一种基于GIS盆式绝缘子分布电容的母线电压测量装置的制作方法

本实用新型属于电力系统技术领域，具体涉及一种基于GIS盆式绝缘子分布电容的母线电压测量装置。

背景技术：

随着时代与经济的飞速发展，建设GIS(Gas Insulated Substation，气体绝缘变电站)变电站已成为我国发展计划中不可或缺的一项工程。与以往的开放式配电系统不同，GIS变电站具有可靠性高、运行方便、占地少、内部元件干扰少、维修时间长、安装方便、经济成本小、不受电磁影响等优点，因此，GIS在110kV及以上的电网中获得广泛应用。鉴于GIS变电站在电力系统中的重要性，实时地监测电力设备的状态、以确保其安全可靠地运行也显得尤为重要，其中准确地监测GIS的运行电压便是确保其安全运行的基础。

GIS电压监测装置为电压互感器，包括以电容分压式和电磁式为代表的传统电压互感器，以及以电子式互感器和光学电压互感器为代表的新一代电压互感器，这两类电压互感器均存在易渗油、造价昂贵、安装与检修需要停电、体大笨重、测量不灵活、损耗大、绝缘要求高等缺陷。此外，传统的电容分压式和电磁式电压互感器在GIS回路中容易导致铁磁谐振，而铁磁谐振过电压可能致使绝缘击穿损坏，且暂态过电压也可能造成铁芯饱和，进而导致测量线性度低、静态和动态准确范围小、瞬态误差特性不理想等问题，甚至会致使互感器发热烧毁，这些故障的发生会给电力系统造成不必要的损失。新一代的光学电压互感器也存在传输损耗高、受环境温度影响大与分压比偏移等问题；同样，电子式电压互感器存在抗温度与电磁干扰能力差、测量暂态电压误差高等问题。

上述GIS电压检测装置存在的各种缺陷，已成为GIS变电站发展应用中的瓶颈，丞待研发一种抗干扰性强、测量精度高的GIS电压检测装置，实现对GIS高压输电线路运行状态的实时监测。

技术实现要素：

本实用新型的目的旨在针对目前已有GIS电压监测装置存在的抗干扰性差、易受外界影响、测量误差大等技术问题，提供一种基于GIS盆式绝缘子分布电容的母线电压测量装置，该装置能够灵活、方便、安全、准确地获取高压输电线路运行时的电压波形，进而实时监测高压输电线路的运行状态，可克服现有电压互感器造价昂贵、安装与检修需要停电、测量不灵活、绝缘要求高等缺陷。

为了达到上述目的，本实用新型采取的技术方案是：一种基于GIS盆式绝缘子分布电容的母线电压测量装置，以GIS盆式绝缘子分布电容为高压臂，以与GIS盆式绝缘子连接的分压器为低压臂，测量GIS内导杆与GIS外壳之间的电压，并经同轴电缆传输至显示单元。本实用新型中GIS盆式绝缘子分布电容是指由GIS高压电极与感应平板间产生的电容。

上述基于GIS盆式绝缘子分布电容的母线电压测量装置，所述分压器包括分压器外壳、安装于分压器外壳底部、与同轴电缆连接的BNC接头、与BNC接头连接的匹配电阻与匹配电阻连接的香蕉头连接件、安装于分压器外壳顶部的顶盖、与GIS盆式绝缘子外表面贴合的盆式绝缘子接触电极以及穿过顶盖与盆式绝缘子接触电极连接的T型导电压紧件；所述分压器外壳底部中心位置分别设计有筒体状向内和向外凸起的第一凸台和第二凸台，所述第一凸台与T型导电压紧件将设置于两者之间的低压臂阻容元件压紧，所述BNC接头固连于第二凸台环形端面上，所述香蕉头连接件安装于第一凸台筒体型腔内、并穿过低压臂阻容元件伸入T型导电压紧件中部空腔内，香蕉头连接件鼓起部位与T型导电压紧件中部空腔内壁贴合。

上述基于GIS盆式绝缘子分布电容的母线电压测量装置，为了与BNC接头和香蕉头连接件结构匹配，所述第一凸台与第二凸台形成阶梯结构，第二凸台内径大于第一凸台的内径，第二凸台的外径大于第一凸台的外径。

上述基于GIS盆式绝缘子分布电容的母线电压测量装置，所述顶盖上设置有两根以上弹簧杆，每个弹簧杆顶端设计有与GIS外壳的螺杆连接的挂钩，通过挂钩将分压器固定于GIS外壳上，同时这样可以实现分压器外壳与GIS外壳等电位连接，从而屏蔽GIS变电站其它带电设备产生的干扰电场，确保测量电压信号的准确性。弹簧杆可以伸缩至合适长度以使分压器可以满足不同类型GIS需求。

上述基于GIS盆式绝缘子分布电容的母线电压测量装置，为了拆装方便，所述压紧件与盆式绝缘子接触电极之间为螺纹连接。

上述基于GIS盆式绝缘子分布电容的母线电压测量装置，所述顶盖与压紧件之间设置有T型分压器绝缘子，T型分压器绝缘子端部从顶盖中心位置穿出，将分压器压紧件与顶盖分离开，起到对分压器测量得到的信号与分压器外壳绝缘的作用。

上述基于GIS盆式绝缘子分布电容的母线电压测量装置，为了拆装方便，并使压紧件与分压器绝缘子之间良好接触，所述分压器绝缘子与压紧件之间为螺纹连接。本实用新型采用尼龙、聚四氟乙烯等绝缘材料作为分压器绝缘子。

上述基于GIS盆式绝缘子分布电容的母线电压测量装置，所述低压臂阻容元件用于为分压器作为低压臂提供相应的低压臂电阻、电容值，同时可以减小杂散电感的影响，低压臂阻容元件呈环形圆盘结构，为具有阻容性能的贴片元件(例如外购的贴片电阻、贴片电容元件等)组成的PCB板或电解质薄膜(例如外购的PET聚酯薄膜)，此处不作限定，其提供的电阻、电容值可以根据GIS盆式绝缘子分布电容进行设计。

上述基于GIS盆式绝缘子分布电容的母线电压测量装置，所述同轴电缆间设置有具有滤波、放大功能的运算放大电路或单片机，分压器与运算放大电路或单片机通过同轴电缆连接；它们用于对分压器测量得到的电压信号进行滤波、电压跟随及放大等，以保证电压测量的准确性。

上述基于GIS盆式绝缘子分布电容的母线电压测量装置，本实用新型采用的显示单元为示波器。

本实用新型提供的基于GIS盆式绝缘子分布电容的母线电压测量装置具有以下有益效果：

(1)该装置以GIS盆式绝缘子分布电容为高压臂，以与GIS盆式绝缘子连接的分压器为低压臂，利用电容分压的原理对GIS内导杆与GIS外壳之间的电压进行测量，可以实现对GIS运行电压的实时监测；

(2)该装置分压器外壳与GIS外壳等电位连接，可以有效屏蔽变电站其他带电设备产生的干扰电场，保证测量的准确度；

(3)该装置分压器与GIS盆式绝缘子连接，不与GIS高压部分直接接触，不存在绝缘问题，安全可靠性强，因此在装置的安装、测量、检修过程中不影响系统安全运行；

(4)该装置安装在GIS盆式绝缘子处，利用运算放大电路对测量的电压信号进行滤波、电压跟随、电压放大等信号处理，进一步提高测量精度和可靠性；

(5)该装置仅通过安装在GIS盆式绝缘子处的分压器便可实现对GIS运行电压的实时监测，不仅具有结构简单、操作方便等特点，而且整体体积小、成本低，电压监测位置可以根据实际需求随意改变，使用过程方便灵活，适用性强，适于在本领域内推广使用。

附图说明

图1是本实用新型基于GIS盆式绝缘子分布电容的母线电压测量装置整体结构示意图；

图2是本实用新型基于GIS盆式绝缘子分布电容的母线电压测量装置的分压器结构示意图。

附图标记说明：1、分压器；2、分压器外壳；3、BNC接头；4、匹配电阻；5、香蕉头连接件；6、分压器绝缘子；7、低压臂阻容元件；8、T型导电压紧件；9、顶盖；10、弹簧杆；11、挂钩；12、盆式绝缘子接触电极；13、GIS盆式绝缘子；14、GIS内导杆；15、GIS外壳；16、同轴电缆；17、运算放大电路。

具体实施方式

实施例

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明。

如图1所示，本实施例提供的基于GIS盆式绝缘子分布电容的母线电压测量装置，包括分压器1、同轴电缆16、运算放大电路17。同轴电缆16分为两段，第一段连接于分压器1和运算放大电路17之间，第二段连接于运算放大电路17与作为显示单元的示波器之间。

如图2所示，分压器1主要由分压器外壳2、BNC接头3、匹配电阻4、香蕉头连接件5、分压器绝缘子6、低压臂阻容元件7、导电压紧件8、顶盖9、盆式绝缘子接触电极12和挂钩组件构成。

如图2所示，分压器外壳2为上方开口的矩形盒状结构，采用不锈钢制成。分压器外壳2的底部中心位置分别设计有筒体状向内和向外凸起的第一凸台和第二凸台，第一凸台和第二凸台整体呈柱形。第一凸台和第二凸台的轴线重合，两者形成阶梯结构，第二凸台的内径和外径分别大于第一凸台的内径和外径；第一凸台和第二凸台的内径可以根据所选择的BNC接头3和香蕉头连接件5外径进行设计。第一凸台顶端为环形圆盘结构，用于与导电压紧件8配合压接低压臂阻容元件7。顶盖9的中心处具有圆孔。顶盖9与分压器外壳2上端面固定连接。需要说明的是，分压器外壳2的形状没有特殊的限制，也可以为圆柱状等本领域常用的形状结构。

如图2所示，香蕉头连接件5为标准连接件件，材料一般为黄铜或铝其具有一弹性鼓起部位，该鼓起部位可以为与之接触的元件形成非常大的接触面积。

如图2所示，所述分压器绝缘子6为T型筒体结构，其下部为环形端面，上部为圆柱体外径与顶盖9中心位置安装孔内径相匹配，且上部圆柱体腔体内表面设计有内螺纹。分压器绝缘子6采用尼龙、聚四氟乙烯等绝缘材料制作而成。

如图2所示，低压臂阻容元件7呈环形圆盘结构，为贴片元件组成的阻容PCB板或电解质薄膜，可以采用外购的阻容PCB板或电解质薄膜。

如图2所示，导电压紧件8呈T型结构，其下部为环形端面，上部中心部位为盲孔型腔体，其外表面为由台阶式的第一柱面和第二柱面组成，第一柱面设计有与盆式绝缘子接触电极12螺孔内螺纹匹配的外螺纹，第二柱面设计有与分压器绝缘子6内螺纹匹配的外螺纹。本实施例采用压紧螺丝作为导电压紧件8。

如图2所示，挂钩组件由两根金属弹簧杆10以及设置于弹簧杆顶端的金属挂钩11组成。

如图2所示，盆式绝缘子接触电极12为弧形金属板，其弯曲弧度与GIS盆式绝缘子13相同，宽度略小于GIS盆式绝缘子13的宽度，可以紧密贴合于GIS盆式绝缘子13外表面。

基于GIS盆式绝缘子分布电容的母线电压测量装置各部件与GIS的组装方式为：将低压臂阻容元件7、压紧螺丝、分压器绝缘子6和顶盖9依次置于分压器外壳第一凸台端面上，通过分压器绝缘子6上部内表面内螺纹与压紧螺丝第二柱面外螺纹配合将分压器绝缘子套接于压紧螺丝上，且分压器绝缘子6下部环形圆盘压接于压紧螺丝下部环形圆盘与顶盖9之间，顶盖与分压器外壳开口端面紧密贴合后经螺丝固定；从顶盖中心安装孔穿出的压紧螺丝，通过第二柱面外螺纹与盆式绝缘子接触电极12螺孔配合将压紧螺丝与盆式绝缘子接触电极12固连；安装有挂钩11的两弹簧杆10自由端通过预制管固定于顶盖9上；BNC接头3为标准件，通过螺丝固定于第二凸台环形端面上，BNC接头插针一端与匹配电阻4连接，匹配电阻4另一端与香蕉头连接件5下端面连接，香蕉头连接件5经第二凸台腔体、第一凸台腔体、低压臂阻容元件7穿入压紧螺丝空腔内，使香蕉头连接件位于第一凸台腔体和压紧螺钉中部空腔的轴线上，其鼓起部位与压紧螺丝中部空腔内壁贴合，其余部位不与低压臂阻容元件、第一凸台腔体内壁接触；BNC接头插针另一端与同轴电缆内层导体连接，BNC接头插壳与同轴电缆外层导体连接，同轴电缆16另一端接入运算放大电路的输入端正极，运算放大电路输出端经同轴电缆接入示波器；最后挂钩固定于GIS外壳15的螺杆上，并使盆式绝缘子接触电极12与GIS盆式绝缘子外表面紧密贴合，便完成了电压测量装置分压器与GIS的组装。

上述绝缘子6位于压紧螺丝和顶盖9之间，起到将分压器1的测量信号与装置外壳绝缘的作用。

上述匹配电阻4为50Ω匹配电阻，用于保证与BNC接头连接的同轴电缆阻抗匹配，消除电压信号折返射带来的误差。

上述分压器1通过弹簧杆10与挂钩11固定于GIS外壳15螺杆上，弹簧杆10可以伸缩至合适长度，将分压器1固定在GIS外壳15上，同时实现分压器外壳2与GIS外壳15等电位连接。使用弹簧杆10与挂钩11的方式，可以根据实际需求随意改变电压监测位置，使用过程方便灵活。

上述运算放大电路可以采用本领域的常规运算放大电路，其输入端正极和输出端与同轴电缆线芯连接，输入端负极与连接输入端正极的同轴电缆的外屏蔽层连接。此外，该运算放大电路可以由单片机(例如MCS51)连接，与分压器连接的同轴电缆与单片机的信号输入端连接，单片机的信号输出端经同轴电缆与示波器信号输入端连接。

本装置以高压电极(本实施例中为GIS内导杆14)与感应平板(本实施例为盆式绝缘子接触电极12)间产生的电容为GIS盆式绝缘子分布电容，然后以GIS盆式绝缘子分布电容作为该测量装置高压臂，以本装置中的分压器1为该测量装置低压臂，测量GIS内导杆14与GIS外壳15之间的电压，测量到的电压信号通过同轴电缆16传输至运算放大电路17，经滤波、电压跟随以及电压放大后输出至示波器进行显示，达到灵活、准确的GIS高压侧电压测量的效果。

采用本实用新型能够通过简单的母线电压测量装置获得GIS内导杆与外壳间的电压信号(包括工频电压和暂态电压)，达到实时监测GIS的运行状态的目的。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。