平行板電容的電壓互感器在線校驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于SF6平行板電容的電壓互感器在線校驗(yàn)系統(tǒng)，包括一次電壓傳感單元、數(shù)字化采集單元、光信號(hào)處理單元和智能處理單元。其特征在于：一次電壓傳感單元采用SF6平行板電容器作為電壓傳感單元，通過檢測(cè)電容中的電流獲取一次電壓信號(hào)；一次傳感單元通過升降平臺(tái)接入或退出一次導(dǎo)線，實(shí)現(xiàn)高壓信號(hào)的在線獲?。灰淮坞妷簜鞲袉卧妮敵鐾ㄟ^屏蔽電纜與數(shù)字化采集單元相連；數(shù)字化采集單元的輸出為數(shù)字量光信號(hào)，通過光信號(hào)處理單元傳輸至低壓側(cè)的智能處理單元。本發(fā)明采用SF6平行板電容器作為標(biāo)準(zhǔn)互感器，實(shí)現(xiàn)高壓信號(hào)的在線獲取。其體積和重量隨著電壓等級(jí)的提高增長(zhǎng)幅度不大，氣體絕緣使得其非常輕便，適合變電站現(xiàn)場(chǎng)使用。
【專利說明】一種基于SF6平行板電容的電壓互感器在線校驗(yàn)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于SF6平行板電容的電壓互感器在線校驗(yàn)系統(tǒng)，用于對(duì)變電站中電子式電壓互感器或傳統(tǒng)電壓互感器在線路不停電的情況下進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確度校驗(yàn)或運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]作為電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵測(cè)量設(shè)備之一，互感器的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的保證。為了保證互感器的準(zhǔn)確度，需要對(duì)互感器進(jìn)行校驗(yàn)。
[0003]目前無論是針對(duì)傳統(tǒng)互感器，還是針對(duì)電子式互感器，校驗(yàn)方式主要采用離線校驗(yàn)方式，即:被校驗(yàn)互感器所在的線路停電，互感器從電網(wǎng)中退出運(yùn)行，然后利用升壓、升流裝置對(duì)互感器施加激勵(lì)，進(jìn)行準(zhǔn)確度的校驗(yàn)。這種校驗(yàn)方式周期長(zhǎng)，每次校驗(yàn)時(shí)所需的操作十分復(fù)雜，需要開工作票、多個(gè)部門配合等，給供電公司和用戶帶來了很大的不便。另外，數(shù)字化變電站中電子式互感器的運(yùn)用對(duì)校驗(yàn)技術(shù)提出了更高的要求。與傳統(tǒng)互感器相比，電子式互感器在傳感原理、光纖傳輸?shù)确矫婢哂泻艽蟮膬?yōu)勢(shì)，應(yīng)用越來越多。但由于是新興的技術(shù)，運(yùn)行過程中也出現(xiàn)了較多的問題，其中準(zhǔn)確度問題占較大比重，突出表現(xiàn)在準(zhǔn)確度超差現(xiàn)象嚴(yán)重、誤差穩(wěn)定性較差、準(zhǔn)確度問題發(fā)生頻率較高等方面。因此，需要縮短電子式互感器的校驗(yàn)周期。如果采用傳統(tǒng)離線校驗(yàn)方式，校驗(yàn)周期縮短意味著頻繁的停電，造成不便且停電損失大。因此，需要研究能在線路帶電狀態(tài)下對(duì)互感器進(jìn)行在線校驗(yàn)的裝置。
[0004]目前對(duì)于電子式電壓互感器在線校驗(yàn)技術(shù)的研究比較少，究其原因主要有以下幾點(diǎn):一是目前校驗(yàn)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)互感器一般為電磁式互感器，隨著電壓等級(jí)的提高體積非常笨重，不利于現(xiàn)場(chǎng)的使用。因此，體積小、重量輕、準(zhǔn)確度高的新型傳感技術(shù)成為研究的難點(diǎn)；二是如何在線路帶電情況下在線獲取一次電壓信號(hào)，目前帶電操作通常采用絕緣操作桿的形式，這種操作需要操作人員手持操作桿完成，在線路帶電時(shí)存在安全隱患。因此，一次電壓信號(hào)的安全采集技術(shù)是第二個(gè)研究難點(diǎn)。
[0005]專利CN102645643A提出了一種電子式電壓互感器在線校驗(yàn)系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)電磁式電壓互感器作為標(biāo)準(zhǔn)互感器。在電壓等級(jí)較高(220kv以上)時(shí)，電磁式電壓互感器的體積與重量急劇增大，因此不利于現(xiàn)場(chǎng)使用，且絕緣成本急劇攀升。另外，電磁式電壓互感器作為感性設(shè)備，接入帶電母線時(shí)有可能產(chǎn)生諧振過電壓，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。專利CN102401889A和CN102313879A提出了針對(duì)電子式電流互感器的在線校驗(yàn)方法，但只能用于電流互感器的校驗(yàn)，不能用于電壓互感器的校驗(yàn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對(duì)目前電壓互感器校驗(yàn)技術(shù)存在的不足，本發(fā)明研究了基于新型傳感原理的標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器，提出了一種基于SF6平行板電容的電壓互感器在線校驗(yàn)系統(tǒng)。采用SF6平行板電容作為電壓傳感單元，通過檢測(cè)其中的電流信號(hào)獲取一次電壓信號(hào)，在同等電壓等級(jí)下，大大降低了標(biāo)準(zhǔn)互感器的體積和重量，絕緣設(shè)計(jì)也變得簡(jiǎn)單，從而使在線校驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)更為簡(jiǎn)單易行。由于電容中的電流與一次電壓成微分關(guān)系，本發(fā)明采用改進(jìn)的數(shù)字積分算法，在基于LabVIEW的軟件平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)，可以準(zhǔn)確的還原被測(cè)信號(hào)，克服了模擬積分器存在的零漂、溫漂等問題。本發(fā)明中的在線校驗(yàn)系統(tǒng)，既適用于數(shù)字量輸出的電子式電壓互感器，也適用于模擬量輸出的傳統(tǒng)互感器。它可以在線路帶電的狀態(tài)下完成電壓互感器的在線校驗(yàn)，縮短了校驗(yàn)周期，避免了停電帶來的不便和損失。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種基于SF6平行板電容的電壓互感器在線校驗(yàn)系統(tǒng)，包括一次電壓傳感單元、數(shù)字化采集單元、光信號(hào)處理單元和智能處理單元。一次電壓傳感單元采用SF6平行板電容器作為電壓傳感單元，通過檢測(cè)電容中的電流獲取一次電壓信號(hào)；一次傳感單元通過升降平臺(tái)接入或退出一次導(dǎo)線，實(shí)現(xiàn)高壓信號(hào)的在線獲?。灰淮坞妷簜鞲袉卧妮敵鐾ㄟ^屏蔽電纜與數(shù)字化采集單元相連；數(shù)字化采集單元的輸出為數(shù)字量光信號(hào)，通過光信號(hào)處理單元傳輸至低壓側(cè)的智能處理單元。
[0008]所述的一次傳感單元，采用SF6平行板電容器實(shí)現(xiàn)。SF6平行板電容器包含有高壓電極、低壓電極和絕緣套管。高低壓電極采用鋁合金材料制成，重量輕且導(dǎo)電性能好。整個(gè)電容器是封閉的，內(nèi)部充有SF6絕緣氣體或N2和SF6的混合氣體，既可以保證電容器的絕緣性能，內(nèi)部的這種環(huán)境又可以形成一種氣體電容器。電容器高壓電極上方含有均壓環(huán)，電容器通過均壓環(huán)與一次導(dǎo)線相連，均壓環(huán)起到導(dǎo)線的作用，還可以使電容器周圍的電場(chǎng)變得均勻，防止尖端放電干擾測(cè)試結(jié)果。
[0009]氣體電容器的電容量變化會(huì)影響測(cè)試結(jié)果，為了防止漏氣等原因造成的氣體電容量變化，在均壓環(huán)下方裝有氣體監(jiān)控裝置，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)內(nèi)部的氣體壓力。當(dāng)氣壓小于某一數(shù)值時(shí)，提示操作人員進(jìn)行充氣，以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。當(dāng)在電容器高壓電極中施加激勵(lì)后，電容中會(huì)有電流信號(hào)產(chǎn)生，通過檢測(cè)電流的大小并進(jìn)行一定的運(yùn)算，即可得出一次電壓的大小。電容中的電流輸出直接進(jìn)入數(shù)字化采集單元，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并進(jìn)行Α/D轉(zhuǎn)換后，通過FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)的組幀處理。電流信號(hào)通過屏蔽電纜與數(shù)字化采集單元連接。
[0010]所述的數(shù)字化采集單元位于電容器低壓電極下方，其作用是將電容器中的電流轉(zhuǎn)換為電壓后，進(jìn)行Α/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字量，然后經(jīng)FPGA按一定的格式進(jìn)行組幀處理，并通過光纖向下一級(jí)傳輸。數(shù)字化采集單元采用精密電阻實(shí)現(xiàn)電流/電壓轉(zhuǎn)換，并采用高精度的24位Α/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化，數(shù)字化信號(hào)直接進(jìn)入FPGA進(jìn)行處理和發(fā)送。
[0011]所述的光信號(hào)處理單元，與數(shù)字化采集單元的連接方式為光纖，將數(shù)字化采集單元中的數(shù)據(jù)接收并進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后，傳輸給智能處理單元進(jìn)行分析處理。
[0012]所述的智能處理單元由計(jì)算機(jī)和其中的軟件平臺(tái)構(gòu)成。由于電容器中的電流與一次電壓成微分關(guān)系，需要進(jìn)行積分還原?？紤]到模擬積分器通常存在溫漂、零漂等問題，而常用的數(shù)字積分算法如矩形積分、梯形積分和Simpson積分等其幅頻特性和相頻特性與理想積分之間存在一定的差距，本發(fā)明采用改進(jìn)的數(shù)字積分算法，其幅頻特性和相頻特性均更接近理想積分器。數(shù)字積分算法在LabVIEW軟件平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)，軟件平臺(tái)接收到數(shù)據(jù)之后，首先進(jìn)行幀解碼，獲取需要的數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)字積分運(yùn)算，還原一次電壓信號(hào)。同時(shí)，軟件平臺(tái)還需要同步接收被校驗(yàn)電壓互感器的數(shù)據(jù)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)互感器的數(shù)據(jù)和被校驗(yàn)互感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算出被校驗(yàn)互感器的誤差狀態(tài)，當(dāng)存在異常時(shí)，提示工作人員進(jìn)行處理。
[0013]本發(fā)明中采用SF6平行板電容器作為標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器，體積小、重量輕。隨著線路電壓等級(jí)的提高，其體積和重量變化不大，非常適合現(xiàn)場(chǎng)使用。例如220kV等級(jí)的電容器，其重量不超過10kg，而同等級(jí)的電磁式電壓互感器，重量超過100kg。SF6平行板電容器使用時(shí)固定在升降平臺(tái)上，并固定在可移動(dòng)的小推車上，形成一個(gè)整體，保證現(xiàn)場(chǎng)在線校驗(yàn)時(shí)的可移動(dòng)性?，F(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)，首先將小推車推至被校驗(yàn)互感器所在導(dǎo)線的下方，將系統(tǒng)各個(gè)部分的線連接好。操作員在遠(yuǎn)處通過遙控器控制升降平臺(tái)的起降，將電容器上方的均壓環(huán)與一次導(dǎo)線相連，然后開始校驗(yàn)。完成校驗(yàn)后，遙控控制升降平臺(tái)，將電容器退出一次導(dǎo)線。
[0014]本發(fā)明中提到的電壓互感器在線校驗(yàn)系統(tǒng)，可以在線路不停電的情況下完成電壓互感器的在線校驗(yàn)，簡(jiǎn)化了校驗(yàn)流程，縮短了校驗(yàn)周期，避免了線路停電造成的損失。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明基于SF6平行板電容器的電壓互感器在線校驗(yàn)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明SF6平行板電容器頂端的放大示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明數(shù)字化采集單元與SF6平行板電容器的連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1所示，本發(fā)明主要由SF6平行板電容器、數(shù)字化采集單元6、升降平臺(tái)7、小推車108、光信號(hào)處理單元11和智能處理單元13等部分構(gòu)成。SF6平行板電容器與數(shù)字化采集單元6之間通過屏蔽電纜相連；數(shù)字化采集單元6與光信號(hào)處理單元11之間通過光纖9相連；光信號(hào)處理單元11和智能處理單元13之間通過USB傳輸線12相連。
[0019]所述的SF6平行板電容器主要由高壓電極3、絕緣套筒4和低壓電極5構(gòu)成，內(nèi)部充有SF6氣體或SF6氣體混合物。高壓電極3上方為氣壓監(jiān)控裝置2和均壓環(huán)I。均壓環(huán)I和高壓電極3整體構(gòu)成一個(gè)金屬籠，對(duì)處于內(nèi)部的氣壓監(jiān)控裝置2起到較好的屏蔽作用，保證其可以準(zhǔn)確的對(duì)氣壓進(jìn)行監(jiān)控，如圖2所示。SF6平行板電容器放置于升降平臺(tái)和小推車10上，升降平臺(tái)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)線路高度的不同進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而可用于多種電壓等級(jí)的電壓互感器的在線校驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)，首先將小推車10推至被校驗(yàn)互感器所在導(dǎo)線的下方，將系統(tǒng)各個(gè)部分的線連接好。操作員在遠(yuǎn)處通過遙控器控制升降平臺(tái)的起降，將電容器上方的均壓環(huán)與一次導(dǎo)線相連，然后開始校驗(yàn)。校驗(yàn)完成后，遙控控制升降平臺(tái)，將電容器退出一次導(dǎo)線。
[0020]數(shù)字化采集單元6位于低壓電極5下方，通過屏蔽電纜與之相連。數(shù)字化采集單元6與光信號(hào)處理單元11之間的連接光纖有兩根，分別為同步光纖和數(shù)據(jù)光纖。智能處理單元13控制光信號(hào)處理單元11對(duì)數(shù)字化采集單元6發(fā)出同步采樣信號(hào)，數(shù)字化采集單元6接收到同步信號(hào)后，對(duì)來自SF6平行板電容器的信號(hào)進(jìn)行高精度的同步采樣。
[0021]光信號(hào)處理單元11將數(shù)字化采集單元6傳輸?shù)墓庑盘?hào)進(jìn)行一定的處理，并轉(zhuǎn)換為適合USB傳輸線傳輸?shù)碾娦盘?hào),通過USB傳輸至智能處理單兀13。智能處理單兀13主要作用是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)互感器和被校驗(yàn)互感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)互感器的數(shù)據(jù)處理主要是數(shù)字積分運(yùn)算、幅值和相位運(yùn)算、頻率分析等。對(duì)被校驗(yàn)互感器的數(shù)據(jù)處理主要是幀解碼、幅值和相位運(yùn)算、誤差分析、穩(wěn)定性分析等。其中數(shù)字積分運(yùn)算的準(zhǔn)確性關(guān)系到整個(gè)校驗(yàn)過程的準(zhǔn)確度。電容器中的電流與一次電壓成微分關(guān)系，需要進(jìn)行積分還原。常用的模擬積分器存在溫漂、零漂等問題，而常用的數(shù)字積分算法如矩形積分、梯形積分和Simpson積分等其幅頻特性和相頻特性與理想積分之間存在一定的差距，本發(fā)明采用改進(jìn)的數(shù)字積分算法，其幅頻特性和相頻特性均更接近理想積分器，誤差更小，相對(duì)于0.05級(jí)的準(zhǔn)確度，數(shù)字積分算法的誤差小于0.004%，可以忽略。
[0022]本發(fā)明基于SF6平行板電容器的電壓互感器在線校驗(yàn)系統(tǒng)，由于采用SF6平行板電容器作為電壓傳感單元，具有原理和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，非常適合現(xiàn)場(chǎng)在線校驗(yàn)使用。同時(shí)，基于SF6平行板電容器的標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器，其測(cè)量頻帶較傳統(tǒng)電磁式電壓互感器要寬的多，除了可以對(duì)電壓互感器的基本準(zhǔn)確度進(jìn)行校驗(yàn)外，還可以對(duì)其進(jìn)行諧波測(cè)量準(zhǔn)確度的校驗(yàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于SF6平行板電容的電壓互感器在線校驗(yàn)系統(tǒng)，包括一次電壓傳感單元、數(shù)字化采集單元、光信號(hào)處理單元和智能處理單元，其特征在于，一次電壓傳感單元采用SF6平行板電容器作為電壓傳感單元，通過檢測(cè)電容中的電流獲取一次電壓信號(hào)；SF6平行板電容器裝有氣壓監(jiān)控裝置，用于監(jiān)測(cè)電容器中氣體壓力的變化，判斷是否漏氣，當(dāng)氣壓不足時(shí)，提示操作員進(jìn)行補(bǔ)氣；一次電壓傳感單元的輸出通過屏蔽電纜與數(shù)字化采集單元相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于SF6平行板電容的電壓互感器在線校驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，一次傳感單元中裝有均壓環(huán)，使得電容器高壓端子周圍的電場(chǎng)均勻分布，防止尖端放電并起到一定的抗干擾作用；一次傳感單元通過升降平臺(tái)接入或退出一次導(dǎo)線，實(shí)現(xiàn)高壓信號(hào)的在線獲?。簧灯脚_(tái)通過遙控裝置在遠(yuǎn)處遙控，控制平臺(tái)的起降。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于SF6平行板電容的電壓互感器在線校驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)字化采集單元的輸出為數(shù)字量光信號(hào)，通過光信號(hào)處理單元傳輸至低壓側(cè)的智能處理單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于SF6平行板電容的電壓互感器在線校驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，智能處理單元基于臺(tái)式計(jì)算機(jī)或者筆記本，其軟件平臺(tái)基于LabVIEW軟件環(huán)境編寫而成；采用改進(jìn)的數(shù)字積分算法對(duì)一次傳感單元的信號(hào)進(jìn)行還原，進(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于SF6平行板電容的電壓互感器在線校驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，SF6平行板電容器包含有高壓電極、低壓電極和絕緣套管，高低壓電極采用鋁合金材料制成，整個(gè)電容器是封閉的，內(nèi)部充有SF6絕緣氣體或N2和SF6的混合氣體，高壓電極上方含有均壓環(huán)，電容器通過均壓環(huán)與一次導(dǎo)線相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種基于SF6平行板電容的電壓互感器在線校驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，均壓環(huán)和高壓電極整體構(gòu)成一個(gè)金屬籠。
【文檔編號(hào)】G01R35/02GK104375112SQ201410623370
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】李振華, 黃悅?cè)A, 閆蘇紅, 李振興, 邱立, 邾玢鑫 申請(qǐng)人:三峽大學(xué)