一种适用于电力电子设备的宽频电压互感器的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种适用于电力电子设备的宽频电压互感器。

背景技术：

诸如换流阀、直流高压断路器等电力电子设备由电力电子器件、均压电容、避雷器等组件构成，在设计过程中，需要对过电压和绝缘配合进行准确计算，各组件的压降越均匀，电力电子设备的可靠性越高。在运行过程中，电气元件本身差异性或运行过程中的损坏都会导致电力电子设备的电位分布发生变化，影响电力电子设备的可靠性，需要监测电力电子设备的暂态电压。

现有的电压互感器一般采用电阻分压器、阻容分压器或电容分压器；1)对于电阻分压器和阻容分压器，由于电阻分压器的电阻较大，阻容分压器的电容较大，接入电力电子设备后会改变电力电子设备的电位分布，并且由实体电阻/电容构成的电阻分压器/阻容分压器的纵向尺寸和体积均较大，易发热，环境适应性差；2)电容分压器由串联的高压臂电容和低压臂电容构成，由于高压臂电容容值较大，一般在几百到几千pf，接入电容分压器会改变电力电子设备本体的电位分布，同时，电容分压器暂态性能交叉，难以实现宽频电压的测量。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中环境适应性差和难以实现宽频电压的测量的不足，本发明提供一种适用于电力电子设备的宽频电压互感器，固定于电力电子设备的屏蔽罩(5)上，其包括贴片底板、测量电极(1)和屏蔽电极(2)；屏蔽电极(2)为环形结构，测量电极(1)位于屏蔽电极(2)内部，所述测量电极(1)和屏蔽电极(2)均固定于贴片底板上，且所述测量电极(1)与屏蔽电极(2)之间不接触，互感器用于基于测量电极(1)和屏蔽电极(2)各自的对地杂散电容实现电力电子设备宽频电压的测量，环境适应性强，且能够实现宽频电压的测量。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种适用于电力电子设备的宽频电压互感器，固定于电力电子设备的屏蔽罩(5)上，其包括贴片底板、测量电极(1)和屏蔽电极(2)；

屏蔽电极(2)为环形结构，测量电极(1)位于屏蔽电极(2)内部，所述测量电极(1)和屏蔽电极(2)均固定于贴片底板上，且所述测量电极(1)与屏蔽电极(2)之间不接触；

互感器用于基于测量电极(1)和屏蔽电极(2)各自的对地杂散电容实现电力电子设备宽频电压的测量。

所述贴片底板包括绝缘底板(3)和金属底板(4)；

所述金属底板(4)的上部与绝缘底板(3)固定，其下部与电力电子设备的屏蔽罩(5)固定。

所述屏蔽电极(2)的厚度大于所述测量电极(1)的厚度；

所述测量电极(1)和屏蔽电极(2)的形状相同，且均为圆形、椭圆形或带倒角的方形。

所述绝缘底板(3)和金属底板(4)的总厚度不大于2cm；

所述绝缘底板(3)和金属底板(4)形状相同，两者均为圆形、椭圆形或带倒角的方形。

还包括测量电容c、消谐电阻r、第一屏蔽引线(7)和第二屏蔽引线(8)；

所述消谐电阻r一端通过第一屏蔽引线(7)连接测量电极(1)，其另一端连接测量电容c的正极，所述测量电容c的负极通过第二屏蔽引线(8)连接屏蔽电极(2)。

还包括信号输出板(6)；

所述测量电容c和消谐电阻r均固定在信号输出板(6)上。

所述测量电极(1)和屏蔽电极(2)采用金属制成。

所述绝缘底板(3)采用环氧树脂；

所述金属底板(4)采用铜或铝。

所述测量电极(1)与绝缘底板(3)之间、所述屏蔽电极(2)与绝缘底板(3)之间、所述绝缘底板(3)与金属底板(4)之间均通过粘合剂或固定件固定；

所述金属底板(4)与屏蔽罩(5)之间通过永磁体吸附或紧固件固定。

所述屏蔽电极(2)的对地杂散电容和测量电极(1)的对地杂散电容各自的容值之间满足：

ca/cb＝cm/cs

其中，ca为屏蔽支路中设置的匹配电容的容值，cb为屏蔽电极(2)的对地杂散电容的容值，cm为测量支路中测量电容的容值，cs为测量电极(1)的对地杂散电容的容值。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的宽频电压互感器包括贴片底板、测量电极(1)和屏蔽电极(2)；屏蔽电极(2)为环形结构，测量电极(1)位于屏蔽电极(2)内部，所述测量电极(1)和屏蔽电极(2)均固定于贴片底板上，且所述测量电极(1)与屏蔽电极(2)之间不接触，互感器用于基于测量电极(1)和屏蔽电极(2)各自的对地杂散电容实现电力电子设备宽频电压的测量，环境适应性强，且能够实现宽频电压的测量；

本发明提供的宽频电压互感器能够对电力电子设备的电位分布和暂态电压进行直接测量，且不会改变电力电子设备的电位分布，为非侵入式，不包含发热元件，对环境温度不敏感，环境适应性强；

本发明提供的宽频电压互感器结构简单，纵向尺寸、体积和重量显著降低，安装方便，能够适用于电力电子设备。

附图说明

图1是本发明实施例中宽频电压互感器结构图；

图2是本发明实施例中宽频电压互感器安装示意图；

图3是本发明实施例中宽频电压互感器原理图；

图中，1-测量电极，2-屏蔽电极，3-绝缘底板，4-金属底板，5-屏蔽罩，6-信号输出板，7-第一屏蔽引线，8-第二屏蔽引线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例提供一种适用于电力电子设备的宽频电压互感器，如图1所示，固定于电力电子设备的屏蔽罩5上，其包括贴片底板、测量电极1和屏蔽电极2；

屏蔽电极2为环形结构，测量电极1位于屏蔽电极2内部，测量电极1和屏蔽电极2均固定于贴片底板上，且测量电极2与屏蔽电极2之间不接触；

互感器用于基于测量电极1和屏蔽电极2各自的对地杂散电容实现电力电子设备宽频电压的测量。

屏蔽电极2用于对测量电极1进行保护，避免电力电子设备周围带电导体对互感器的测量精度造成影响。

如图2所示，贴片底板包括绝缘底板3和金属底板4；

金属底板4的上部与绝缘底板3固定，其下部与电力电子设备的屏蔽罩5固定。

屏蔽电极2的厚度大于所述测量电极1的厚度；

测量电极1和屏蔽电极2的形状相同，且均为圆形、椭圆形或带倒角的方形。

绝缘底板3和金属底板4的总厚度不大于2cm，避免了对电力电子设备组件外部电场分布造成影响。

绝缘底板3和金属底板4形状相同，两者均为圆形、椭圆形或带倒角的方形，且绝缘底板3的面积大于屏蔽电极2的面积。

本发明实施例提供的宽频电压互感器还包括测量电容c、消谐电阻r、第一屏蔽引线7和第二屏蔽引线8；

消谐电阻r一端通过第一屏蔽引线7连接测量电极1，其另一端连接测量电容c的正极，所述测量电容c的负极通过第二屏蔽引线8连接屏蔽电极2。

本发明实施例提供的宽频电压互感器还包括信号输出板6；测量电容c和消谐电阻r均固定在信号输出板6上。

测量电极1和屏蔽电极2采用金属制成。绝缘底板3采用环氧树脂；金属底板4采用铜或铝。

测量电极1与绝缘底板3之间、所述屏蔽电极2与绝缘底板3之间、所述绝缘底板3与金属底板4之间均通过粘合剂或固定件固定；

金属底板4与屏蔽罩5之间通过永磁体吸附或紧固件固定。

本发明实施例中测量电极1对地杂散电容的容值不宜过大，不超过1pf，以直径300mm的圆形测量电极为例，测量电极离地高度大于5米以后，对地杂散电容基本稳定在0.4pf左右，如安装高度与计算距离相距1m时，其引起的变比误差约为0.4％，同时，较小的电容对电力电子设备原有电位分布基本不构成影响。

本发明实施例提供的宽频电压互感器工作原理如图3所示，测量电极1与屏蔽电极2之间的极间电容为cr；测量电极1的对地杂散电容的容值为cs，屏蔽电极2的对地杂散电容的容值为cb，屏蔽支路中设置的匹配电容的容值为ca，假设测量支路中测量电容的容值为cm，测量电极1的对地杂散电容与测量支路中测量电容串联，构成测量支路，屏蔽电极2的对地杂散电容与匹配电容串联，构成屏蔽支路，则屏蔽电极2的对地杂散电容和测量电极1的对地杂散电容各自的容值之间满足ca/cb＝cm/cs。由于屏蔽支路的保护，使得测量电极1的对地杂散电容处于等电位屏蔽保护下，周围带电体与电容分压装置之间的杂散电容仅影响匹配电容的值(由于相邻导体与屏蔽罩之间的电容一般为pf级，而匹配电容一般在nf级，因此匹配电容变换也极小)，而不影响测量电极1的对地杂散电容，从而保证测量电极1的对地杂散电容的稳定性。

通过测量电容的容值cm，即可得到宽频电压互感器的高压侧电压，分压比为：u1为测量电容的电压，u0为宽频电压互感器的高压侧电压。为避免测量电极1的对地杂散电容、测量电容与高压引线形成串联，测量支路增加了消谐电阻，为保持变比不便，消谐电阻分为r1和r2，r2/r1＝cm/cs。

本发明实施例利用测量电极1对地的杂散电容构成宽频电压互感器的高压臂，该对地杂散电容和实体电容串联，能够精确直接的测量电力电子设备的电位分布，由于测量电极1对地的杂散电容极小，故而并不改变电力电子设备的电位分布情况，且具有分压比稳定、暂态响应好等特点。

为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的保护范围之内。