一种电力系统高电压测量装置及方法
【专利摘要】一种电力系统高电压测量装置及方法，通过测量绝缘子串的尾部电压，来线性推算高压带电导体的实际电压，从而实现对电力系统高电压的间接测量。该方法包括测量装置，所述测量装置包括依次连接的：分压及校准电路、采样保持电路、A/D转换电路、中央处理器、通信接口电路，测量装置通过同轴电缆的芯线连接至绝缘子串的尾片上，测量绝缘子串的尾部电压，同轴电缆的屏蔽线直接连接杆塔。本发明一种电力系统高电压测量装置及方法，通过是绝缘子串的尾压，该装置绝缘水平大幅降低，其体积和造价大幅度降低；同时根除电力系统运行中的重大故障隐患，保证人身和设备的安全。
【专利说明】一种电力系统高电压测量装置及方法【技术领域】
[0001]本发明一种电力系统高电压测量装置及方法，涉及电力系统高电压测量领域。
【背景技术】
[0002]电压互感器的作用是:把电力高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表等二次装置使用。同时，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员和二次设备隔离。按电压变换原理可以分为:电磁式、电容式和光电式三大类。
[0003]电磁式电压互感器根据电磁感应原理变换电压，原理与基本结构和变压器完全相似，主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压Ul时，在铁心中就产生一个磁通Φ，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生一个二次电压U2。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，这就可组成不同比的电压互感器。我国多在IlOkV及以下电压等级采用。电容式电压互感器根据串联电容分压原理变换电压，由电容分压器和电磁式电压互感器共同组成，先经电容分压后再通过电磁互感器，变成低电压，用在中性点接地系统里作电压测量、功率测量、继电防护及载波通讯用。光电式电压互感器通过泡克尔斯效应(电光变换)实现电压传感，它利用电场的泡克尔斯效应，光线在电场作用下，出现双折射现象，两种折射率之差和电场强度成正比，通过检光板变成强光信号输出，目前已研制成功，正在推广应用中。
[0004]而现有技术中的电压互感器，无论是电磁式还是电容式，都可能出现单相接地故障或铁磁谐振问题。如果三相电压同时升高，并超过线电压(指针可摆到头)，则还可能出现分频或高频谐振问题。从而导致绝缘加速老化，出现击穿，形成互感器一次侧绕组发生匝间短路，甚至发生热膨胀爆炸等问题。上述原因造成的电压互感器损坏现象在电力系统中经常出现。
[0005]华中科技大学徐雁，西华大学任晓、方春恩等人研究并试制了电阻式电压互感器。它通过电阻分压器直接测量高电压，电阻式电压互感器的关键是电阻分压器，其核心是电阻的耐压能力。此外，该电阻还需高阻值和高稳定性。目前，高压、高阻型的金属膜电阻器值可达200 ΜΩ，最高工作电压可达25kV，但其脉冲负荷稳定性较差，经受供电电网雷电冲击或正常的操作冲击电压后，阻值会发生改变。金属氧化膜电阻阻值范围则太小，线绕电阻阻值约5 ΜΩ,最高工作电压几百伏，也不适于高阻高压之用途。随着材料技术和电子技术的发展，新出现了一种可 制成高压高阻的厚膜电阻，它可通过不同的电阻浆料配方和相应的制作工艺，可以得到不同性能要求的电阻元件。其最大阻值可达2GQ，最高工作电压可达40kV (交流有效值)。但这种厚膜电阻需要定制，成本较高，且相对电力系统的1000KV高压而言，其耐压远远不够。
【发明内容】
[0006]为解决现有电压互感器绝缘水平高、成本高的缺陷。本发明提供一种电力系统高电压测量装置及方法，通过是绝缘子串的尾压，该装置绝缘水平大幅降低，其体积和造价大幅度降低；同时根除电力系统运行中的重大故障隐患，保证人身和设备的安全。
[0007]本发明采取的技术方案为:一种电力系统高电压测量方法，通过测量绝缘子串的尾部电压，来线性推算高压带电导体的实际电压，从而实现对电力系统高电压的间接测量。
[0008]一种电力系统高电压测量装置，所述测量装置包括依次连接的:分压及校准电路、采样保持电路、A/D转换电路、中央处理器、通信接口电路，测量装置通过同轴电缆的芯线连接至绝缘子串的尾片上、测量绝缘子串的尾部电压，同轴电缆的屏蔽线直接连接杆塔。
[0009]测量装置内部包括:电阻分压或者电容分压电路，用于降成5V左右的测量电压，测量装置直接监测测量点处的电压值。
[0010]所述测量点位于绝缘子串的尾片上表面的中间位置。
[0011]高压带电导体为母线或者导线。
[0012]测量装置用于测量母线电压。
[0013]同轴电缆的芯线和尾片之间通过强力胶粘合，或者与带接头的绝缘子串的尾片直接连接。
[0014]分压及校准电路用于:把测点电压变成5V以内的、可调的、便于A/D转换的模拟电
压信号。
[0015]本发明一种电力系统高电压测量装置及方法，和现有高压测量技术的根本区别是:现有高压测量技术，无论是传统的电磁式和电容式电压互感器，还是研究中的光电式和电阻式电压互感器，他们都直接测量高压带电导体的实际电压，因此需要很高的绝缘水平，互感器的体积大，造价高。而本发明是通过测量绝缘子串上尾压，来间接地线性推算高压带电导体上的电压，它利用现有的绝缘子串实现绝缘和分压。因此，测量装置要求的绝缘水平低，体积小，成本低。
[0016]本发明一种电力系统高电压测量装置及方法，技术效果如下:
I)、本发明测量的是绝缘子串的尾压，测点电压很低(几百伏)，相对于直接测量导体侧的高压(IOkV?IOOOkV)而言，测量装置的绝缘水平大幅降低，测量装置的体积和造价将巨幅降低。
[0017]2)、本发明测量装置直接测量的是分压到5V左右的电压值，且测量的是天然的电压信号而非功率信号，非常适合直接制成电子式电压互感器，从而和未来的智能电网及智能变电站直接接轨。
[0018]3)、本发明测量装置和一次侧的高压通过现成的绝缘子串绝缘，进一步降低成本，且测量装置内部短路不会产生大电流，也不会产生铁磁谐振，可以根除电力系统运行中的重大故障隐患，保证人身和设备的安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
图1为本发明测量装置安装示意图。
【具体实施方式】
[0020]一种电力系统高电压测量装置及方法，通过测量绝缘子串4的尾部电压，来线性推算高压带电导体的实际电压，从而实现对电力系统高电压的间接测量。该方法包括测量装置1，所述测量装置I包括依次连接的:分压及校准电路、采样保持电路、A/D转换电路、中央处理器、通信接口电路，测量装置I通过同轴电缆2的芯线连接至绝缘子串4的尾片3上，测量绝缘子串4的尾部电压，同轴电缆2的屏蔽线直接连接杆塔6。同轴电缆2的芯线和尾片3之间可以通过强力胶粘合，也可以和特制的带接头的绝缘子直连。所述高压带电导体5为母线或者导线。
[0021]安装完成后，调节测量装置I上的校准旋钮、或可调电阻，使测量装置I的测量值和高压带电导体5的实际电压(另行通过标准互感器实测)一致；若调节测量装置I是纯数字式的话，通过按键手动设定测量值为实际电压(另行通过标准互感器实测)
(6/,然后由装置内部的程序自动计算实际比例系数*i。
[0022]分压及校准电路用于:把测点电压变成5V以内的、可调的、便于A/D转换的模拟电压信号；采样保持电路用于将输入的电压信号离散化；A/D变换电路用于将将离散的电压信号数字化；中央处理器用于将输入的数字电压信号序列还原出，然后线性计算高压带电导体5的实际电压值，最后把测量结果发送给通信接口电路。根据负载的需要，通信接口电路可以是串口、并口、ilink等多种形式。中央处理器中安装有相应的软件，主要包括数据采集程序、滤波等数据域处理程序、特征值:电压的幅值、初相位、频率、实际电压等数据处理程序、测量程序和通信程序。
[0023]工作原理:
绝缘子串4在正常工作时，承担着高压和地之间的绝缘作用，这个绝缘作用是通过绝缘子串4的很高的绝缘电阻来实现的，绝缘子串4的绝缘电阻可以达到IOOGQ以上。串中的每片绝缘子上都分担一定的电压，每片绝缘子的对地电压也随着绝缘子在串中的位置而变化，其中靠近高压带电导体5侧的绝缘子的对地电压最高，靠近接地点的尾片3的对地电压最低，通过实验和理论推导证实:绝缘子表面任一固定测点的对地电压值是随导体上的电压而线性变化的，也就是说，测量串中某片绝缘子的表面上某固定点的电压，通过线性变换就可以反推出高压带电导体的 实际电压值，如图1所示。设电力系统的实际电压为U，该
电压在绝缘子串4的尾片3上产生的电压为OJ1，则
【权利要求】
1.一种电力系统高电压测量方法，其特征在于，通过测量绝缘子串(4)的尾部电压，来线性推算高压带电导体(5)的实际电压，从而实现对电力系统高电压的间接测量。
2.一种电力系统高电压测量装置，其特征在于，所述测量装置(I)包括依次连接的:分压及校准电路、采样保持电路、A/D转换电路、中央处理器、通信接口电路，测量装置(I)通过同轴电缆(2)的芯线连接至绝缘子串(4)的尾片(3)上、测量绝缘子串(4)的尾部电压，同轴电缆(2)的屏蔽线直接连接杆塔(6)。
3.根据权利要求2所述一种电力系统高电压测量装置，其特征在于，测量装置(I)内部包括:电阻分压或者电容分压电路，用于降成5V左右的测量电压，测量装置(I)直接监测测量点处(A)的电压值。
4.根据权利要求3所述一种电力系统高电压测量装置，其特征在于，所述测量点(A)位于绝缘子串(4)的尾片(3)上表面的中间位置。
5.根据权利要求1所述一种电力系统高电压测量方法，其特征在于，高压带电导体(5)为母线或者导线。
6.采用如权利要求2所述一种电力系统高电压测量装置，其特征在于，该装置用于测量母线电压。
7.如权利要求2所述一种电力系统高电压测量装置，其特征在于，同轴电缆(2)的芯线和尾片(3)之间通过强力胶粘合，或者与带接头的绝缘子串(4)的尾片(3)直接连接。
8.如权利要求2所述一种电力系统高电压测量装置，其特征在于，分压及校准电路用于:把测点电压变成5V以内的、可调的、便于A/D转换的模拟电压信号。
【文档编号】G01R19/25GK103698596SQ201410011663
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】王成江 申请人:三峡大学