开关内置电压传感器及其集成的制作方法

本实用新型涉及电力系统中的电量采集和继电保护，特别是一种开关内置电压传感器及其集成。

背景技术：

智能电网的信息化、互动化特征带动了电力设备向多参数智能化、信息化发展。将先进的传感测量技术、通信技术、信息技术用于一次设备的智能化，以及将一次设备与二次设备有机结合，提升电力设备及装置的性能及智能化、信息化水平成为未来智能电网设备的发展趋势。

信息是智能电网的基础支撑，信息的获取需要大量的智能设备来支持。在智能电网中，集成技术应用将日益广泛，专业界限的模糊将使得智能电网中智能设备的外延大大拓宽。可以预计的是，各种智能设备在智能电网中将呈现功能日益整合、形态相互交融、工程实施灵活组态发展趋势。因此，在今后电网建设和改造中，需要鼓励和优先采用适用于未来智能电网建设所需的先进技术和智能设备。

高压设备是电网的基本单元，高压设备智能化(简称智能设备)是智能电网的重要组成部分，也是区别传统电网的主要标志之一。

IBM：利用传感器对关键设备的运行状况进行实时监控，然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合，最后通过对数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统运行的优化管理。

埃森哲：利用传感器、嵌入式处理器、数字化通信和IT技术，使电网可观测(能够监测电网所有元件的状态)、可控制(能够控制电网所有元件的状态)和自动化(可自适应并实现自愈)，从而打造更加清洁、高效、安全、可靠的电力系统。

智能设备是附加了智能组件的高压设备，智能组件通过状态感知和指令执行元件，实现状态的可视化、控制的网络化和自动化，为智能电网提供最基础的功能支撑。

智能组件是若干智能电子装置的集合，安装于宿主设备旁，承担与宿主设备相关的测量、控制和监测等功能。满足相关标准要求时，智能组件还可集成相关继电保护功能。

一次设备在电网中的重要性、故障影响及其发生几率、故障是否可监测、监测的成本和可靠性、有无更加经济的替代方案(如带电检测)等，都是决定一次设备是否需要智能化和如何智能化的依据。

变压器、电抗器、断路器、GIS、电力电缆、高压套管等，这些设备，或故障率相对较高，或故障影响较大，具有自检测的需求。另一方面，对于这些设备，可用的自检测技术已有一定的研究基础和应用经验，具备进行智能化应用的基本条件。

智能高压设备由高压设备和智能组件组成。高压设备与智能组件之间通过状态感知元件(传感器或其一部分)和指令执行元件控制单元或其一部分)组成一个有机整体。

智能电网对一次设备智能化的需求：

1、一次设备是电网的基本单元，智能一次设备是智能电网的重要组成部分，主要涉及变压器和开关设备。利用传感器对一次设备的运行状态、控制状态、负载能力等进行实时监控，从而实现电网设备可观测、可控制和自动化是智能设备的核心和目标。

2、一次设备智能化，内嵌测量、计量、继保、监测、控制等功能。

3、现场施工简单、方便，节约占地。

4、对外提供必要的监测信息，方便运行维护。

5、新的建设方案。

目前，尚没有针对国网一次融合、二次融合以及配网线损计量需求而开发设计的一款相序、零序电压采集传感器。

技术实现要素：

针对现有技术的问题，本实用新型的目的是提供一种开关内置电压传感器及其集成，体积小，质量轻，运行安全稳定，精度高，且能够置于开关之内。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种开关内置电压传感器，其包括高压端子和外壳，所述高压端子设置于所述外壳外；所述外壳内设置有两个电阻分压器，两个所述电阻分压器的高压端均与所述高压端子相连接，两个所述电阻分压器的低压端分别通过两根输出引线与电阻连接，所述外壳内填充设置有分隔两个所述电阻分压器的绝缘件。

如上所述的开关内置电压传感器，其中，两个所述电阻分压器竖直设置，且所述电阻分压器的高压端位于所述电阻分压器的低压端的上方。

如上所述的开关内置电压传感器，其中，两个所述电阻分压器的高压端之间通过电线相互连接，所述高压端子与所述电线焊接，且所述高压端子固定设置于所述外壳的上部。

如上所述的开关内置电压传感器，其中，所述输出引线为双屏蔽绞线。

如上所述的开关内置电压传感器，其中，所述电阻串联有电容。

如上所述的开关内置电压传感器，其中，所述绝缘件是由环氧树脂制成的。

如上所述的开关内置电压传感器，其中，所述外壳为圆柱状，且所述外壳的侧壁设置有多个沿着径向的环状凸起。

如上所述的开关内置电压传感器，其中，多个所述环状凸起等间距排布。

本实用新型还提供了一种开关内置电压传感器集成，其包括安装底座和三个如上所述的开关内置电压传感器，所述安装底座的顶部设置有三个与所述开关内置电压传感器的底部相匹配的凹槽，所述开关内置电压传感器一一对应地设置于所述凹槽中。

如上所述的开关内置电压传感器集成，其中，三个所述凹槽等间距沿着一条直线设置于所述安装底座的顶部，两个相邻的所述凹槽之间设置有安装孔。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的开关内置电压传感器体积小，质量轻，运行安全稳定，精度高。

本实用新型的开关内置电压传感器集成，由三个所述开关内置电压传感器组合而成电子式零序电压互感器，体积小，质量轻，运行安全稳定，精度高，最重要的是，由于体积较小，可以内置于开关之中，减少了外界因素造成的不力干扰，运行更加安全、可靠。

附图说明

图1是本实用新型的开关内置电压传感器的结构示意图。

图2是本实用新型的开关内置电压传感器集成的结构示意图。

图3是图2的部分剖视示意图。

图4是本实用新型的开关内置电压传感器集成的信号输出示意图。

附图标记说明：

1、高压端子，2、绝缘件，3、电阻分压器，4、外壳，5、输出引线，6、安装底座，61、安装孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型提供了一种开关内置电压传感器，其包括高压端子1和外壳4，所述高压端子1设置于所述外壳4外；所述外壳4内设置有两个电阻分压器3，两个所述电阻分压器3的高压端均与所述高压端子1相连接，两个所述电阻分压器3的低压端分别通过两根输出引线5与电阻连接，所述外壳4内填充设置有分隔两个所述电阻分压器3的绝缘件2。

在一个具体的实施方式中，两个所述电阻分压器3竖直设置，且所述电阻分压器3的高压端位于所述电阻分压器3的低压端的上方；优选地，两个所述电阻分压器3的高压端之间通过电线相互连接，所述高压端子1与所述电线焊接，且所述高压端子1固定设置于所述外壳4的上部。所述输出引线5为双屏蔽绞线。所述电阻串联有电容。所述绝缘件2是由环氧树脂制成的。所述外壳4为圆柱状，且所述外壳4的侧壁设置有多个沿着径向的环状凸起；优选地，多个所述环状凸起等间距排布。

如图2至图3所示，一种开关内置电压传感器集成，其包括安装底座6和三个如上所述的开关内置电压传感器，所述安装底座6的顶部设置有三个与所述开关内置电压传感器的底部相匹配的凹槽，所述开关内置电压传感器一一对应地设置于所述凹槽中。

国网最近针对10kV馈线架空线路中应用的分界开关，提出了要具有线损计量、零序电压检测功能，线损计量需要采集一次设备的电压和电流量，零序电压采集是为了处理电力系统故障时，通过检测识别零序电压的相移角度，判断A、B、C任何一相接地短路故障。传统电磁电压互感器可以具有零序电压输出功能的，体积庞大，质量重，不适合安装在10kV架空线路的杆上，运行和维护非常不方便。而且，传统的电磁零序电压互感器是暴露安装在架空线路的杆上，经常会受到恶劣环境、天气的影响，自身的运行故障增加；另外由于传统电磁零序电压互感器的设计和绝缘要求，产品外形体积庞大，质量重，整机重量高达175kg，经常有产品从杆上脱落的现象发生；施工安装和运行维护极为不利。本实用新型的开关内置电压传感器集成采用最优化的设计，由三个所述开关内置电压传感器组合而成电子式零序电压互感器，体积小，质量轻，运行安全稳定，精度高，最重要的是，由于体积较小，所述开关内置电压传感器集成可以实现内置于开关之中，减少了外界因素造成的不力干扰，运行更加安全、可靠。

本实用新型作为一种智能组件，内置于ZW20/28型户外交流高压分界真空断路器之中，ZW20/28是一款用户分界开关，主要由ZW20-12型真空断路器气连接，具有故障检测功能,保护控制功能及通讯功能可靠判断,检测界内与界外毫安级零序电流本体,故障检测控制器及外置电压互感器三大部分组成。三个所述开关内置电压传感器通过所述安装底座6(例如航空插座)及户外密封控制电缆进行电及相间短路故障电流,实现自动切除单相接地故障和相间短路故障，主要用于开断、关合电力系统的负载电流、过载电流及短路电流。适用于变电站、工矿企业及城、农网作保护和控制，特别适用于操作频繁的场所和城网自动化配电网络。

具体的是，三个所述凹槽等间距沿着一条直线设置于所述安装底座6的顶部，两个相邻的所述凹槽之间设置有安装孔61。

如图4所示，高压A、B、C三相分别通过两个高压电阻分压器并且公地，这两个高压电阻分压器一路是测量相序电压信号，另一路与其他两路合成测量零序电压；零序电压的合成方式是将三个分压器输出端并联，构成零序电压传感器的输出信号,相序输出端子定义分别为Ua+、Ua-，Ub+、Ub-，Uc+、Uc-，作为相序低压输出信号；零序输出端子定义为U0+、U0-，作为零序低压输出信号。为了提高电阻分压器的相对地绝缘电阻，在采集相序和零序电压的高压电阻上穿接一个电容C。

下面以图1至图3所示的具体实施方式为例，说明本实用新型的开关内置电压传感器及其集成各部件的运行原理：

高压端子1，所述开关内置电压传感器或者所述开关内置电压传感器集成运行时，这个端子的上端要与10kV高压线路的三相之一相连接，下端要与电阻分压器3的高压端连接；

绝缘件2，由环氧树脂制成，环氧树脂主要作用一是作为绝缘材料，填充于电阻分压器3与外壳4之间，用于隔离高电压，二是起到固定电阻分压器3的作用；

电阻分压器3，是最关键的电子元器件，这个元器件的稳定性直接影响到产品性能，电阻分压器3的中间输出端作为信号输出的(+)端，电阻分压器3的尾端作为信号输出的公地端(-)；特别是对于所述开关内置电压传感器集成，每一相内部设置两个电阻分压器3，互不干扰。为了提高电阻分压器3的相对地绝缘电阻，在采集相序和零序电压的高压电阻上穿接一个电容C；

外壳4，是预先经过ABS加工一个壳体，将电阻分压器3放置于中间后，再填充环氧树脂材料固定，外壳4是外绝缘，耐机械冲击和磨损；

输出引线5是电阻分压器3的输出引线5，其采用耐高温双屏蔽绞线；

对于所述开关内置电压传感器集成，还包括安装底板6，三个所述开关内置电压传感器固定安装于所述安装底板6上，形成所述开关内置电压传感器集成。

制作时，可以将所述电阻分压器3、所述高压端子1和所述输出引线5焊接可靠后，再在采集相序电压和零序电压的高压电阻上穿接一个电容C，然后固定安装在所述外壳4之中，采用环氧树脂真空浇注(形成绝缘件2)，经过固化后，形成所述开关内置电压传感器。经过检验合格、调值后，每三只所述开关内置电压传感器固定安装在一个安装底板6上，就形成了所述开关内置电压传感器集成。

由上述可知，本实用新型的开关内置电压传感器集成具有以下有益效果：

1、体积小，质量轻，所述开关内置电压传感器集成可以只有6.6kg；

2、结构设计灵活、外形多元化；

3、具有高精度和高稳定性；

4、安全、可靠，二次回路不存在开路、短路问题

5、精度高，可以在全工况下达到0.2级；

6、安装便利；

7、填补了电子式互感器没有采集相序、零序电压互感器的空白。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。