90％，节约制造材料85％，每个计量点可节约投资近万元，每年每个计量点可节省自身损耗电费1000～2000元(10KV电压等级线路)或1500～3800元(35KV电压等级线路)。

由于图中各装置或部件之符号、编号、命名方法与现行的变配电系统之制图习惯相同，其各个字母、符号的具体含义本领域的技术人员完全可以理解，不再细述。

实施例2：

采用本取样方法的取样装置与高压保护装置的连接：

采用图3之连接关系，将设置于三相电源上之电流互感器2之输出端和连接于变压器三相一次侧线圈之分压线圈3上的隔离/误差补偿器4之输出端的首、尾端分别依次串联连接，形成开口三角形接线方式，将其电压/电流信号送入保护装置6，为其提供运行保护所需之信号。

同理，上述元器件亦可采用零序接线方式与保护装置连接。

由于上述接线方式、工作原理和高压保护装置为现有技术，在此不再叙述。

为了图面简洁，图中亦未画出分接开关。

其余同实施例1。

实施例3：

三相三线制变压器之高压计量信号取样方法：

对于三相三线制的变压器，可采用图4所示之连接关系，使用两组小电流传感器、两组分压线圈和两个隔离/误差补偿器分别对应设置在变压器的A、C相上，小电流传感器和隔离/误差补偿器的输出端采用V-v接线方式与三相电能计量模块的电压、电流输入端对应连接，电能计量模块的输出端与显示单元7连接。

设置显示单元的目的是将测量数据远传，只要对电能计量模块进行相应的绝缘和电磁屏障处理，满足变压器的相关安全技术指标要求，电能计量模块完全可以设置在变压器的壳体内。

由于数据远传及显示为现有技术，在此不再叙述。

实施例4：

三相四线制变压器之高压计量信号取样方法：

对于三相四线制的变压器，可采用图5所示之连接关系，将三个小电流传感器、三组分压线圈和三个隔离/误差补偿器分别对应设置在变压器的三相上，小电流传感器和隔离/误差补偿器的输出端采用Y-y接线方式与三相电能表的电压、电流输入端对应连接。

其余同实施例1。

本实用新型可广泛用于各种规格的单相或三相变压器之电能计量领域。

Claims (8)

1.一种能适应计量、测量或保护需要的高压信号取样装置，包括变压器内部的一次线圈，其特征是：

在变压器内部的一次线圈侧设置小电流传感器；

在变压器内部一次线圈之各相的绕组中设置相应的分压线圈；

所述分压线圈的输出端与隔离/误差补偿器连接；

所述各小电流传感器和隔离/误差补偿器的输出端，以V-v接线方式或Y-y接线方式与高压电能计量、测量单元进行连接；或者，以零序或开口三角接线方式与保护装置连接。

2.按照权利要求1所述的能适应计量、测量或保护需要的高压信号取样装置，其特征是所述的小电流传感器为贯穿式或空心式电流互感器。

3.按照权利要求1所述的能适应计量、测量或保护需要的高压信号取样装置，其特征是所述的分压线圈带有调压抽头，可在±5％的范围内对其输出电压进行调节，使分压线圈的输出电压与变压器的输出电压调节同步进行和相匹配。

4.按照权利要求1所述的能适应计量、测量或保护需要的高压信号取样装置，其特征是所述的隔离/误差补偿器为隔离变压器、电容式电压互感器、微型电压互感器、电子式电压互感器或电阻分压器。

5.按照权利要求1所述的能适应计量、测量或保护需要的高压信号取样装置，其特征是所述的隔离/误差补偿器包括隔离变压器、电容式电压互感器、微型电压互感器、电子式电压互感器、电阻分压器和接在其输出端的可调式补偿单元构成。

6.按照权利要求5所述的能适应计量、测量或保护需要的高压信号取样装置，其特征是所述的可调式补偿单元由可调的补偿电容、补偿电感和补偿电阻构成，其补偿电容并接在隔离变压器输出端的两端，补偿电感和补偿电阻串联或并联后接在隔离变压器输出端的两端。

7.按照权利要求4或5所述的能适应计量、测量或保护需要的高压信号取样装置，其特征是所述的隔离变压器原边线圈带有调压抽头，其经过切换开关与变压器分压线圈的调压抽头分别对应连接，可在±5％的范围内对其输出电压进行调节，使隔离变压器的输出电压与变压器的输出电压调节同步进行和相匹配。

8.按照权利要求1所述的能适应计量、测量或保护需要的高压信号取样装置，其特征是所述之高压电能计量单元为机械式电能表、电子式电能表、贯穿式电能表或电子式电能计量模块；所述之高压测量单元为电磁式或数字式高压电压/电流表。

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