一种适合变电站现场测量的电压传感器的制作方法

本发明一种适合变电站现场测量的电压传感器，涉及电力系统测量领域。

背景技术：

随着数字化变电站和智能电网的发展，传统互感器由于存在铁磁谐振、绝缘性差、动态范围窄等缺点，已无法满足电网的发展要求。为适应高容量、高电压等级的发展需求，具有无磁饱和现象、测量精度高、频率响应宽等优势的电子式电压互感器得到越来越多的重视，成为电力系统测量的主要发展方向。然而，在实际运行中，电子式电压互感器准确度超差现象较为严重，因此需要对其进行准确度的校验。传统互感器校验方式大都为离线校验，不仅操作复杂，校验周期长，而且会带来停电损失，对系统的安全稳定运行造成了不利影响。因而，为提高互感器的准确度，保证电网的安全、可靠、经济运行，亟待研究一种能够在线路带电状态下实现对电子式电压互感器进行校验的传感器。

目前已有部分学者对电子式互感器在线校验方面展开了相关研究，虽取得了一定成功，但仍存在很多问题：中国专利“CN102645643A” 设计了一种电子式电压互感器在线校验系统，然而，由于采用传统电磁式电压互感器作为标准互感器，因而带电接入电网时可能会产生铁磁谐振，存在一定的安全隐患，且当电压等级较高时，设备的尺寸和重量也将变大，不利于在线校验使用；中国专利“CN102401889A”提出了一种针对电子式电流互感器的在线校验方法，但该方法不适用于电子式电压互感器的校验。

技术实现要素：

针对目前电子式电压互感器校验技术存在的不足，本发明提供了一种适合变电站现场测量的电压传感器，采用平行板电容器作为一次电压传感单元，体积小、重量轻；抗干扰性好、无铁磁谐振、电容器整体对外封闭、内充空气、形成了一种气体电容器。电容器包括高压电容和低压电容两部分，通过检测低压电容中的电压获取一次电压信号。可在线路不断电的情况下，实现对电子式电压互感器准确度的校验，避免了因停电造成的损失和不便，提高了系统的可靠性和经济性。

本发明采取的技术方案为：

一种适合变电站现场测量的电压传感器，包括均压环、一次电压传感单元、采集传输单元、升降平台。所述一次电压传感单元采用平行板电容器构成高压电容和低压电容，内充空气，形成了一种气体电容器；所述高压电容由3个三个极间距为1.5m的气体电容器构成；低压电容由1个极间距为0.04m的气体电容器构成；高压电容和低压电容通过串联分压。

采集传输单元置于低压电容下方，两者通过光纤相连。

采集传输单元由信号处理模块、A/D转换模块、FPGA三部分依次连接而成。

采集传输单元输出的信号可经光纤传输给后续处理终端。

均压环用于连接平行板电容器和一次导线。

升降平台放置于一次电压传感单元和采集传输单元的下方。

所述升降平台安装于小车上。

所述信号处理模块用于对低压电容输出的模拟电压信号进行滤波，消除谐波信号的干扰，使信号变得更加平滑；A/D转换模块用于将模拟的电压信号转换为数字量信号；FPGA实现信号的帧格式处理，使最终输出为基于IEC 61850协议的数字量信号。

所述后续处理终端为合并单元、校验装置或者继电保护设备。

所述平行板电容器包括高、低压电极和绝缘操作杆，高、低压电极为铜电极，绝缘操作杆采用硅橡胶制成。

所述均压环为铜制均压环。

一种电子式电压互感器校验方法，一次电压传感单元采用平行板电容器构成高压电容和低压电容，通过检测低压电容中的电压获取一次电压信号；一次电压传感单元通过控制升降平台接入或退出一次导线，实现了一次电压信号的在线获取。一次电压传感单元输出的电压信号通过光纤传输给采集传输单元，采集传输单元的输出为基于IEC 61850协议的数字量信号，其输出可经光纤传输给后续合并单元、校验装置或者继电保护设备。

一种电子式电压互感器校验方法，一次电压传感单元和采集传输单元于升降平台和小车的上方，在线校验时，通过调节升降平台的高度实现一次电压传感单元接入或退出一次导线，从而获取一次电压信号。

本发明一种适合变电站现场测量的电压传感器，采用气体电容器作为一次传感单元，随着电压等级的提高其体积和重量变化不大，具有体积小、重量轻、原理结构简单、测量精度高等优点，此外，可实现对电子式电压互感器的带电校验，缩短了校验周期，简化了操作步骤，避免了因停电造成的损失，提高了电子式电压互感器在线校验的准确度和可靠性。

附图说明

图1为本发明适合变电站现场测量的电压传感器的整体结构示意图。

图2为本发明均压环示意图。

图3为本发明一次电压传感单元原理图。

图4为本发明采集传输单元模块连接图。

图5为本发明采集传输单元模块等效电路图。

具体实施方式

如图1~图5所示，一种适合变电站现场测量的电压传感器，包括均压环1、一次电压传感单元2、采集传输单元6、升降平台7。

所述一次电压传感单元2采用平行板电容器构成高压电容4和低压电容5，内充空气，形成了一种气体电容器，具有良好的绝缘性，且电压等级提高时其体积和重量变化不大，非常适合现场校验。所述高压电容4由3个三个极间距为1.5m的气体电容器构成；低压电容5由1个极间距为0.04m的气体电容器构成；高压电容4和低压电容5通过串联分压。当高压输电电路为220kV时，在低压电容5中产生的电压信号U₁大约为4V，通过检测低压电容5中的电压信号获取一次电压信号。其结构和原理简单，体积小，重量轻，可实现带电校验，避免了因停电造成的损失，提高了电子式电压互感器的准确度和经济性。

平行板电容器由4个气体电容器C1~C4相串联而成，起到分压作用，当对高压电容4的高压电极施加激励后，会在低压电容5中产生电压信号，其输出经光纤传输给低压侧的采集传输单元6，在采集传输单元6中进行信号处理，然后可经光纤传输给合并单元、校验平台或其他接收装置进行下一步的数据分析处理，提高了数据传输速率和精度。

采集传输单元6置于低压电容5下方，两者通过光纤相连；

采集传输单元6由信号处理模块、A/D转换模块、FPGA三部分依次连接而成；所述信号处理模块用于对低压电容5输出的模拟电压信号进行滤波，消除谐波信号的干扰，使信号变得更加平滑；A/D转换模块用于将模拟的电压信号转换为数字量信号。FPGA实现信号的帧格式处理，使最终输出为基于IEC 61850协议的数字量信号，提高了数据传输速率和准确度。

采集传输单元6输出的信号可经光纤10传输给后续处理终端11。所述后续处理终端11为合并单元、校验装置或者继电保护设备。

均压环1用于连接平行板电容器和一次导线；

升降平台7放置于一次电压传感单元2和采集传输单元6的下方。可根据现场线路高度的不同，通过调节升降平台7的高度实现在线校验，因而适用于对多种电压等级的在线校验。所述升降平台7安装于小车8上。

所述平行板电容器包括高压电极3、低压电极和绝缘操作杆9三部分，高、低压电极为铜电极，具有良好的导电性和耐腐蚀性，绝缘操作杆9采用硅橡胶制成，重量轻且绝缘性能好，保证了电容器整体的抗干扰性。

所述均压环1为铜制均压环，具有良好的导电性，用于连接电容器和一次导线，此外用于改善电容器周围的电场分布，使电场分布更加均匀，防止尖端放电对测试结果的干扰，提高测量的准确度。

一种电子式电压互感器校验方法，一次电压传感单元2采用平行板电容器构成高压电容4和低压电容5，通过检测低压电容5中的电压获取一次电压信号；一次电压传感单元2通过控制升降平台7接入或退出一次导线，实现了一次电压信号的在线获取。一次电压传感单元2输出的电压信号通过光纤传输给采集传输单元6，采集传输单元6的输出为基于IEC 61850协议的数字量信号，其输出可经光纤10传输给后续合并单元、校验装置或者继电保护设备，进行下一步的数据分析处理。

一种电子式电压互感器校验方法，一次电压传感单元2和采集传输单元6于升降平台7和小车8的上方，在线校验时，通过调节升降平台7的高度实现一次电压传感单元2接入或退出一次导线，从而获取一次电压信号。操作方便，可实现对多种电压等级的电子式电压互感器的在线校验。