一种一体化宽频电压电流测量互感器制造技术

本发明专利技术公开了一种一体化宽频电压电流测量互感器，包括高压腔体外壳和地电位屏蔽腔体，地电位屏蔽腔体设于高压腔体外壳内，地电位屏蔽腔体与高压腔体外壳之间为绝缘空腔；高压金属导杆从高压腔体外壳一端横向贯穿地电位屏蔽腔体的中心，并从高压腔体外壳另一端穿出；高压腔体外壳的一侧和高压金属导杆的一端直接连接

【技术实现步骤摘要】
一种一体化宽频电压电流测量互感器


[0001]本专利技术涉及互感器
，具体涉及一种一体化宽频电压电流测量互感器
。

技术介绍

[0002]随着新型电力系统建设，电网的“双高”特性日益凸显
。
大量电力电子设备
、
可再生能源和非线性负荷等的接入使得谐波现象
、
暂态过程愈发严重和频发
。
由此导致的电网故障和设备损坏屡见不鲜
。
[0003]准确测量覆盖工频
、
谐波和暂态的宽频电压
、
电流信号，可以广泛用于电网谐波的动态监测与治理
、
电网故障的准确定位与辨识
、
电力设备运行状态评估等
。
传统的仅针对工频信号的电压
、
电流测量理念，已无法适应新型电力系统对电压
、
电流信号进行宽频带感知的迫切需求
。
[0004]目前，首先变电站内通用的电压互感器和电流互感器主要用于工频信号的精确测量，带宽窄
、
采样率低，在用于谐波信号或高频暂态信号测量时，波形失真严重
。
例如：电容式电压互感器为精确
(0.2
级
)
测量
50Hz
信号，二次回路采用谐振原理增强
50Hz
信号，从而导致其它频段信号失真严重
。
其次，目前电流互感器和电压互感器为分离的两种一次设备，在现场测量和布置时，需要两个安装位置，对于目前变电站用地日益紧张的情况下，非常不友好，如果能够将电压和电流测量集成在一起，将极大地提高互感器装备的使用适用性
。
[0005]近年来，已有相关单位提出了多种宽频的测量方案，但仍在技术性能
、
适用性
、
安全性等方面存在问题
。
例如：专利“一种宽频电压分压器装置及刻度因数标定方法”(
申请号：
2021109712783)
提出了一种由电阻
、
电容串并联电路构成的阻容式分压器，用于宽频电压的测量
。
其主要技术特点是整个分压回路由多个串并联的电阻
、
电容回路构成，属于传统的阻容分压器结构
。
其不足在于：
(1)
在进行高电压测量时，由于施加了高电压，会有持续的电流通过分压器，从而导致分压器持续发热，温度升高容易降低内部元件寿命，一般用于实验室内的短时间测量，不适合用于户外的在线监测；
(2)
在进行测量时，高电位和地电位通过分压器的电阻和电容隔绝，一旦发生电阻
、
电容损坏或者其它内部短路，将导致高电位和地电位短接，如果用于实际电网中的测量，将造成电网短路故障；
(3)
数十个甚至上百个电阻电容构成的分压回路，不可避免的回路连线电感，将降低分压器的高频响应特性
。
例如：专利技术专利“一种宽频电压采集器”(
申请号：
2013105607020)
采用了非线性伏安特性的氧化锌避雷器作为分压器主体，除了存在与阻容分压器存在相同的短路安全隐患外，氧化锌避雷器阀片的非线性特性使得宽频电压测量装置的测量精度难以准确评估
。
例如：专利“高压换流站直流场暂态电压监测装置及方法”(
申请号：
201610267636.1)、
专利“一种非接触式宽频电压监测系统”(
申请号：
2021112908065)
提出了基于光学电场传感器的非接触式高电压测量方法
。
其主要技术特点是，利用光学电场传感器测量高电压产生的电场，从而反演电压波形，由于是测量空间电场，因此传感器无需与高压导体直接连接，从而实现非接触式的电压测量
。
非接触式测量安全性好，在开展现场的电压测量时，不会因为测量系统的问题，导致被测电网发生故障，这也是其与传统电压分压器对比的主要优势
。
但其不足在于：
(1)
由于采用了非接触式测量，传感器测量结果容易引入大量的外部干扰，例如非被测导体电压产生的电场
、
电晕放电引入的电磁干扰等等，这些问题导致非接触测量的测量精度和不确定度往往难以评估；
(2)
测量装置的刻度因数受安装位置的影响较大，因此每次变化位置后，测量装置的刻度因数都需要重新校准
。
此外，测量装置的刻度因数还经常受其所处的空气介质影响，空气介质的湿度
、
不均匀性均会影响其刻度因数变化，因此通常测量装置的刻度因数不固定，需要实时进行校准；
(3)
光学电场传感器通常比较脆弱，价格比较昂贵，制作周期较长，制约了其大规模推广
。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题包括：
(1)
传统的电压互感器和电流互感器仅用于测量
50Hz
工频信号，无法准确测量工频之外的谐波信号
、
暂态信号，实现“宽频”测量；
(2)
部分非接触式宽频电压测量传感器可以实现电压的宽频测量，但是一般敞开布置于距离被测高压导体距离很远的地电位，存在多导体系统下的测量结果解耦问题和抗干扰问题，测量流程复杂且不精准，测量精度和稳定性差
。(3)
传统的电压互感器和电流互感器为分离的两种一次设备，传统电压互感器分压电容将整个绝缘子支柱的空腔完全填满了，而传统电流互感器需要绝缘子支柱空腔通测量信号线和屏蔽管，所以难以将两者实现一体式集成；这样导致在现场测量和布置时，需要两个安装位置，布置成本高，互感器装备的使用适用性差
。
[0007]本专利技术目的在于提供一种一体化宽频电压电流测量互感器，本专利技术电压测量采用非接触式电压传感器，分压电容的高压臂利用了感应极板与高压导体
(
高压金属导杆
)、
绝缘空腔之间形成的气体电容，这样一方面实现了低压臂采集回路与高压导体的绝缘，使得低压臂采集回路无需耐受很高的电压；另一方面，基于气体电容，低压臂采集回路与高压导体是没有接触的，从而实现了电气隔离，所以高压工作条件下，宽频电压测量回路不会通过较大电流，回路器件无需很高的容量；进而使整个电压测量系统体积可以做到很小，便于将电压传感器集成至空心屏蔽腔体中；从而实现将宽频电压传感器和宽频电流传感器集成于空心屏蔽腔体中
。
同时，非接触式电压传感器布置于距离高压导杆很近的地电位屏蔽腔体内；地电位屏蔽腔体通过绝缘空腔，布置于高压腔体内，高压腔体为密封结构，屏蔽腔体本身就屏蔽了其它相导体的耦合信号，从而使得无需考虑耦合问题，从而使测量流程简单且精准
。
[0008]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0009]一种一体化宽频电压电流测量互感器，该测量互感器包括高压腔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种一体化宽频电压电流测量互感器，其特征在于，该测量互感器包括高压腔体外壳
(3)
和地电位屏蔽腔体
(6)
，地电位屏蔽腔体
(6)
设于高压腔体外壳
(3)
内，地电位屏蔽腔体
(6)
与高压腔体外壳
(3)
之间为绝缘空腔
(7)
；高压金属导杆
(4)
从高压腔体外壳
(3)
一端横向贯穿地电位屏蔽腔体
(6)
的中心，并从高压腔体外壳
(3)
另一端穿出；高压腔体外壳
(3)
的一侧和高压金属导杆
(4)
的一端直接连接；高压腔体外壳
(3)
的另一侧和高压金属导杆
(4)
的另一端进行绝缘隔离；地电位屏蔽腔体
(6)
与高压腔体外壳
(3)、
高压金属导杆
(4)
均保持绝缘；地电位屏蔽腔体
(6)
内集成有工频电流测量线圈
(9)、
宽频电流传感器
(11)
和非接触式的宽频电压传感器，所述工频电流测量线圈
(9)、
宽频电流传感器
(11)
和宽频电压传感器的各输出端通过对应端子输出，并通过对应端子进行测量
。2.
根据权利要求1所述的一种一体化宽频电压电流测量互感器，其特征在于，所述宽频电压传感器包括感应极板
(15)
，所述感应极板
(15)、
高压金属导杆
(4)
与绝缘空腔
(7)
形成气体电容，并作为分压电容的高压臂；所述感应极板
(15)
还连接低压臂采集回路
(17)
，并通过低压臂采集回路
(17)
下端与地电位屏蔽腔体
(6)
连接，低压臂采集回路
(17)
作为宽频电压传感器的低压臂
。3.
根据权利要求2所述的一种一体化宽频电压电流测量互感器，其特征在于，所述地电位屏蔽腔体
(6)
为带夹层的空心圆柱体结构，从外至里依次设有腔体外壁
(61)、
腔体夹层
(62)
和腔体内壁
(63)
，所述工频电流测量线圈
(9)、
宽频电流传感器
(11)
和宽频电压传感器均设置于腔体夹层
(62)
内；所述工频电流测量线圈
(9)
绕设于腔体内壁
(63)
上，工频电流测量线圈
(9)
的测量结果通过第一屏蔽同轴电缆与工频电流测量端子
(10)
连接；所述宽频电流传感器
(11)
的线圈绕设于腔体内壁
(63)
上，宽频电流传感器
(11)
的测量结果通过第二屏蔽同轴电缆与宽频电流测量端子
(12)
连接；所述感应极板
(15)
设于腔体内壁
(63)
上，低压臂采集回路
(17)
的输出通过第三屏蔽同轴电缆与宽频电压测量端子
(18)
连接
。4.
根据权利要求3所述的一种一体化宽频电压电流测量互感器，其特征在于，所述感应极板
(15)
与腔体内壁
(63)
之间设有绝缘层
。5.
根据权利要求3所述的一种一体化宽频电压电流测量互感器，其特征在于，所述腔体内壁
(63)
上设置有缺口，感应极板
(15)
通过所述缺口镶嵌于腔体内壁
(63)
中；所述感应极板
(15)
通过第二绝缘垫圈
(16)
实现与腔体内壁
(63)
绝缘隔离
。6.
根据权利要求1所述的一种一体化宽频电压电流测量互感器，其特征在于，所述宽频电压传感器的低压臂采集回路
(17)
采用有源阻抗变化电路，所述有源阻抗变化电路包括低压臂电容
C24、
运算放大器
U2、
稳压供能单元
、
反馈回路单元和首端阻抗匹配电阻
R1
；所述稳压供能单元包括第一电容
C1、
第二电容
C2、
第七...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢施君，张晨萌，穆舟，刘毅，龙兆芝，李文婷，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：