一种交直流电压互感器的制作方法

1.本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种交直流电压互感器。


背景技术：

2.在直流换流站中，变压器和换流阀之间的电压由交流电压和和直流叠加而成。此处直流电压和交流电压的监测对换流站变压器和换流阀状态监测尤为重要。目前该位置处只设置了用于测量交流电压的电容分压式交流电压互感器，直流电压没有进行监测。如果要测量交流电压、直流电压和总电压值，就需要设置直流电压互感器和交流电压互感器等，设备数量多，成本高。
3.另外，现有的一种交直流电压测量方法首先将待测电压降压，然后将低电压通过微电子技术设备转换为数字量，最后通过软件算法计算出直流分量和交流分量。软件需要复杂的计算过程，计算过程耗费时间，影响整体设备的响应时间。
4.因此，如何简单有效的测量出待测电压的直流、交流和总电压值，是一项亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种交直流电压互感器，能够仅使用一个一次设备就可以测量出待测电压的直流、交流和总电压值，有效降低了成本，提高了测量效率。
6.本发明提供了一种交直流电压互感器，包括：高压臂和低压臂，其中，所述低压臂包括：电压限幅支路、总电压取样支路、直流分量取样支路和交流分量取样支路；其中：
7.所述高压臂的高压端与待测电压端相连，所述高压臂的低压端与所述低压臂的高压端相连；
8.所述低压臂的低压端接地；
9.所述电压限幅支路的一端与所述低压臂的高压端相连，所述电压限幅支路的另一端与所述低压臂的低压端相连；
10.所述总电压取样支路的一端与所述低压臂的高压端相连，所述总电压取样支路的另一端与所述低压臂的低压端相连；
11.所述直流分量取样支路的一端与所述低压臂的高压端相连，所述直流分量取样支路的另一端与所述低压臂的低压端相连；
12.所述交流分量取样支路的一端与所述低压臂的高压端相连，所述交流分量取样支路的另一端与所述低压臂的低压端相连。
13.优选地，所述高压臂包括：第一电阻和第一电容；其中：
14.所述第一电阻与所述第一电容并联连接；
15.所述第一电阻的一端与所述待测电压端相连，所述第一电阻的另一端与所述低压臂的高压端相连；
16.所述第一电容的一端与所述待测电压端相连，所述第一电容的另一端与所述低压
臂的高压端相连。
17.优选地，所述高压臂由多个阻容单元串联组成，其中，每个阻容单元由一个电阻和一个电容并联组成。
18.优选地，所述总电压取样支路包括：第二电阻和第三电阻；其中：
19.所述第二电阻的一端与所述高压臂的低压端相连，所述第二电阻的另一端与所述第三电阻的一端相连；
20.所述第三电阻的另一端接地。
21.优选地，所述交流分量取样支路包括：第二电容和第三电容；其中：
22.所述第二电容的一端与所述高压臂的低压端相连，所述第二电容的另一端与所述第三电容的一端相连；
23.所述第三电容的另一端接地。
24.优选地，所述直流分量取样支路包括：第四电阻、第五电阻和第四电容；其中：
25.所述第四电阻的一端与所述高压臂的低压端相连，所述第四电阻的另一端分别与所述第五电阻的一端和所述第四电容的一端相连；
26.所述第五电阻的另一端接地；
27.所述第四电容的另一端接地。
28.优选地，所述直流分量取样支路包括：第六电阻、第一电感和第七电阻；其中：
29.所述第六电阻的一端与所述高压臂的低压端相连，所述第六电阻的另一端与所述第一电感的一端相连；
30.所述第一电感的另一端与所述第七电阻的一端相连，所述第七电阻的另一端接地。
31.优选地，所述低压臂的输出量通过采集器取样并转换为数字量，所述数字量通过光纤传输至合并单元或控保装置。
32.综上所述，本发明公开了一种交直流电压互感器，包括：高压臂和低压臂，其中，低压臂包括：电压限幅支路、总电压取样支路、直流分量取样支路和交流分量取样支路；其中：高压臂的高压端与待测电压端相连，高压臂的低压端与低压臂的高压端相连；低压臂的低压端接地；电压限幅支路的一端与低压臂的高压端相连，电压限幅支路的另一端与低压臂的低压端相连；总电压取样支路的一端与低压臂的高压端相连，总电压取样支路的另一端与低压臂的低压端相连；直流分量取样支路的一端与低压臂的高压端相连，直流分量取样支路的另一端与低压臂的低压端相连；交流分量取样支路的一端与低压臂的高压端相连，交流分量取样支路的另一端与低压臂的低压端相连。本发明通过对低压臂各支路取样电压的测量，可得到待测高电压中的总电压值及其包含的直流电压分量和交流电压分量，能够仅使用一个一次设备就可以测量出待测电压的直流、交流和总电压值，有效降低了成本，提高了测量效率。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本发明公开的一种交直流电压互感器实施例1的结构示意图；
35.图2为本发明公开的一种高压臂的电路示意图；
36.图3为本发明公开的另一种高压臂的电路示意图；
37.图4为本发明公开的一种交直流电压互感器实施例2的结构示意图；
38.图5为本发明公开的另一种总电压取样支路的电路示意图；
39.图6为本发明公开的另一种交流分量取样支路的电路示意图；
40.图7为本发明公开的一种交直流电压互感器实施例3的结构示意图。
具体实施方式
41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
42.如图1所示，为本发明公开的一种交直流电压互感器，包括：高压臂11和低压臂12，其中，低压臂12包括：电压限幅支路121、总电压取样支路122、直流分量取样支路123和交流分量取样支路124；其中：
43.高压臂11的高压端与待测电压端相连，高压臂11的低压端与低压臂12的高压端相连；
44.低压臂12的低压端接地；
45.电压限幅支路121的一端与低压臂12的高压端相连，电压限幅支路121的另一端与低压臂12的低压端相连；
46.总电压取样支路122的一端与低压臂12的高压端相连，总电压取样支路122的另一端与低压臂12的低压端相连；
47.直流分量取样支路123的一端与低压臂12的高压端相连，直流分量取样支路123的另一端与低压臂12的低压端相连；
48.交流分量取样支路124的一端与低压臂12的高压端相连，交流分量取样支路124的另一端与低压臂12的低压端相连。
49.在上述实施例中，交直流电压互感器包括高压臂和低压臂，其中高压臂的高压端接待测电压端，低压端与低压臂的高压端连接，低压臂的低压端接地。高压臂高压端的电压与低压臂的取样电压具有一定的分压比，分压比值取决于高压臂和低压臂的电阻和电容值的选择。总电压取样支路、直流分量取样支路和交流分量取样支路与高压臂具有相同频率响应特性。通过测量低压臂测量支路的取样电压，可得到待测高电压的总电压值及其内部的直流分量和交流分量。其中，分压比可以相同，也可以设计成不相同的分压比。与现有的电压互感器相比，本实施例提供的交直流电压互感器在测量电压非纯直流或纯交流时，低压臂的各支路共用一个高压臂，通过低压臂的不同支路可以分别输出对应的二次电压，进而通过分压比得到待测电压值及其内部的交流分量和直流分量，无需二次设备采集和处理数据，有效降低了成本，提高了测量效率。
50.具体的，如图2所示，高压臂可以由第一电阻r1和第一电容c1并联组成，其中：
51.第一电阻r1的一端与待测电压端相连，第一电阻r1的另一端与低压臂的高压端相连；
52.第一电容c1的一端与待测电压端相连，第一电容c1的另一端与低压臂的高压端相连。
53.具体的，如图3所示，高压臂也可以由电阻与电容并联后组成一个阻容单元，多个阻容单元串联后组成高压臂。如图3所示，电阻r11和电容c11并联组成一个阻容单元，电阻r12和电容c12并联组成一个阻容单元，电阻r13和电容c13并联组成一个阻容单元，电阻r14和电容c14并联组成一个阻容单元，电阻r15和电容c15并联组成一个阻容单元。
54.在高电压测量方面应用时，由于高压臂通常高压端与待测高电压相连，高压臂低压端与地电位的电压差很小，因此高压臂一般由电阻与电容并联后组成一个阻容单元，再由多个阻容单元串联构成。使用多个阻容单元串联组成高压臂的结构，有利于提高绝缘能力，并且设备在雷电冲击电压及操作冲击电压下电压在每个阻容单元的作用下可以均匀电压，降低电压分布不均匀系数，避免电阻超负荷而损坏，该技术方案可以用于高压和特高压领域。
55.如图4所示，为本发明公开的一种交直流电压互感器，包括：高压臂41和低压臂42，其中，低压臂42包括：电压限幅支路421、总电压取样支路422、直流分量取样支路423和交流分量取样支路424；其中：高压臂41包括：第一电阻r1和第一电容c1；总电压取样支路包括422：第二电阻r2和第三电阻r3；交流分量取样支路424包括：第二电容c2和第三电容c3；直流分量取样支路423包括：第四电阻r4、第五电阻r5和第四电容c4；
56.第一电阻r1的一端与待测电压端相连，第一电阻r1的另一端与低压臂的高压端相连；
57.第一电容c1的一端与待测电压端相连，第一电容c1的另一端与低压臂的高压端相连；
58.电压限幅支路421的一端与低压臂的高压端相连，电压限幅支路421的另一端与低压臂的低压端相连；
59.第二电阻r2的一端与高压臂的低压端相连，第二电阻r2的另一端与第三电阻r3的一端相连；
60.第三电阻r3的另一端接地；
61.第二电容c2的一端与高压臂的低压端相连，第二电容c2的另一端与第三电容c3的一端相连；
62.第三电容c3的另一端接地；
63.第四电阻r4的一端与高压臂的低压端相连，第四电阻r4的另一端分别与第五电阻r5的一端和第四电容c4的一端相连；
64.第五电阻r5的另一端接地；
65.第四电容c4的另一端接地。
66.在上述实施例中，在测量总电压时，取样电压为u56，分压比k可取r1：r3。如图4所示，待测电压u为节点1和6之间的电压，其包含交流电压分量uac和直流电压分量udc，u＝uac+udc。为了提高测量的可靠性，可将测量通道分为多路并联结构。如图5所示，r31、r32、r33、r34和r35两端可单独接1套监测仪器。
67.交流电压分量取样支路中隔离电容(第二电容)c2和电压取样电容(第三电容)c3串联，隔离电容c2起到隔离高压臂的直流热电流进入到取样电压电容c3中，交流取样电压为u36。在测量交流电压时，当c1远大小于c2和c3，c2＝c3，交流分压比k1可取c3：c1，则为了提高设备的可靠性，可将测量通道分为多路并联结构。如图6所示，c31、c32、c33、c34和c35两端可单独接1套监测仪器。
68.直流分量取样支路中前端电阻(第四电阻)r4、直流分量取样电阻(第五电阻)r5串联，滤波电容(第四电容)c4与直流分量取样电阻r5并联，滤波电容c4起到去除本支路中交流分量部分,滤波电容c4要根据u中的交流分量的频率选择合适的电容值，尽可能选大。电容c4大优点一是可以很好去除交流分量，二是可以有效降低交流分量的峰值。直流分量取样电压为u46。在测量直流电压时，取r1远大于r2、r3、r4和r5，r2和r3远大于r4和r5，r2＝r3，r4＝r5，且保证则直流分量测量的分压比k2可取r1：r3，
69.如图7所示，为本发明公开的一种交直流电压互感器，包括：高压臂71和低压臂72，其中，低压臂72包括：电压限幅支路721、总电压取样支路722、直流分量取样支路723和交流分量取样支路724；其中：高压臂71包括：第一电阻r1和第一电容c1；总电压取样支路包括722：第二电阻r2和第三电阻r3；交流分量取样支路724包括：第二电容c2和第三电容c3；直流分量取样支路723包括：第六电阻r6、第一电感l1和第七电阻r7；
70.第一电阻r1的一端与待测电压端相连，第一电阻r1的另一端与低压臂的高压端相连；
71.第一电容c1的一端与待测电压端相连，第一电容c1的另一端与低压臂的高压端相连；
72.电压限幅支路721的一端与低压臂的高压端相连，电压限幅支路721的另一端与低压臂的低压端相连；
73.第二电阻r2的一端与高压臂的低压端相连，第二电阻r2的另一端与第三电阻r3的一端相连；
74.第三电阻r3的另一端接地；
75.第二电容c2的一端与高压臂的低压端相连，第二电容c2的另一端与第三电容c3的一端相连；
76.第三电容c3的另一端接地；
77.第六电阻r6的一端与高压臂的低压端相连，第六电阻r6的另一端与第一电感l1的一端相连；
78.第一电感l1的另一端与第七电阻r7的一端相连，第七电阻r7的另一端接地。
79.在上述实施例中，在测量总电压时，取样电压为u56，分压比k可取r1：r3。如图4所示，待测电压u为节点1和6之间的电压，其包含交流电压分量uac和直流电压分量udc，u＝uac+udc。为了提高测量的可靠性，可将测量通道分为多路并联结构。如图5所示，r31、r32、r33、r34和r35两端可单独接1套监测仪器。
80.交流电压分量取样支路中隔离电容(第二电容)c2和电压取样电容(第三电容)c3串联，隔离电容c2起到隔离高压臂的直流热电流进入到取样电压电容c3中，交流取样电压为u36。在测量交流电压时，当c1远大小于c2和c3，c2＝c3，交流分压比k1可取c3：c1，则为了提高设备的可靠性，可将测量通道分为多路并联结构。如图6所示，c31、c32、c33、c34和c35两端可单独接1套监测仪器。
81.直流分量取样支路中前端电阻(第六电阻)r6、隔离电感(第一电感)l1和直流分量取样电阻(第七电阻)r7串联，隔离电感l1起到隔离高压臂的交流热电流进入到取样电阻r7中，隔离电感l1要根据u中的交流分量的频率选择合适的电感值，才能很好的起到隔离交流的作用。直流分量取样电压为u46。在测量直流电压时，当r1远大于r2、r3、r6和r7，r2和r3远大于r6和r7，r2和r3相等，r6和r7相等，直流分压比近似为r1/r3，udc≈u46
×
(r1/r3)，且保证r1
×
c1≈(r2+r3)
×
(c2
×
c3)/(c2+c3)。
82.需要说明的是，本发明提供的交直流电压互感器中的低压臂的输出量，还可以通过采集器取样并转换为数字量，数字量通过光纤传输至合并单元或控保装置。
83.综上所述，本发明可以直接对待测电压总电压值及其所包含的直流电压分量和交流电压分量对应的模拟电压信号监测，简单易试验，并且不需要二次设备采集和处理数据。另外，高压臂为阻容分压结构，其中的电容可以在雷电冲击电压及操作冲击电压下进行均匀电压，将电压均匀地分布到高压臂的电阻上，避免电阻超负荷而损坏，该技术方案可以用于高压和特高压领域。
84.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
85.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
86.结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
87.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。