一种高电压测量装置及测量方法

1.本发明涉及高压输电技术领域，特别地涉及一种高电压测量装置及测量方法。


背景技术：

2.高电压测量技术是特高压输电线路运行过程中重要技术。目前高电压的测量方式常有如下几种：
3.(1)球隙测压器测量方式
4.球隙测压器即是放电电压表，放电电压表由较低放电电压外推至额定电压，从而测出被测电压。
5.球隙测压器由一对直径相同的金属球构成。它的工作原理基于一定直径的球隙在一定极间距离时的放电(击穿)电压为一确定数值。
6.(2)静电电压表测量方式
7.在两个特制卷边的平行电极间加上电压u，电极间就会受到静电力f的作用，而且f的大小与u的数值间有固定的关系，因而设法测量f的大小或它所引起的可动极板的位移或偏转，就能确定所加电压u的大小。
8.(3)高压分压器测量
9.在被测电压很高时，采用高压分压器分出一小部分电压，然后利用静电电压表、峰值电压表、高压脉冲示波器等测量仪器进行测量。高压分压器可分为电阻分压器、电容分压器和阻容分压器三种类型。
10.在现有的高电压测量方式中，除常用到非常笨重、体积庞大的互感器及附属设备外，由于测量环节多，测量机构复杂，或非静止测量机构，因此均存在很大的测量误差，测量机构性能并不稳定，安全隐患多。而且，现有的高电压测量装置使用条件苛刻，基本上都是安装式测量，无法进行便携式测量，一般无法用于室外测量，根本无法测量特高压。另外，在现有的高电压测量中，其测量装置常用到sf6电介质，这不仅增加爆炸风险，而且不环保。


技术实现要素：

11.有鉴于此，本发明提出一种高电压测量装置及测量方法，该测量装置结构简单，测量结果准确。
12.本发明第一方面提供一种高电压测量装置，该装置包括平行板电容器、电场强度传感器及处理器；所述平行板电容器包括两个平行设置的金属极板，所述平行板电容器的两个平行金属极板之间形成有内电场，所述平行板电容器的两个平行金属极板用于连接被测高电压；所述平行板电容器的两个平行金属极板之间设置有所述电场强度传感器，所述电场强度传感器用于采集所述平行板电容器的两个平行金属极板之间的电场强度，并输出低电压；所述处理器连接所述电场强度传感器，用于接收所述电场强度传感器输出的低电压，并根据低电压以及平行板电容器的两个平行金属极板之间的间距，计算平行板电容器的两个平行金属极板之间的高电压，从而测出被测高电压的数值。
13.进一步的，所述平行板电容器还包括两个输入电极，所述输入电极用于连接被测高电压。
14.进一步的，两个平行金属极板之间具有电介质。
15.进一步的，还包括金属屏蔽外壳，所述平行板电容器设于所述金属屏蔽外壳内。
16.进一步的，所述平行板电容器的外周侧设有电气绝缘层。
17.进一步的，还包括两个输出电极，两个所述输出电极用于连接处理器及外部电压测量仪或电压显示器，而所述外部电压测量仪或电压显示器是通用的电压测量产品或设备。
18.进一步的，还包括接地极板，所述接地极板连接所述金属屏蔽外壳的两端。
19.本发明第二方面提供一种高电压测量方法，该方法基于如上所述的高电压测量装置实现的，该方法包括以下步骤：电场强度传感器测量平行板电容器的两个平行金属极板之间的电场强度，并输出低电压；所述处理器连接所述电场强度传感器，用于接收所述电场强度传感器输出的低电压，并根据低电压以及平行板电容器的两个平行金属极板之间的间距，计算平行板电容器的两个平行金属极板之间的高电压，从而测出被测高电压的数值。
20.上述的高电压测量装置的内阻抗特别大且内部电场强度高，在接入电路后不会改变被测高电压的数值，不易受外界电磁场干扰，测量结果准确可靠；测量环节少，整个测量装置简单，从根本保证了测量过程简便，整个测量装置的系统误差小。
附图说明
21.为了说明而非限制的目的，现在将根据本发明的优选实施例、特别是参考附图来描述本发明，其中：
22.图1是本发明一实施例提供的高电压测量装置的结构示意图；
23.图2是本发明另一实施例提供的高电压测量方法的流程图。
具体实施方式
24.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
25.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，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。
26.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
27.图1是本发明一实施例提出的一种高电压测量装置的结构示意图。请参阅图1，该高电压测量装置包括平行板电容器、电场强度传感器6及处理器(未在图中画出)，平行板电容器包括两个平行设置的金属极板8，平行板电容器的两个平行金属极板8之间形成有内电场，平行板电容器的两个平行金属极板8用于连接被测高电压，平行板电容器的两个平行金属极板8之间设置有电场强度传感器6，电场强度传感器6用于采集平行板电容器的两个平
行金属极板8之间的电场强度e，并输出低电压u2；处理器(图中未画出)连接所述电场强度传感器6，用于接收所述电场强度传感器6输出的低电压u2，根据低电压u2以及平行板电容器的两个平行金属极板之间的间距d，计算平行板电容器的两个平行金属极板6之间的高电压u1，从而测出被测高电压的数值；处理器可以对其中的测量误差进行调整或校准，并对测量单位进行换算，从而实现测量结果的直读；处理器还可以实现对内数据存储、对外通信输出。
28.在本实施例中，平行板电容器还包括一对输入电极1，一对输入电极1连接于一对平行金属极板8上，用于接入被测高电压。
29.两个平行金属极板8之间具有电介质7，该电介质7实现超高压(ehv)和特高压(uhv)的安全、环保测量。在一些实施例中，该电介质7可采用全氟异丁腈，能够实现超高压(ehv)和特高压(uhv)的安全、环保测量。
30.本实施例采用全氟异丁腈作为测量装置的电介质，可以测量超高压(ehv)和特高压(uhv)中的高电压，从而进一步减小整个测量装置的体积，使整个测量装置更加紧凑。全氟异丁腈作为绝缘介质，可实现六氟化硫的环保替代，降低了我国六氟化硫气体的使用量和排放量，对节能减排、降低温室效应、建设绿色电网具有十分重要的社会效益和经济效益。
31.在一些实施例中，该装置还包括金属屏蔽外壳2，平行板电容器设于金属屏蔽外壳2内，该金属屏蔽外壳2能够隔离屏蔽内外电场的相互影响，防止高压源及高压引线对低压测量设备及测量人员的影响。优选的，金属屏蔽外壳2采用金属铜，最大限度地隔离屏蔽内外电场的相互影响，十分有效地防止高压源及高压引线对低压测量设备及测量人员的影响。
32.在一些实施例中，平行板电容器的外周侧设有电气绝缘层4，该电气绝缘层4使得平行板电容器的电气绝缘性能良好。该电气绝缘层4采用相应电压等级的电气绝缘材料，有效防止高电压影响测量人员和测量装置的安全，同时密封两个金属极板8之间的电介质7。
33.在本实施例中，该装置还包括两个输出电极3，两个输出电极3用于连接处理器及外部电压测量仪或电压显示器，而外部电压测量仪或电压显示器是通用的电压测量产品或设备，通过处理器后由低电压测量仪或电压显示器输出指示或显示的被测量的高电压值。
34.本实施例采用全包围电气绝缘结构的电气绝缘层4和全封闭电场屏蔽结构的金属屏蔽外壳2，使得测量装置结构紧凑，测量过程安全可靠。
35.在一些实施例中，该装置还包括接地极板5，接地极板5连接金属屏蔽外壳2的两端，接地极板5和金属屏蔽外壳2一起隔绝内外电场的相互影响，保证被测量电场的独立。优选的，接地极板5采用大尺寸铜板，通过铜板连接金属屏蔽外壳2，进一步隔绝内外电场的相互影响。
36.金属屏蔽外壳2采用两最远端接地，有效降低感应暂态电压；有效降低被测高压电场对外界影响；基本消除交流磁场对核心测量机构的影响。
37.在一些实施例中，输入电极1用于连接被测高电压源的连接线从接地极板5的后侧引入，进一步防止高压源及高压引线对测量装置安全、测量结果及测量人员人身安全、射频辐射的影响。
38.在一些实施例中，电场强度传感器6采用基于mems技术的微结构电场传感器芯片，
以采集平行板电容器的两个平行金属极板8之间的电场强度e。基于mems技术的微结构电场传感器芯片只有微米量级，典型尺寸为33平方毫米，整个测量装置体积小、重量轻、功耗小、成本低、可靠性高，具有传统传感器无法比拟的优点。
39.由于电场看不见，摸不着，尽管电场探测长期以来受到人们的关注，但是电场探测仪器设备的发展相对缓慢。传统电场探测仪体积大、结构复杂、价格昂贵，工作时空间分辨率低、使用不便、故障率较高。
40.本实施例利用平行板电容器的两个平行金属极板8之间的电场强度e分布均匀，而且其间电场强度e与其两个金属极板8之间的高电压u1成线性正比关系的特点，即u1＝de，其中d是两个金属极板的间距；同时，利用电场强度传感器6在两个输出电极3之间输出的低电压u2，即可测量出被高电压的数值。该高电压测量装置的内阻极大，几乎不耗能，测量准确度非常高。
41.在本实施例中，处理器(未在图中标出)根据低电压u2以及平行板电容器的两个平行金属极板之间的间距d，计算平行板电容器的两个平行金属极板8之间的高电压u1，从而测出被测高电压的数值。其中，被测高电压u1与低电压u2之间的关系表达式为：
[0042][0043]
因此，得到低电压u2后可测量出平行板电容器的两个平行金属极板8的高电压u1，其中只需将低电压u2乘以一个比例系数d/k，即可得到被测高电压的数值。而且，处理器可以通过调整比例系数d/k的大小，对其中的测量误差进行调整或校准，并对测量单位进行换算，从而实现测量结果的直读；处理器还可以实现对内数据存储、对处通信输出。通过处理器后由低电压测量仪或电压显示器输出指示或显示的被测量的高电压值。
[0044]
上述的高电压测量装置的内阻抗特别大且内部电场强度高，在接入电路后不会改变被测高电压的数值，不易受外界电磁场干扰，测量结果准确可靠；测量环节少，整个测量装置简单，从根本保证了测量过程简便，整个测量装置的系统误差小。
[0045]
上述的高电压测量装置为静止式测量装置，保证了测量的系统误差稳定且可调可控、可补偿可消除；保证了测量装置的性能稳定。
[0046]
上述的高电压测量装置的测量方式灵活，高电压与低电压测量均可；交流电压与直流电压测量均可；安装式与便携式测量均可；室内与室外测量均可。
[0047]
图2是本发明另一实施例提供的高电压测量方法的流程图。该高电压测量方法是基于如上所述的高电压测量装置实现。
[0048]
请参阅图2，该高电压测量方法包括以下三个步骤：
[0049]
s100，电场强度传感器测量平行板电容器的两个平行金属极板之间的电场强度e，并输出低电压u2。
[0050]
s200，处理器接收输出电极输出的低电压u2，并进行误差调整、单位换算、存储及输出等数字加工处理。
[0051]
s300，外部电压输出设备指示或显示高电压测量数值u1。
[0052]
上述的高电压测量方法，不易受外界电磁场干扰，测量结果准确可靠，测量环节少，测量过程简便，测量误差小。
[0053]
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明
白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。