一種用于暫態過電壓監測系統的電容式電壓互感器的制作方法

本發明涉及電氣工程領域，尤其是涉及一種用于暫態過電壓監測系統的電容式電壓互感器。

背景技術：

電網暫態過程是電網運行狀態的重要表征，目前，對于電網中暫態過電壓(雷電波、操作波過電壓)，國內外尚缺乏有效的測量或監測手段。對于新建設備，國內僅有部分電力單位對500kV系統在正式投運前進行操作過電壓的測試，一般是對投切空載線路、主變壓器、低壓電抗器或電容器時進行暫態測量，作為對新設備的帶電考核。國外有利用光纖技術進行監測的報道。

對于運行設備，目前安裝的常規保護記錄裝置只能記錄工頻過電壓信息。目前的調度監控系統、智能監測和預警系統以及電網廣域實時動態監測系統主要從整個電網的動態和靜態穩定的角度，對電網運行特征量進行實時監控，進而預測未來時刻的電網穩定狀態，并對系統不穩定因素產生預警，從整個電網角度保障了電力系統的穩定運行。但由于系統總容量的限制，設備的采樣頻率不會太高，另外，受限于采樣設備的頻響特性，目前這些調度監控系統等系統監控系統均不能對電力系統暫態過程進行有效監測，因此，也不能對電力系統的運行狀態進行全面監測。

因此有必要提供一種用于暫態過電壓監測系統的電容式電壓互感器，適應智能電網信息化和自動化的功能要求，符合過電壓和絕緣配合技術發展的要求。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種用于暫態過電壓監測系統的電容式電壓互感器，具有工作頻率高、測量數據精度高、適用范圍廣等優點。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種用于暫態過電壓監測系統的電容式電壓互感器，包括高壓電容、中壓電容、中間變壓器、暫態過電壓監測單元、接地刀閘、補償電抗器和第一避雷器，所述高壓電容的一端連接電網，另一端分別連接中壓電容的一端和中間變壓器中初級繞組的一端，所述中壓電容的另一端分別連接暫態過電壓監測單元的一端和補償電抗器的一端，所述中間變壓器中初級繞組的另一端分別連接補償電抗器的另一端和第一避雷器的一端，所述暫態過電壓監測單元的另一端和第一避雷器的另一端均接地，所述接地刀閘并聯在暫態過電壓監測單元的兩端。

還包括第二避雷器，所述第二避雷器并聯在暫態過電壓監測單元的兩端。

所述補償電抗器為電抗值可調的電阻器。

還包括阻尼器，所述阻尼器設于中間變壓器中次級繞組上。

還包括保護間隙，所述保護間隙并聯在暫態過電壓監測單元的兩端。

所述暫態過電壓監測單元由多個相互并聯的無感電容元件組成，多個無感電容元件按同軸圓周結構排列。

所述多個無感電容元件的兩端分別設有一圓盤式接線端子，每個圓盤式接線端子均包括絕緣圓盤、多個導電扇片、扇骨、氣缸、從動齒輪和接線端子，所述多個導電扇片分別設于扇骨上形成扇面，每個導電扇片與無感電容元件接觸的側面上內嵌有帶有斜面的導電塊，所述導電塊與導電扇片之間設有彈簧，導電塊的斜面朝向與扇骨的展開方向相同，所述扇骨和導電扇片緊貼設置在絕緣圓盤的一端面上，所述接線端子設于扇骨的轉動端上，并穿過絕緣圓盤中心至另一端面上，所述從動齒輪設于接線端子上，所述氣缸的伸縮桿設有齒條，所述齒條與從動齒輪相嚙合，所述氣缸設于絕緣圓盤的另一端面上；

增加接入無感電容元件的數量時，氣缸的伸縮桿伸出，并帶動從動齒輪轉動，扇骨轉動，進而依次展開導電扇片，導電塊在彈簧的作用下彈出，并接觸無感電容元件。

所述接線端子包括轉動桿和接線端蓋，所述轉動桿的一端設于扇骨的轉動端上，所述接線端蓋蓋設轉動桿的另一端上，并與轉動桿的端部滑動連接，接線端蓋保持位置不動。

所述接線端蓋與轉動桿的端部之間設有滾珠。

所述齒條和從動齒輪均由絕緣材料制作而成。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1)工作頻率高，測量數據精度高：不僅具有常規CVT(電容式電壓互感器)的功能，如用于電壓計量及繼電保護用，還可以用于測量高壓機超高壓電網上的諧波及對電網電壓波形進行實時觀測和測量，設置第一避雷器和第二避雷器，可以有效地防止過電壓造成的損壞，保護暫態過電壓監測單元，特別適合作為暫態過電壓監測系統中用于耦合500kV輸電線路過電壓的傳感器。

2)適用范圍廣：設置圓盤式接線端子，采用扇形結構，實現無感電容元件接入CVT數量的自適應調節，采用氣缸、絕緣圓盤，可以有效地防止摩擦靜電，保證暫態過電壓監測單元可長時間穩定工作。

附圖說明

圖1為本發明電容式電壓互感器的電路結構示意圖；

圖2為圓盤式接線端子的俯視結構示意圖；

圖3為圓盤式接線端子的仰視結構示意圖；

圖4為暫態過電壓監測單元與標準沖擊分壓器在操作沖擊電壓下典型波形圖；

圖5為暫態過電壓監測單元與標準沖擊分壓器在操作沖擊電壓下典型頻譜圖；

圖6為暫態過電壓監測單元與標準沖擊分壓器在雷電沖擊電壓下典型波形圖；

圖7為暫態過電壓監測單元與標準沖擊分壓器在雷電沖擊電壓下典型頻譜圖；

圖8為暫態過電壓監測系統的結構示意圖。

圖中：1、電網，2、電容式電壓互感器，3、傳輸電纜，4、保護器，5、通信光纜，6、暫態電壓采集器，7、通信電纜，8、工控機，201、絕緣圓盤，202、導電扇片，203、扇骨，204、氣缸，205、從動齒輪，206、接線端子，207、導電塊，C1、高壓電容，C2、中壓電容，C3、暫態過電壓監測單元，T、中間變壓器，K、接地刀閘，L、補償電抗器，ZD、阻尼器，P、保護間隙，BL1、第一避雷器，BL2、第二避雷器。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

如圖1所示，一種用于暫態過電壓監測系統的電容式電壓互感器2，包括高壓電容C1、中壓電容C2、中間變壓器T、暫態過電壓監測單元C3、接地刀閘K、補償電抗器L、阻尼器ZD、保護間隙P、第一避雷器BL1和第二避雷器BL2，高壓電容C1的一端連接電網1，另一端分別連接中壓電容C2的一端和中間變壓器T中初級繞組的一端，中壓電容C2的另一端分別連接暫態過電壓監測單元C3的一端和補償電抗器L的一端，中間變壓器T中初級繞組的另一端分別連接補償電抗器L的另一端和第一避雷器BL1的一端，暫態過電壓監測單元C3的另一端和第一避雷器BL1的另一端均接地，接地刀閘K、保護間隙P和第二避雷器BL2均分別并聯在暫態過電壓監測單元C3的兩端，阻尼器ZD設于中間變壓器T中次級繞組上，其中，補償電抗器L為電抗值可調的電阻器，補償電抗器L的電抗值與電容式電壓互感器2的等值電容在額定頻率下的容抗相等，以便在不同的二次負荷下使一次電壓和二次電壓之間能獲得正確的相位和變比。圖1中N為中壓電容C2的低壓端，1a、1n、2a、2n、da1、da2、dan為中間變壓器T的次級繞組輸出端。

暫態過電壓監測單元C3由多個相互并聯的無感電容元件組成，多個無感電容元件按同軸圓周結構排列，暫態過電壓監測單元C3的高壓端與CVT內部中壓電容C2低壓端N串聯，接地端子用銅皮或銅帶可靠接地，測量端子使用標準接頭基于同軸電纜將電壓信號送至數字采集儀。

多個無感電容元件的兩端分別設有一圓盤式接線端子206，如圖2和圖3所示，每個圓盤式接線端子206均包括絕緣圓盤201、多個導電扇片202、扇骨203、氣缸204、從動齒輪205和接線端子206，多個導電扇片202分別設于扇骨203上形成扇面，每個導電扇片202與無感電容元件接觸的側面上內嵌有帶有斜面的導電塊207，導電塊207與導電扇片202之間設有彈簧，導電塊207的斜面朝向與扇骨203的展開方向相同，扇骨203和導電扇片202緊貼設置在絕緣圓盤201的一端面上，接線端子206設于扇骨203的轉動端上，并穿過絕緣圓盤201中心至另一端面上，從動齒輪205設于接線端子206上，氣缸204的伸縮桿設有齒條，齒條與從動齒輪205相嚙合，氣缸204設于絕緣圓盤201的另一端面上。

接線端子206包括轉動桿和接線端蓋，轉動桿的一端設于扇骨203的轉動端上，接線端蓋蓋設轉動桿的另一端上，并與轉動桿的端部滑動連接，接線端蓋保持位置不動。

接線端蓋與轉動桿的端部之間設有滾珠，保持接線端子206與外接的傳輸電纜3之間位置穩定，且摩擦力小，磨損小。齒條和從動齒輪205均由絕緣材料制作而成，有效的防止摩擦靜電。

若需要加大暫態過電壓監測單元C3的電容值時，則增加接入無感電容元件的數量，氣缸204的伸縮桿伸出，并帶動從動齒輪205轉動，扇骨203轉動并展開，進而有內層至外層依次展開導電扇片202，導電塊207在彈簧的作用下彈出，并接觸無感電容元件。

若需要減小暫態過電壓監測單元C3的電容值時，則減少接入無感電容元件的數量，氣缸204的伸縮桿縮回，并帶動從動齒輪205轉動，扇骨203轉動并收回，進而有外層至內層依次收回導電扇片202，每一個導電扇片202上的導電塊207收到相鄰外層的導電扇片202的擠壓，彈簧壓縮，導電塊207離開無感電容元件。

圖4-7顯示了本發明一實施例與標準沖擊分壓器同時測量時的波形對比。試驗結果來自于實施例基于普通500kV電容式電壓互感器改裝后，在高斥大廳內進行沖擊電壓試驗性能驗證得到。圖中高幅值為標準沖擊分壓器測量數值，低幅值為監測單元測量數值。

如圖8所示，可構建暫態過電壓監測系統，用于電力系統運行設備上出現的任何形式的暫態電壓，包括工頻過電壓、操作過電壓和雷電過電壓等。暫態過電壓監測系統包括電容式電壓互感器2、保護器4、暫態電壓采集器6和工控機8，電容式電壓互感器2與電網1(輸電線路或母線)連接，電容式電壓互感器2通過傳輸電纜3與保護器4連接，保護器4通過通信光纜5與暫態電壓采集器6連接，暫態電壓采集器6通過通信電纜7與工控機8連接。暫態過電壓在線監測就是通過分壓傳感器，借助于信號采集技術，實時監測電網系統的電壓擾動，記錄和保存暫態過電壓發生時各相電壓的幅值、故障前后的波形及各種參數。并具有信號處理與參數提取、應用與分析(報警、歷史數據查詢和統計等)功能。

本發明的電容式電壓互感器內置暫態過電壓監測單元C3，其與高壓電容C1和中壓電容C2構成電容式電壓分壓器，從而基于該監測單元C3獲得較為準確的暫態過電壓波形并同時能夠兼顧工頻電壓信號的測量。