專利名稱：同心度自動(dòng)補(bǔ)償型同軸電容分壓電子式電壓互感器及其補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電壓互感器，尤其涉及一種套管用帶同心度自動(dòng)補(bǔ)償型同軸電容 分壓電子式電壓互感器及其補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
電壓互感器是一次側(cè)跨接于高壓電網(wǎng)的母線與地之間，二次側(cè)接在功率表、電度 表以及機(jī)電保護(hù)設(shè)備上，為機(jī)電保護(hù)設(shè)備和電能計(jì)量提供母線電壓信號(hào)的裝置。套管用電 壓互感器是安裝于進(jìn)線或出線套管上的新型高壓電壓互感器?？捎糜贕IS(Gas Insulated Switchgear)六氟化硫封閉式組合電器和HGIS(Half GasInsulated Switchgear)等上的進(jìn) 線或出線套管安裝，是機(jī)電保護(hù)設(shè)備和電能計(jì)量必不可少的設(shè)備。由于高壓電網(wǎng)電壓很高，對(duì)電壓互感器的絕緣要求也很高；而且對(duì)測(cè)量精度要求 也很高(一般要求0. 2級(jí)，3P)，傳統(tǒng)的以電磁感應(yīng)理論為基礎(chǔ)的電壓互感器，其原理是變壓 器原理，其結(jié)構(gòu)猶如小容量的變壓器，一次側(cè)線圈跨接于高壓電網(wǎng)的線與地間，二次側(cè)線圈 輸出電壓為機(jī)電保護(hù)設(shè)備和電能計(jì)量提供信號(hào)。由于高壓電網(wǎng)電壓很高，就要求變壓器的 鐵芯截面積足夠大和線圈匝數(shù)非常大。結(jié)構(gòu)復(fù)雜；體積龐大；重量重，且電壓等級(jí)越高成本 越高難。使其無法使用于進(jìn)線或出線套管上。同心電容分壓技術(shù)是近來出現(xiàn)的一種電壓互感器，該技術(shù)是將進(jìn)線套管或出線套 管與高壓母線直接構(gòu)成一個(gè)整體而形成的高壓電容，在進(jìn)行安裝時(shí)，首先將高壓母線和進(jìn) 線套管或出線套管調(diào)整到幾乎絕對(duì)同心的位置，才能保證電壓的測(cè)量精度，該技術(shù)的出現(xiàn) 雖然可使得在進(jìn)線套管或出線套管安裝的高壓電壓互感器成為可能，但是同軸分壓電壓互 感器高壓電極與測(cè)量電極處的同心度的要求很高，而且，誤差隨偏心度成指數(shù)增長，進(jìn)線或 出線套管的中心導(dǎo)體即高壓電極很長，無法保證在同軸分壓電壓互感器測(cè)量電極處的同心 度。不能滿足保護(hù)和計(jì)量的精度要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種測(cè)量精度高、體積 小、測(cè)量范圍寬、絕緣性能好的有套管用帶同心度自動(dòng)補(bǔ)償型同軸電容分壓電子式電壓互 感器及其補(bǔ)償方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明提供了一種同軸分壓電子式電壓互感器，其特 殊之處在于所述同軸分壓電子式電壓互感器包括高壓電極、由3片或3片以上瓦片狀電極 瓣環(huán)繞構(gòu)成的圓形測(cè)量電極；所述高壓電極置于測(cè)量電極內(nèi)，并與構(gòu)成測(cè)量電極的每一片 瓦片狀電極瓣分別形成高壓分壓電容器；每一片瓦片狀電極瓣均接有分壓電容，所述分壓 電容的另一端接地。上述圓形測(cè)量電極是由瓦片狀電極瓣等分構(gòu)成的。上述圓形測(cè)量電極兩端設(shè)置有絕緣環(huán)，以保證其與殼體之間的絕緣。
上述瓦片狀電極瓣之間設(shè)置有絕緣條。上述瓦片狀電極瓣電極上還設(shè)置有信號(hào)引線條。 上述同軸分壓電子式電壓互感器還包括采集數(shù)據(jù)處理補(bǔ)償電路，所述分壓電容與 高壓分壓電容器之間的接點(diǎn)接入采集數(shù)據(jù)處理補(bǔ)償電路。上述采集數(shù)據(jù)處理補(bǔ)償電路包括信號(hào)調(diào)理器、A/D轉(zhuǎn)換器、CPU以及電光轉(zhuǎn)換器； 所述分壓電容與高壓分壓電容器之間的接點(diǎn)接入信號(hào)調(diào)理器，所述信號(hào)調(diào)理器通過A/D轉(zhuǎn) 換器電性接入CPU ；所述CPU電性接入電光轉(zhuǎn)換器。上述同軸分壓電子式電壓互感器還包括殼體、出線端子以及上法蘭和下法蘭；所 述上法蘭和下法蘭設(shè)置在殼體兩端，所述圓形測(cè)量電極置于殼體內(nèi)部；所述圓形測(cè)量電極 內(nèi)部的高壓電極和殼體構(gòu)成密閉氣室。上述高壓電極是進(jìn)線套管或出線套管中的高壓母線。一種實(shí)現(xiàn)上述的同心度自動(dòng)補(bǔ)償型同軸電容分壓電子式電壓互感器的補(bǔ)償方法， 其特殊之處在于該方法包括以下步驟1)建立分壓電路，所述分壓電路包括高壓電極、由3片或3片以上瓦片狀電極瓣環(huán) 繞構(gòu)成的圓形測(cè)量電極和低壓分壓電容；所述高壓電極置于測(cè)量電極內(nèi)，并與構(gòu)成測(cè)量電 極的每一片瓦片狀電極瓣分別形成高壓分壓電容器，每一片瓦片狀電極瓣均接有低壓分壓 電容，所述低壓分壓電容的另一端接地；2)根據(jù)分壓電路中由于高壓電極偏離中心時(shí)，圓形測(cè)量電極中各瓦片狀電極瓣與 高壓電極形成的電容量發(fā)生變化獲取相應(yīng)的電壓模擬信號(hào)；3)將電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)；4)對(duì)上述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和補(bǔ)償計(jì)算，得到可滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)精度要求和輸 出協(xié)議規(guī)定的電信號(hào)；5)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后輸出。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、精度高。本發(fā)明所提供的同軸分壓電壓互感器由于高壓分壓電容為氣體電容， 穩(wěn)定性非常好，有好的電壓特性和溫度特性。通過數(shù)字校準(zhǔn)，可保證0. 的精度；與傳統(tǒng) 的電磁式的電壓互感器相比，不會(huì)因?yàn)樵陔妷汉艿蜁r(shí)，由于硅鋼片的初始磁導(dǎo)率小，使得測(cè) 量誤差很大或當(dāng)電壓過高時(shí)出現(xiàn)的磁飽和現(xiàn)象；同時(shí)與現(xiàn)有的同心電容分壓技術(shù)相比，由 于本發(fā)明將進(jìn)線套管或出線套管等分為幾個(gè)瓦片狀的電極瓣，在高壓母線與進(jìn)線套管或出 線套管不能保證同心的情況下，根據(jù)每個(gè)瓦片狀的電極瓣與高壓母線所形成的電容不一 樣，再經(jīng)過信號(hào)調(diào)理器、A/D轉(zhuǎn)換器、CPU以及光電轉(zhuǎn)換器處理后，可將其表現(xiàn)為光信號(hào)輸 出，精度高。2、體積小、重量輕、易安裝。本發(fā)明能夠方便的安裝在進(jìn)線或出線套管法蘭上，成 為套管地一部分，重量僅有傳統(tǒng)高壓電壓互感器的2%左右，并且采用蘭連接設(shè)計(jì)，可方便 的安裝在進(jìn)線套管或出線套管上，與線套管或出線套管成為一體，安裝移動(dòng)相當(dāng)方便。3、成本低。本發(fā)明由于沒有鐵磁芯和線圈，節(jié)省了大量的銅漆包線和硅鋼片，成本 大大的降低，約為10%。4、測(cè)量范圍寬。本發(fā)明的電壓特性決定了同軸電容分壓互感器在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi) 能夠完全的線性變化。
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5、絕緣性能好。本發(fā)明的高壓電容電介質(zhì)采用SF6，可以根據(jù)電壓等級(jí)的需要，進(jìn) 行設(shè)計(jì)，絕緣性能出色。6、數(shù)字量輸出。本發(fā)明通過電容分壓，然后對(duì)分壓電壓進(jìn)行采集，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處 理，數(shù)據(jù)補(bǔ)償，最后電光轉(zhuǎn)換，以光數(shù)據(jù)的形式輸出。


圖1為本發(fā)明的電路原理示意圖；圖2為本發(fā)明測(cè)量電極組件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例部分縱切面示意圖；圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1，本發(fā)明提供了一種同軸分壓電子式電壓互感器，該電子式電壓互感器包 括包括高壓電極1、至少由3片瓦片狀電極瓣構(gòu)成的圓形測(cè)量電極2以及與瓦片狀電極瓣 數(shù)目相對(duì)應(yīng)的分壓電容3 ；高壓電極1置于測(cè)量電極2內(nèi)，高壓電極1置于圓形測(cè)量電極2 內(nèi)，并與構(gòu)成測(cè)量電極2的每一片瓦片狀電極瓣17分別形成高壓分壓電容器；每一片瓦片 狀電極瓣17均接有分壓電容3，分壓電容3的另一端接地。本發(fā)明所提供的同軸分壓電子式電壓互感器還包括采集數(shù)據(jù)處理補(bǔ)償電路；該采 集數(shù)據(jù)處理補(bǔ)償電路包括信號(hào)調(diào)理器4、A/D轉(zhuǎn)換器5、CPU 6以及電光轉(zhuǎn)換器7 ；分壓電容 3與高壓分壓電容器之間的接點(diǎn)接入信號(hào)調(diào)理器4，信號(hào)調(diào)理器4通過A/D轉(zhuǎn)換器5電性接 入CPU 6 ；CPU 6電性接入電光轉(zhuǎn)換器7。其中信號(hào)調(diào)理器可以是由運(yùn)算放大器和電位器構(gòu)成的電路，將信號(hào)調(diào)理到A/D轉(zhuǎn) 換器需要的范圍；A/D轉(zhuǎn)換器是由16位A/D轉(zhuǎn)換器芯片及其外圍電路組成的，將調(diào)理器過來的模擬 信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電路；CPU6可以是由CPLD或單片機(jī)或DSP芯片及其外圍電路組成的能夠進(jìn)行高速數(shù)據(jù) 處理的電路；電光轉(zhuǎn)換器是通用的電光轉(zhuǎn)換器，如HFBR-1414等。參見圖2，本發(fā)明的圓形測(cè)量電極2是由瓦片狀電極瓣17等分所構(gòu)成的，同時(shí)，圓 形測(cè)量電極2與高壓電極1之間設(shè)置有絕緣環(huán)15，該絕緣環(huán)15可以保證其與殼體之間的絕 緣；構(gòu)成圓形測(cè)量電極2的瓦片狀電極瓣17之間設(shè)置有絕緣條14 ；瓦片狀電極瓣17的電 極上還設(shè)置有信號(hào)引線條16。參見圖3，本發(fā)明還包括殼體9、出線端子11以及殼體9兩端設(shè)置的與進(jìn)線或出線 套管連接的上法蘭12，以及與開關(guān)體連接的下法蘭13。圓形測(cè)量電極2置于殼體9內(nèi)部并 用頂環(huán)10頂住，同時(shí)利用殼體9上的上法蘭12以及下法蘭13固定；信號(hào)引線條16和采集 數(shù)據(jù)處理補(bǔ)償電路通過出線端子11相連；高壓電極1在進(jìn)線套管或出線套管上，圓形測(cè)量 電極內(nèi)部的高壓電極1和殼體9構(gòu)成密閉SF6氣室。參見圖4，高壓電極1是進(jìn)線套管或出線套管中的高壓母線，本發(fā)明在工作時(shí)，穿 過圓形測(cè)量電極2中心的高壓電極1，與圓形測(cè)量電極2的三片瓦片狀測(cè)量電極17組成高壓分壓電容。高壓分壓電容與分壓電容3組成分壓電路，圓形測(cè)量電極2的內(nèi)徑有高壓電 極1的外徑和耐受電壓等級(jí)決定，分壓后的低電壓通過接線端子11引出SF6氣室，進(jìn)入采 集和數(shù)據(jù)處理補(bǔ)償電路；在采集和數(shù)據(jù)處理補(bǔ)償電路，先對(duì)信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理器4進(jìn)行調(diào) 理，再通過A/D轉(zhuǎn)換器5進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，使電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過CPTO對(duì)數(shù)據(jù)的 相位和幅值矯正處理和偏心補(bǔ)償計(jì)算，使信號(hào)滿足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)精度要求和輸出協(xié)議規(guī)定， 然后通過電光轉(zhuǎn)換器7，最后輸出光數(shù)字信號(hào)供保護(hù)和計(jì)量設(shè)備使用。以測(cè)量電極分為三片瓦片狀電極瓣17為例，當(dāng)然也可以根據(jù)實(shí)際工作的需要分 為多片瓦片狀電極瓣，這些瓦片狀電極瓣等分整個(gè)測(cè)量電極，以這些瓦片狀電極瓣為測(cè)量 電極，分別和三個(gè)低壓電容Cl，C2，C3進(jìn)行分壓，分壓后的電壓信號(hào)為UpU2J3t5當(dāng)高壓電 極偏離中心時(shí)，其各測(cè)量電極與高壓電極形成的電容發(fā)生變化，分壓后的電壓信號(hào)U”U2、U3 不但和高壓電極電壓大小有關(guān)外，還帶有偏心距、偏心角的信息。可以通過對(duì)UpU2、U3數(shù)據(jù) 的采集和處理得到求出高壓電極的真實(shí)電壓U。也就是說當(dāng)高壓電極偏離中心時(shí)(不必 知道偏心距和偏心角的大小)，通過采集仏、U2、U3的值，就可以得到高壓電極的電壓。設(shè)偏心距為δ，偏心角為θ (規(guī)定以偏心起始角)。則分壓信號(hào)U1 = f (U, δ，θ )U2 = f (U, δ，θ +2 Ji /3 π )U3 = f (U, δ，θ -2 Ji /3 π )真實(shí)信號(hào)為U=E Uj+F^, U2, U3)其中F (U” U2, U3)為經(jīng)驗(yàn)函數(shù)諷，U2, U3分別為電壓分壓信號(hào)值。測(cè)量電極組件8包括三個(gè)瓦片狀測(cè)量電極、三個(gè)瓣間絕緣條14 ；兩個(gè)絕緣環(huán)15 ； 兩條電極信號(hào)引線條16。偏心補(bǔ)償計(jì)算辦法設(shè)第η次采集的三路電壓分壓信號(hào)為DAT1 (η)，DAT2 (η)，DAT3 (η)則平均信號(hào)值:DATP(η) = DATl (η) +DAT2 (η) +DAT3 (η)各路與平均信號(hào)偏差值的平方δ ！ = (DATP (n) -DATl (η))2δ 2 = (DATP (η) -DAT 1 (η))2δ 3 = (DATP (η) -DAT 1 (η))2則補(bǔ)償量δ = 0. 07024*Log(測(cè)量電極半徑/高壓電極半徑)"2/測(cè)量電極半徑 * ( δ 汁 δ 2+ δ 3) +DATP (η)Χ(δ1+δ2+δ3)2真實(shí)值DAT(η) = DATP (η) - δ本發(fā)明在提供一種同軸電容分壓電子式電壓互感器的同時(shí)，還提供了一種同心度 自動(dòng)補(bǔ)償型同軸電容分壓電子式電壓互感器的補(bǔ)償方法，該方法包括以下步驟1)建立分壓電路，所述分壓電路包括高壓電極、由3片或3片以上瓦片狀電極瓣 環(huán)繞構(gòu)成的圓形測(cè)量電極和低壓分壓電容；高壓電極置于測(cè)量電極內(nèi)，并與構(gòu)成測(cè)量電極 的每一片瓦片狀電極瓣分別形成高壓分壓電容器，每一片瓦片狀電極瓣均接有低壓分壓電 容，低壓分壓電容的另一端接地；
2)根據(jù)分壓電路中高壓電極偏離中心時(shí)，圓形測(cè)量電極中各瓦片狀電極瓣與高壓 電極形成的電容量發(fā)生變化獲取相應(yīng)的電壓模擬信號(hào)；3)將電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)；4)對(duì)上述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和補(bǔ)償計(jì)算，得到可滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)精度要求和輸 出協(xié)議規(guī)定的電信號(hào)；5)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后輸出。
權(quán)利要求
一種同心度自動(dòng)補(bǔ)償型同軸電容分壓電子式電壓互感器，其特征在于所述同心度自動(dòng)補(bǔ)償型同軸電容分壓電子式電壓互感器包括高壓電極、由3片或3片以上瓦片狀電極瓣環(huán)繞構(gòu)成的圓形測(cè)量電極；所述高壓電極置于測(cè)量電極內(nèi)，并與構(gòu)成測(cè)量電極的每一片瓦片狀電極瓣分別形成高壓分壓電容器；每一片瓦片狀電極瓣均接有低壓分壓電容，所述低壓分壓電容的另一端接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同心度自動(dòng)補(bǔ)償型同軸電容分壓電子式電壓互感器，其特征 在于所述圓形測(cè)量電極是由瓦片狀電極瓣等分構(gòu)成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的同軸分壓電子式電壓互感器，其特征在于所述圓形測(cè)量電 極兩端設(shè)置有絕緣環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的同心度自動(dòng)補(bǔ)償型同軸電容分壓電子式電壓互感器，其特征 在于所述瓦片狀電極瓣之間設(shè)置有絕緣條。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的同心度自動(dòng)補(bǔ)償型同軸電容分壓電子式電壓互感器，其特征 在于所述瓦片狀電極瓣電極上還設(shè)置有信號(hào)引線條。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的同心度自動(dòng)補(bǔ)償型同軸電容分壓電子式電 壓互感器，其特征在于所述同心度自動(dòng)補(bǔ)償型同軸電容分壓電子式電壓互感器還包括采 集數(shù)據(jù)處理補(bǔ)償電路，所述低壓分壓電容與高壓分壓電容器之間的接點(diǎn)接入采集數(shù)據(jù)處理 補(bǔ)償電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的同心度自動(dòng)補(bǔ)償型同軸電容分壓電子式電壓互感器，其特征 在于所述采集數(shù)據(jù)處理補(bǔ)償電路包括信號(hào)調(diào)理器、A/D轉(zhuǎn)換器、CPU以及電光轉(zhuǎn)換器；所述 低壓分壓電容與高壓分壓電容器之間的接點(diǎn)接入信號(hào)調(diào)理器，所述信號(hào)調(diào)理器通過A/D轉(zhuǎn) 換器電性接入CPU ；所述CPU電性接入電光轉(zhuǎn)換器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的同心度自動(dòng)補(bǔ)償型同軸電容分壓電子式電壓互感器，其特征 在于所述同心度自動(dòng)補(bǔ)償型同軸電容分壓電子式電壓互感器還包括殼體、出線端子以及 上法蘭和下法蘭；所述上法蘭和下法蘭設(shè)置在殼體兩端，所述圓形測(cè)量電極置于殼體內(nèi)部。
9 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同心度自動(dòng)補(bǔ)償型同軸電容分壓電子式電壓互感器，其特征 在于所述高壓電極是進(jìn)線套管或出線套管中的高壓母線。
10.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的同心度自動(dòng)補(bǔ)償型同軸電容分壓電子式電壓互感器的 補(bǔ)償方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)建立分壓電路，所述分壓電路包括高壓電極、由3片或3片以上瓦片狀電極瓣環(huán)繞 構(gòu)成的圓形測(cè)量電極和低壓分壓電容；所述高壓電極置于測(cè)量電極內(nèi)，并與構(gòu)成測(cè)量電極 的每一片瓦片狀電極瓣分別形成高壓分壓電容器，每一片瓦片狀電極瓣均接有低壓分壓電 容，所述低壓分壓電容的另一端接地；2)根據(jù)分壓電路中高壓電極偏離中心時(shí)，圓形測(cè)量電極中各瓦片狀電極瓣與高壓電極 形成的電容量發(fā)生變化獲取相應(yīng)的電壓模擬信號(hào)；3)將電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)；4)對(duì)上述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和補(bǔ)償計(jì)算，得到可滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)精度要求和輸出協(xié) 議規(guī)定的電信號(hào)；5)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同心度自動(dòng)補(bǔ)償型同軸電容分壓電子式電壓互感器，包括高壓電極、由3片或3片以上瓦片狀電極瓣環(huán)繞構(gòu)成的圓形測(cè)量電極；所述高壓電極置于測(cè)量電極內(nèi)，并與構(gòu)成測(cè)量電極的每一片瓦片狀電極瓣分別形成高壓分壓電容器；每一片瓦片狀電極瓣均接有低壓分壓電容，所述低壓分壓電容的另一端接地；該電子電壓互感器具有測(cè)量精度高、體積小、測(cè)量范圍寬、絕緣性能好的有套管用帶同心度自動(dòng)補(bǔ)償型同軸電容分壓電子式電壓互感器及其補(bǔ)償方法。
文檔編號(hào)G01R15/18GK101901679SQ20091002270
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者張東波, 張挺 申請(qǐng)人:西安華偉光電技術(shù)有限公司