專利名稱：一種電子式電壓互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
木發(fā)明涉及電壓互感器，特別是一種電子式電壓互感器，用于電力系統(tǒng)電壓信號采集。
背景技術(shù)：
電壓互感器是電力系統(tǒng)中的基礎(chǔ)設(shè)施之一，其主要用于電力系統(tǒng)計量和自動保護(hù)的信號 采集，其精度及可靠性與電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟運行密切相關(guān)。多年以來，在電網(wǎng)中 普遍采用電磁式或電容分壓式電壓互感器進(jìn)行電壓測量、電能計量和繼電保護(hù)。這種原理的
電壓互感器輸出一般為ioov、功率為伏安級，以滿足電磁繼電器的輸入要求。
由于電磁式互感器帶有電感線圈和磁性材料，測量范圍受鐵心磁飽和的限制，傳輸頻帶 不夠?qū)?，作為感性元件，存在鐵磁諧振的可能性，且體積大，可靠性差。電容式互感器屬于 容性元件，可能與系統(tǒng)中的感性元件形成諧振，形成過電壓，危及設(shè)備和系統(tǒng)的正常運行。 正是工作原理的制約，傳統(tǒng)的電壓互感器有著體積大、存在鐵磁諧振、線性范圍小和絕緣結(jié) 構(gòu)復(fù)雜等缺點。針對電壓互感器的磁飽和及諧振等問題的防護(hù)措施也是有所不同的，除在互 感器本身增加補償措施等共同思路外，有必要采取其它的電壓采集信號方法，提高傳輸頻帶 帶寬來適應(yīng)現(xiàn)代配電自動化和開關(guān)智能化的要求。
電子技術(shù)與計算機的進(jìn)歩推動了新型電壓互感器的研究。隨著以微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字 保護(hù)裝置、電網(wǎng)運行監(jiān)視與控制系統(tǒng)的發(fā)展，互感器輸出只需要數(shù)伏、極小功率輸出。因此， 有必要調(diào)整互感器結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)電參數(shù)采集的新要求。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電子式電壓互感器，該互感器沒有鐵心磁飽和 問題，不存在鐵磁諧振現(xiàn)象，具有較大的動態(tài)和線性測量區(qū)域；從電網(wǎng)采集信號幾乎不再有 負(fù)荷分擔(dān)，可同時滿足電力系統(tǒng)6動化和智能化的測量和保護(hù)兩方面的要求。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案
本發(fā)明提供的電子式電壓互感器，包括高壓一次側(cè)和低壓二次側(cè)，所述低壓二次側(cè)包含 屯壓信號處理單元和電源單元；所述高壓一次側(cè)的輸出端接至所述電壓信號處理單元的輸入 端，電壓信號處理單元與所述電源單元相連接。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下主要的優(yōu)點
1. 輸出只需要數(shù)伏，功率極小。電流僅為mA級(lmA左右)，電壓僅為幾伏(1.625、 2、 3. 25、 4、 6. 5伏可選)。
2. 不存在鐵磁諧振現(xiàn)象，沒有鐵心飽和問題。
3. 測量頻帶寬，動態(tài)特性好，線性測量范圍大。
4. 結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低。
5. 可與微機控制、計量、自動保護(hù)裝置相配合使用。只采用一個電子式電壓互感器，就 可同時滿足電力系統(tǒng)的測量和保護(hù)兩方面的要求。

圖1是本發(fā)明電子電壓互感器的原理方框圖。
圖2是高壓一次側(cè)的分壓器等值回路圖。
圖3是高壓一次側(cè)的組成示意圖。
圖4是高壓一次側(cè)的立體結(jié)構(gòu)圖。
圖5是低壓二次側(cè)框圖。
圖6是低壓二次側(cè)的電壓信號處理單元框圖。
圖7是低壓二次側(cè)的電源單元框圖。
圖8是實施例中10kv開關(guān)柜示意圖。
圖9是具體實施例示意圖。
圖屮l.高壓電極接線柱；2.高壓一次側(cè)輸出端子；3.低壓接地電極；4.高壓臂電阻；5.低 壓臂電阻；6.低壓屏蔽體；7.卨壓屏蔽體；8.高壓絕緣子；9.環(huán)氧樹脂；10.放電管；11.屏蔽雙 絞線；12.斷路器；13.電子式電壓互感器；14.數(shù)字電表和繼電保護(hù)器；15.電子式開關(guān)柜。
具體實施方式

電子式電壓互感器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示包括高壓一次側(cè)和低壓二次側(cè)，所述低壓二次 側(cè)包含電壓信號處理單元和電源單元；所述高壓一次側(cè)的輸出端接至所述電壓信號處理單元 的輸入端，電壓信號處理單元與所述電源單元相連接。高壓一次側(cè)的輸入端接至電網(wǎng)母線， 低壓二次側(cè)的輸出端可接至繼電保護(hù)裝置或計量設(shè)備。
所述高壓一次側(cè)的電路結(jié)構(gòu)主要由分壓器組成。其工作原理如圖2和圖3所示分壓器 由電阻材料制成，總K:度為L。分壓器包括高壓臂電阻4 (長度為L-X)和低壓臂電阻5 (設(shè) 長度為X)。被測電壓Lh絕大部分降落在高壓臂電阻4 (設(shè)其阻值為Ri)上，從低壓臂電阻5 (設(shè)其阻值為R2)上取出與被測電壓UL成正比的小電壓信號U2。通過設(shè)置分壓比，可以得 到符合后續(xù)的測量或保護(hù)設(shè)備輸入要求的電壓等級。為了防止在低壓臂電阻5上出現(xiàn)過電壓， 可在其兩端并聯(lián)一個放電管10，其放電電壓須略小于或等于低壓側(cè)允許的最大電壓。
大量的試驗觀測數(shù)據(jù)表明，電子式電壓互感器的測量精度主要決定于高壓一次側(cè)的傳感 精度。雖然電阻阻值精度對電壓信號的采集及分壓比有影響，但是電阻分壓比的誤差主要來 源于分壓器對雜散電容的影響以及電阻的溫度漂移。雜散電容是由于分壓器與其周圍處于地 電位的物體之間存在的固有電場引起的。漏電流從對地雜散電容中流過，使得沿分壓器的電 壓呈非線性分布，因而造成測量誤差。同時，分壓器高壓引線和高壓端對分壓器本體之間也 存在雜散電容。雖然其電容值比對地電容小得多，但從高壓端流向分j玉器本體間的雜散電容 電流可以部分補償由分壓器本體流向地的雜散電容電流，在一定程度..匕可以減小對地雜散電 容引的測量誤差，所以不能忽略。假定分壓器的電阻沿分壓器高度是均勻分布的，設(shè)R'為 電阻的線密度，Ax為單位長度，則單位長度分壓器電阻為R' Ax。而且分壓器對地雜散電 容(C'為其電容的線密度)和高壓端對分壓器本體的雜散電容(K'為其電容的線密度)也 是均勻分布的，二者單位長度電容分別為C'厶x和K' /Ax。忽略電阻的雜散電感，其等值 回路如圖2所示。另外，分壓器電阻的阻值隨溫度變化而改變，引起了分壓比的溫度誤差。如果高壓臂電阻4的溫度系數(shù)TK等于低壓臂電阻5的溫度系數(shù)TK2,分壓器電阻溫度變化A T，則由
u—V+TKi'AT)n—R'
可見，溫度影響可以抵消；但在實際條件下，TKl和TK2不可能完全一致，因此也給測量 帶來誤差。
因此，設(shè)計高壓一次側(cè)時，需考慮其一，電路設(shè)計包括電阻選擇以及過電壓保護(hù)措施 等方面。屯阻的選擇主要是考慮阻值穩(wěn)定性、耐壓和阻值大小等因素，溫度是影響阻值穩(wěn)定 性的主要因素。其二，分壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮兩個方面首先要降低地雜散電容的影響，
因此結(jié)合分壓器體積和電磁屏蔽結(jié)構(gòu)等考慮。然后，要滿足絕緣的要求，考慮工頻耐壓、局 部放屯及電爬距離等綜合因素。
按照以上分析方法原理，設(shè)計了高壓一次側(cè)，如圖3所示，所述高壓一次側(cè)的結(jié)構(gòu)組成， 包括分壓器、屏蔽結(jié)構(gòu)及高壓絕緣子8，所述分壓器和屏蔽結(jié)構(gòu)均位于高壓絕緣子8內(nèi)部 所述分壓器包括相串連的高壓臂電阻4和低壓臂電阻5，所述高壓臂電阻4接有高壓電極接 線柱1，所述低壓臂電阻5接有低壓接地電極3;所述屏蔽結(jié)構(gòu)包括高壓屏蔽休7和低壓屏蔽 體6，所述高壓屏蔽體7位于高壓電極接線柱1和高壓臂電阻4之間，所述低壓屏蔽體6位 于低壓臂電阻5和低壓接地電極3之間。低壓接地電極3與外接地相連。低壓臂電阻5還可 與保護(hù)電路并連，保護(hù)電路用于防止短路造成的傷害和損失，保護(hù)電路可采用放電管IO。
高壓一次端的外形結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示。在傳感器絕緣設(shè)計方面，由于分壓器體積較 小，可用環(huán)氧樹脂9將分壓器整體澆注在高壓絕緣子8中。環(huán)氧樹脂9不僅增強了分壓器傳 感頭的絕緣強度，而且增強了傳感頭的硬度。
所述高壓一次側(cè)的輸出端可采用屏蔽雙絞線11;所述屏蔽雙絞線il的輸入端接至所述 低壓二次側(cè)臂電阻5的兩端，屏蔽雙絞線11的另一端外穿低壓屏蔽體6及外部高壓絕緣子8， 接至高壓一次側(cè)輸出端子2，高壓一次側(cè)輸出端子2再與低壓二次側(cè)的輸入端相連。
所述低壓二次側(cè)，包括信號處理單元及電源單元。兩個單元的輸入端，以及電壓信號處 理單元的輸出端都可進(jìn)行接口保護(hù)處理，接口保護(hù)可采用絕緣性能好的接插件及對地保護(hù)。 低壓二次側(cè)的框圖如圖5所示。
信號處理單元的電路組成如圖6，除了阻抗變換、相位補償，還有低通濾波器，以減小 電路輸入阻抗對分壓比的影響，并濾除外界耦合到分壓器或電路中的高頻干擾。溫度變化會 影響電路元器件的穩(wěn)定性，為了把溫度對電路的影響控制在誤差范圍內(nèi)，應(yīng)選用穩(wěn)定性好、 溫度系數(shù)低的元器件。各部件的連接關(guān)系是，所述電壓信號處理單元包括依次連接的濾波 器、電壓放大器、移相器和線性放大器；所述濾波器的輸入端即為電壓信號處理單元的輸入 端。濾波器接收高壓一次側(cè)傳來的信號輸入，線性放大器輸出經(jīng)過處理的信號。
電源單元如圖7所示所述電源單元包括電壓轉(zhuǎn)換器和電源濾波器，所述電壓轉(zhuǎn)換器采 用交流/直流轉(zhuǎn)換器或直流/直流轉(zhuǎn)換器；所述電壓轉(zhuǎn)換器的輸出端接至所述電源濾波器的輸
入端，電源濾波器的輸出端即為電源單元的輸出端。使用電源單元時，現(xiàn)場交流220伏(或 直流180伏)輸入，經(jīng)過交流/直流(或直流/直流)轉(zhuǎn)換器后輸出接至電源濾波器，輸出直流電壓。
所述電壓信號處理單元，其目的是對分壓器的輸出進(jìn)行阻抗變換及相位補償?shù)?，使之滿 足國際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC60044-7規(guī)定的二次輸出的要求。分壓器的輸出信號經(jīng)放大、移相處理后， 給出額定方均根值為2V (IEC60044-7規(guī)定了一系列的標(biāo)稱值)且相位差在誤差范闈內(nèi)的電壓信號。
當(dāng)測量信號較小時，干擾會引起較大誤差。分壓器的輸出以及信號處理電路的輸出，都 必須使用屏蔽雙絞線，避免外界電磁干擾。
所述電子式電壓互感器在電網(wǎng)屮使用時，采用以下的方法采集電力系統(tǒng)電壓信號
高壓一次側(cè)的分壓器將電力系統(tǒng)電壓分壓后，在分壓器的低壓臂電阻5輸出丄頻低電壓 信號，同時與分壓器的低壓臂電阻5相連的保護(hù)電路監(jiān)控短路電壓信號；
低壓二次側(cè)的處理部分的電壓信號處理單元接收工頻低電壓信號后，對該信號進(jìn)行處理， 消除電阻分壓隨二次負(fù)荷變化引起的電壓變化，穩(wěn)定電壓，補償由于雜散電容的引起的相位 偏差，形成二次電壓，然后由該電壓信號處理單元將二次電壓輸出至電力系統(tǒng)的計量裝置或 繼電保護(hù)裝置，再傳輸?shù)嚼^電保護(hù)設(shè)備和儀表設(shè)備；
電壓信號處理單元各部分的工作電源由電源單元提供。 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限定本發(fā)明。
實施例1:某大學(xué)電力系統(tǒng)為研究生樓、后勤樓供電，其示意圖如圖9所示。系統(tǒng)中的
中置柜、環(huán)網(wǎng)柜和變壓器為該大學(xué)原有的設(shè)備，新提供的為10kV電子式丌關(guān)柜及用于遠(yuǎn)程監(jiān) 控的通信設(shè)備、遠(yuǎn)程監(jiān)控終端等，通信設(shè)備包括光收發(fā)器、光纜等。10kV電子式開關(guān)柜15 如圖8所示，里面包含數(shù)字電表和繼電保護(hù)器14、斷路器12和上面優(yōu)選實施方式所述電子 式電壓互感器13。該開關(guān)柜可為研究生樓和后勤樓提供繼電保護(hù)和測量，并為辦公室提供遠(yuǎn) 程監(jiān)控。
主要功能性能指標(biāo)如下 最高工作電壓 12 kV;
額定電壓 10 kV;
額定二次電壓 1.625/2/3. 25/4/6. 5V (可選)； 額定頻率 50Hz;
準(zhǔn)確級 測量級0.2;
保護(hù)級3P.
隨著人們對電力系統(tǒng)可靠性要求的提高，電力系統(tǒng)的自動化和智能化成為發(fā)展趨勢，采 集信號的電壓互感器也不例外。
權(quán)利要求1.一種電子式電壓互感器，其特征在于包括高壓一次側(cè)和低壓二次側(cè)，所述低壓二次側(cè)包含電壓信號處理單元和電源單元；所述高壓一次側(cè)的輸出端接至所述電壓信號處理單元的輸入端，電壓信號處理單元與所述電源單元相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式電壓互感器，其特征在于所述高壓一次側(cè)包括分壓器、 屏蔽結(jié)構(gòu)及高壓絕緣子，所述分壓器和屏蔽結(jié)構(gòu)均位于高壓絕緣子內(nèi)部；所述分壓器包括相 串連的高壓臂電阻和低壓臂電阻，所述高壓臂電阻接有高壓電極接線柱，所述低壓臂電阻接 有低壓接地電極；所述屏蔽結(jié)構(gòu)包括高壓屏蔽體和低壓屏蔽體，所述高壓屏蔽體位于高壓電 極接線柱和高壓臂電阻之間，所述低壓屏蔽體位于低壓臂電阻和低壓接地電極之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式電壓互感器，其特征在于所述電壓信號處理單元包括依 次連接的濾波器、電壓放大器、移相器和線性放大器；所述濾波器的輸入端即為電壓信號處 理單元的輸入端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子式電壓互感器，其特征在于所述電源單元包括電壓轉(zhuǎn)換器 和電源濾波器，所述電壓轉(zhuǎn)換器采用交流/直流轉(zhuǎn)換器或直流/直流轉(zhuǎn)換器；所述電壓轉(zhuǎn)換器 的輸出端接至所述電源濾波器的輸入端，電源濾波器的輸出端即為電源單元的輸出端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子式電壓互感器，其特征在于所述高壓絕緣子和所述電組 分壓器之間填有環(huán)氧樹脂。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子式電壓互感器，其特征在于所述低壓臂電阻兩端并接有 放電管。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子式電壓互感器，其特征在于所述高壓一次側(cè)的輸出端采 用屏蔽雙絞線；所述屏蔽雙絞線的輸入端接至所述低壓臂電阻的兩端。 專利摘要本實用新型涉及電力系統(tǒng)電壓信號采集，提供了一種電子式電壓互感器。該電子式電壓互感器包括高壓一次側(cè)和低壓二次側(cè)，所述低壓二次側(cè)包含電壓信號處理單元和電源單元；所述高壓一次側(cè)的輸出端接至所述電壓信號處理單元的輸入端，電壓信號處理單元與所述電源單元相連接。該電子式電壓互感器采用分壓器原理，不存在鐵磁諧振現(xiàn)象、具有較大的動態(tài)和線性測量區(qū)；無磁飽和、從電網(wǎng)采集信號消耗的功率很小，可與自動保護(hù)系統(tǒng)、微機控制很好地配合；具有體系小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、傳輸頻帶寬的優(yōu)點。
文檔編號H01F38/22GK201319309SQ200820193149
公開日2009年9月30日 申請日期2008年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月27日
發(fā)明者寧 劉 申請人:武漢長江光網(wǎng)通信有限責(zé)任公司