一種電力系統高電壓測量裝置及方法
【專利摘要】一種電力系統高電壓測量裝置及方法，通過測量絕緣子串的尾部電壓，來線性推算高壓帶電導體的實際電壓，從而實現對電力系統高電壓的間接測量。該方法包括測量裝置，所述測量裝置包括依次連接的：分壓及校準電路、采樣保持電路、A/D轉換電路、中央處理器、通信接口電路，測量裝置通過同軸電纜的芯線連接至絕緣子串的尾片上，測量絕緣子串的尾部電壓，同軸電纜的屏蔽線直接連接桿塔。本發明一種電力系統高電壓測量裝置及方法，通過是絕緣子串的尾壓，該裝置絕緣水平大幅降低，其體積和造價大幅度降低；同時根除電力系統運行中的重大故障隱患，保證人身和設備的安全。
【專利說明】一種電力系統高電壓測量裝置及方法【技術領域】
[0001]本發明一種電力系統高電壓測量裝置及方法，涉及電力系統高電壓測量領域。
【背景技術】
[0002]電壓互感器的作用是:把電力高電壓按比例關系變換成100V或更低等級的標準二次電壓，供保護、計量、儀表等二次裝置使用。同時，使用電壓互感器可以將高電壓與電氣工作人員和二次設備隔離。按電壓變換原理可以分為:電磁式、電容式和光電式三大類。
[0003]電磁式電壓互感器根據電磁感應原理變換電壓，原理與基本結構和變壓器完全相似，主要由一、二次線圈、鐵心和絕緣組成。當在一次繞組上施加一個電壓Ul時，在鐵心中就產生一個磁通Φ，根據電磁感應定律，則在二次繞組中就產生一個二次電壓U2。改變一次或二次繞組的匝數，可以產生不同的一次電壓與二次電壓比，這就可組成不同比的電壓互感器。我國多在IlOkV及以下電壓等級采用。電容式電壓互感器根據串聯電容分壓原理變換電壓，由電容分壓器和電磁式電壓互感器共同組成，先經電容分壓后再通過電磁互感器，變成低電壓，用在中性點接地系統里作電壓測量、功率測量、繼電防護及載波通訊用。光電式電壓互感器通過泡克爾斯效應(電光變換)實現電壓傳感，它利用電場的泡克爾斯效應，光線在電場作用下，出現雙折射現象，兩種折射率之差和電場強度成正比，通過檢光板變成強光信號輸出，目前已研制成功，正在推廣應用中。
[0004]而現有技術中的電壓互感器，無論是電磁式還是電容式，都可能出現單相接地故障或鐵磁諧振問題。如果三相電壓同時升高，并超過線電壓(指針可擺到頭)，則還可能出現分頻或高頻諧振問題。從而導致絕緣加速老化，出現擊穿，形成互感器一次側繞組發生匝間短路，甚至發生熱膨脹爆炸等問題。上述原因造成的電壓互感器損壞現象在電力系統中經常出現。
[0005]華中科技大學徐雁，西華大學任曉、方春恩等人研究并試制了電阻式電壓互感器。它通過電阻分壓器直接測量高電壓，電阻式電壓互感器的關鍵是電阻分壓器，其核心是電阻的耐壓能力。此外，該電阻還需高阻值和高穩定性。目前，高壓、高阻型的金屬膜電阻器值可達200 ΜΩ，最高工作電壓可達25kV，但其脈沖負荷穩定性較差，經受供電電網雷電沖擊或正常的操作沖擊電壓后，阻值會發生改變。金屬氧化膜電阻阻值范圍則太小，線繞電阻阻值約5 ΜΩ,最高工作電壓幾百伏，也不適于高阻高壓之用途。隨著材料技術和電子技術的發展，新出現了一種可 制成高壓高阻的厚膜電阻，它可通過不同的電阻漿料配方和相應的制作工藝，可以得到不同性能要求的電阻元件。其最大阻值可達2GQ，最高工作電壓可達40kV (交流有效值)。但這種厚膜電阻需要定制，成本較高，且相對電力系統的1000KV高壓而言，其耐壓遠遠不夠。
【發明內容】
[0006]為解決現有電壓互感器絕緣水平高、成本高的缺陷。本發明提供一種電力系統高電壓測量裝置及方法，通過是絕緣子串的尾壓，該裝置絕緣水平大幅降低，其體積和造價大幅度降低；同時根除電力系統運行中的重大故障隱患，保證人身和設備的安全。
[0007]本發明采取的技術方案為:一種電力系統高電壓測量方法，通過測量絕緣子串的尾部電壓，來線性推算高壓帶電導體的實際電壓，從而實現對電力系統高電壓的間接測量。
[0008]一種電力系統高電壓測量裝置，所述測量裝置包括依次連接的:分壓及校準電路、采樣保持電路、A/D轉換電路、中央處理器、通信接口電路，測量裝置通過同軸電纜的芯線連接至絕緣子串的尾片上、測量絕緣子串的尾部電壓，同軸電纜的屏蔽線直接連接桿塔。
[0009]測量裝置內部包括:電阻分壓或者電容分壓電路，用于降成5V左右的測量電壓，測量裝置直接監測測量點處的電壓值。
[0010]所述測量點位于絕緣子串的尾片上表面的中間位置。
[0011]高壓帶電導體為母線或者導線。
[0012]測量裝置用于測量母線電壓。
[0013]同軸電纜的芯線和尾片之間通過強力膠粘合，或者與帶接頭的絕緣子串的尾片直接連接。
[0014]分壓及校準電路用于:把測點電壓變成5V以內的、可調的、便于A/D轉換的模擬電
壓信號。
[0015]本發明一種電力系統高電壓測量裝置及方法，和現有高壓測量技術的根本區別是:現有高壓測量技術，無論是傳統的電磁式和電容式電壓互感器，還是研究中的光電式和電阻式電壓互感器，他們都直接測量高壓帶電導體的實際電壓，因此需要很高的絕緣水平，互感器的體積大，造價高。而本發明是通過測量絕緣子串上尾壓，來間接地線性推算高壓帶電導體上的電壓，它利用現有的絕緣子串實現絕緣和分壓。因此，測量裝置要求的絕緣水平低，體積小，成本低。
[0016]本發明一種電力系統高電壓測量裝置及方法，技術效果如下:
I)、本發明測量的是絕緣子串的尾壓，測點電壓很低(幾百伏)，相對于直接測量導體側的高壓(IOkV?IOOOkV)而言，測量裝置的絕緣水平大幅降低，測量裝置的體積和造價將巨幅降低。
[0017]2)、本發明測量裝置直接測量的是分壓到5V左右的電壓值，且測量的是天然的電壓信號而非功率信號，非常適合直接制成電子式電壓互感器，從而和未來的智能電網及智能變電站直接接軌。
[0018]3)、本發明測量裝置和一次側的高壓通過現成的絕緣子串絕緣，進一步降低成本，且測量裝置內部短路不會產生大電流，也不會產生鐵磁諧振，可以根除電力系統運行中的重大故障隱患，保證人身和設備的安全。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明:
圖1為本發明測量裝置安裝示意圖。
【具體實施方式】
[0020]一種電力系統高電壓測量裝置及方法，通過測量絕緣子串4的尾部電壓，來線性推算高壓帶電導體的實際電壓，從而實現對電力系統高電壓的間接測量。該方法包括測量裝置1，所述測量裝置I包括依次連接的:分壓及校準電路、采樣保持電路、A/D轉換電路、中央處理器、通信接口電路，測量裝置I通過同軸電纜2的芯線連接至絕緣子串4的尾片3上，測量絕緣子串4的尾部電壓，同軸電纜2的屏蔽線直接連接桿塔6。同軸電纜2的芯線和尾片3之間可以通過強力膠粘合，也可以和特制的帶接頭的絕緣子直連。所述高壓帶電導體5為母線或者導線。
[0021]安裝完成后，調節測量裝置I上的校準旋鈕、或可調電阻，使測量裝置I的測量值和高壓帶電導體5的實際電壓(另行通過標準互感器實測)一致；若調節測量裝置I是純數字式的話，通過按鍵手動設定測量值為實際電壓(另行通過標準互感器實測)
(6/,然后由裝置內部的程序自動計算實際比例系數*i。
[0022]分壓及校準電路用于:把測點電壓變成5V以內的、可調的、便于A/D轉換的模擬電壓信號；采樣保持電路用于將輸入的電壓信號離散化；A/D變換電路用于將將離散的電壓信號數字化；中央處理器用于將輸入的數字電壓信號序列還原出，然后線性計算高壓帶電導體5的實際電壓值，最后把測量結果發送給通信接口電路。根據負載的需要，通信接口電路可以是串口、并口、ilink等多種形式。中央處理器中安裝有相應的軟件，主要包括數據采集程序、濾波等數據域處理程序、特征值:電壓的幅值、初相位、頻率、實際電壓等數據處理程序、測量程序和通信程序。
[0023]工作原理:
絕緣子串4在正常工作時，承擔著高壓和地之間的絕緣作用，這個絕緣作用是通過絕緣子串4的很高的絕緣電阻來實現的，絕緣子串4的絕緣電阻可以達到IOOGQ以上。串中的每片絕緣子上都分擔一定的電壓，每片絕緣子的對地電壓也隨著絕緣子在串中的位置而變化，其中靠近高壓帶電導體5側的絕緣子的對地電壓最高，靠近接地點的尾片3的對地電壓最低，通過實驗和理論推導證實:絕緣子表面任一固定測點的對地電壓值是隨導體上的電壓而線性變化的，也就是說，測量串中某片絕緣子的表面上某固定點的電壓，通過線性變換就可以反推出高壓帶電導體的 實際電壓值，如圖1所示。設電力系統的實際電壓為U，該
電壓在絕緣子串4的尾片3上產生的電壓為OJ1，則
【權利要求】
1.一種電力系統高電壓測量方法，其特征在于，通過測量絕緣子串(4)的尾部電壓，來線性推算高壓帶電導體(5)的實際電壓，從而實現對電力系統高電壓的間接測量。
2.一種電力系統高電壓測量裝置，其特征在于，所述測量裝置(I)包括依次連接的:分壓及校準電路、采樣保持電路、A/D轉換電路、中央處理器、通信接口電路，測量裝置(I)通過同軸電纜(2)的芯線連接至絕緣子串(4)的尾片(3)上、測量絕緣子串(4)的尾部電壓，同軸電纜(2)的屏蔽線直接連接桿塔(6)。
3.根據權利要求2所述一種電力系統高電壓測量裝置，其特征在于，測量裝置(I)內部包括:電阻分壓或者電容分壓電路，用于降成5V左右的測量電壓，測量裝置(I)直接監測測量點處(A)的電壓值。
4.根據權利要求3所述一種電力系統高電壓測量裝置，其特征在于，所述測量點(A)位于絕緣子串(4)的尾片(3)上表面的中間位置。
5.根據權利要求1所述一種電力系統高電壓測量方法，其特征在于，高壓帶電導體(5)為母線或者導線。
6.采用如權利要求2所述一種電力系統高電壓測量裝置，其特征在于，該裝置用于測量母線電壓。
7.如權利要求2所述一種電力系統高電壓測量裝置，其特征在于，同軸電纜(2)的芯線和尾片(3)之間通過強力膠粘合，或者與帶接頭的絕緣子串(4)的尾片(3)直接連接。
8.如權利要求2所述一種電力系統高電壓測量裝置，其特征在于，分壓及校準電路用于:把測點電壓變成5V以內的、可調的、便于A/D轉換的模擬電壓信號。
【文檔編號】G01R19/25GK103698596SQ201410011663
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2014年1月10日
【發明者】王成江 申請人:三峽大學