一种宽频带GIS电子式电压互感器装置及测量方法与流程

本发明涉及电力测量领域，更具体地，涉及一种宽频带gis电子式电压互感器装置及测量方法。

背景技术：

传统电压互感器二次输出的100v或的电压信号不能直接和微机相连，难以适应电力系统自动化、数字化和智能化的发展趋势。电子式电压互感器采用新型的传感技术，具备尺寸小、频带宽、数字化输出等优势，被智能变电站广泛采用。目前用于gis变电站的电子式电压互感器分为两种类型，一类是光学电压互感器，一类是同轴电容式分压器。

光学电压互感器的测量原理基于pockels效应原理或逆压电效应原理。pockels效应原理：晶体在电场作用下产生双折射效应，晶体折射率随外加电压呈线性变化的现象称为线性电光效应。逆压电效应原理：电场变化导致材料内部应力变化，导致宏观上的伸缩。目前工程化产品均为pockels效应原理，当光源发生的光波经起偏器变为偏振光，偏振光受到电场作用后发生偏转，测量偏转角可以得出一次电压。但其缺点在于信噪比低、环境适应性差且工作稳定性差。

同轴电容式分压器是高压导体封装于圆筒内，采用同轴式电容分压结构。通过电容分压，转化为低压模拟输出信号经屏蔽电缆输出至电压采集单元，经调理、数字采样、组帧后经光纤传输至合并单元，为保护、计量、测控装置提供电压信号。其缺点在于电极尺寸大、通常需要二次分压且存在滞留电荷引起的暂态问题。

技术实现要素：

为了解决背景技术存在的同轴电容式分压器电极尺寸大、通常需要二次分压且存在滞留电荷引起的暂态问题等问题，本发明提供了一种宽频带gis电子式电压互感器装置及测量方法，所述装置及方法通过设置在gis手孔内的手孔式电极以及调理电路，改变电压信号传递关系，实现电极小型化、变压比易调节等技术效果；所述一种宽频带gis电子式电压互感器装置包括：

内置测量电极模块、调理模块、采样模块以及控制模块；

所述内置测量电极模块包括测量电极，测量电极设置于gis手孔内，测量电极与gis导杆构成第一电容，测量电极与gis外壳构成第二电容；测量电极经导线穿过gis外壳与所述调理模块的宽频带放大器的正向输入端相连；所述测量电极与所述调理模块的宽频带放大器的负向输入端相连；

所述调理模块包括调理电阻、调理电容以及宽频带放大器；所述调理电阻与所述调理电容并联在所述宽频带放大器的负向输入端与输出端之间；所述宽频带放大器具有高输入阻抗、低输出阻抗以及低输出失调电压；

所述采样模块的输入端与所述调理模块的宽频带放大器的输出端相连；所述采样模块用于对所述调理模块的输出电压进行模拟采样以及模数转换，获得数字的输出电压；

所述控制模块的输入端与所述采样模块的输出端相连，用于根据预设规则进行数据处理以及数据发送；所述控制模块用于根据预设的分压比以及数字的输出电压计算获得gis一次电压值。

进一步的，所述电压互感器装置的分压比为：

其中，c1为第一电容，c2为第二电容，rf为调理电阻，cf为调理电容，s为拉普拉斯算子。

进一步的，所述第二电容远大于所述第一电容，所述调理电阻、调理电容和频率的乘积远大于1，则所述分压比为

所述电压互感器的分压比通过调节第一电容与调理电容的比值获得。

进一步的，设置所述调理电容大于所述第二电容，以减少输出零漂。

进一步的，所述控制模块还包括同步接口以及调试接口；所述同步接口用于接收智能变电站的时钟信号；所述调试接口用于接收调试信号。

进一步的，所述装置还包括电源模块，所述电源模块用于接入智能变电站的电源，并根据预设需求进行电源变压转换，为所述装置提供电能。

所述一种应用上述装置测量gis一次电压的方法，所述方法包括：

通过内置测量电极模块采集gis一次电压；

通过调理模块对所述gis一次电压进行调理，获得输出电压；

对所述输出电压进行模数转换，获得数字的输出电压；

根据预设的分压比以及获得的数字的输出电压，计算获得gis一次电压值。

进一步的，所述电压互感器装置的分压比为：

其中，c1为第一电容，c2为第二电容，rf为调理电阻，cf为调理电容，s为拉普拉斯算子。

进一步的，所述第二电容远大于所述第一电容，所述调理电阻、调理电容和频率的乘积远大于1，则所述分压比为

所述电压互感器的分压比通过调节第一电容与调理电容的比值获得。

进一步的，设置所述调理电容大于所述第二电容，以减少输出零漂。

本发明的有益效果为：本发明的技术方案，给出了一种宽频带gis电子式电压互感器装置及测量方法，所述装置及方法通过设置在gis手孔内的手孔式电极，实现电极小型化，通过设置调理电路，改变电压信号传递关系，使得变压比调节方便；同时通过调理电路的预先设置，拓展了测量带宽并改善了暂态特性、减少了输出零漂；所述装置及方法在测量gis一次电压时无需进行二次分压，通过选择大输入阻抗的运放，提高了时间常数，解决了滞留电荷引起的暂态问题。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本发明具体实施方式的一种宽频带gis电子式电压互感器装置的结构图；

图2为本发明具体实施方式的内置测量电极模块的示意图；

图3为本发明具体实施方式的由高输入阻抗放大器以及低输出阻抗的放大器串联组成宽频带放大器的测量原理图；

图4为本发明具体实施方式的一种应用宽频带gis电子式电压互感器装置测量gis一次电压的方法的流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为本发明具体实施方式的一种宽频带gis电子式电压互感器装置的结构图；如图1所示，所述装置包括：内置测量电极模块、调理模块、采样模块以及控制模块；

如图2所示，所述图2为内置测量电极模块的示意图；所述内置测量电极模块包括测量电极，测量电极设置于gis手孔内，测量电极与gis导杆构成第一电容，测量电极与gis外壳构成第二电容；测量电极经导线穿过gis外壳与所述调理模块的宽频带放大器的正向输入端相连；所述测量电极与所述调理模块的宽频带放大器的负向输入端相连(图中未示出，即相当于所述宽频带放大器的正负向输入端接在所述第二电容的两端)；

基于此，所述测量电极对于gis一次电压的传递为：

其中，c1为第一电容，c2为第二电容，vin为调理模块的宽频带放大器的输入电压，vs为gis一次电压；

所述调理模块包括调理电阻、调理电容以及宽频带放大器；所述调理电阻与所述调理电容并联在所述宽频带放大器的负向输入端与输出端之间；所述宽频带放大器具有高输入阻抗、低输出阻抗以及低输出失调电压；

基于此，所述调理模块的增益g为：

其中，rf为调理电阻，cf为调理电容，s为拉普拉斯算子；

而输出电压vout＝g*vin，具体的，即为：

故所述电压互感器装置的分压比为：

进一步的，在本实施例中，设置所述第二电容远大于所述第一电容，使得所述测量电极对于gis一次电压的传递近似可以为：

同时，所述调理电阻、调理电容和频率的乘积远大于1，例如调理电阻取为1mω，调理电容取为0.1μf；那么当频率f取较大值时(例如f＞1.59hz)，所述分压比可以近似为：

这样，所述分压比即可通过调节第一电容与调理电容的比值获得，而不是由电极分压决定，这极大的简化了分压比的调节，并无需进行二次分压。

进一步的，为了减少输出零漂，拓展低频带宽，可设置时所述调理电容大于所述第二电容实现；

进一步的，所述具有高输入阻抗、低输出阻抗以及低输出失调电压的宽频带放大器还可由一个具有高输入阻抗的放大器和一个具有低输出阻抗的放大器串联获得；如图3所示，图3为所述宽频带放大器由一个具有高输入阻抗的放大器以及一个具有低输出阻抗的放大器串联组成的情形，所述调理电阻与所述调理电容并联在所述高输入阻抗放大器的负向输入端与低输出阻抗放大器的输出端之间，高输入阻抗放大器的正负向输出端接在第二电容的两端，同时所述高输入阻抗的正向输入端接地；通过如图3所示的测量原理图，可实现预期的电路调理。

所述采样模块的输入端与所述调理模块的宽频带放大器的输出端相连；所述采样模块用于对所述调理模块的输出电压进行模拟采样以及模数转换，获得数字的输出电压；

所述控制模块的输入端与所述采样模块的输出端相连，用于根据预设规则进行数据处理以及数据发送；所述控制模块用于根据预设的分压比以及数字的输出电压计算获得gis一次电压值。

进一步的，所述控制模块还包括同步接口以及调试接口；所述同步接口用于接收智能变电站的时钟信号；所述调试接口用于接收调试信号。

进一步的，所述装置还包括电源模块，所述电源模块用于接入智能变电站的电源，并根据预设需求进行电源变压转换，为所述装置提供电能。

图4为本发明具体实施方式的一种应用宽频带gis电子式电压互感器装置测量gis一次电压的方法的流程图，如图3所示，所述方法包括：

步骤410，通过内置测量电极模块采集gis一次电压；

步骤420，通过调理模块对所述gis一次电压进行调理，获得输出电压；

步骤330，对所述输出电压进行模数转换，获得数字的输出电压；

步骤440，根据预设的分压比以及获得的数字的输出电压，计算获得gis一次电压。

进一步的，所述电压互感器装置的分压比为：

其中，c1为第一电容，c2为第二电容，rf为调理电阻，cf为调理电容,s为拉普拉斯算子。

进一步的，所述第二电容远大于所述第一电容，所述调理电阻、调理电容和频率的乘积远大于1，则所述分压比为

所述电压互感器的分压比通过调节第一电容与调理电容的比值获得。

进一步的，设置所述调理电容大于所述第二电容，以减少输出零漂。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。本说明书中涉及到的步骤编号仅用于区别各步骤，而并不用于限制各步骤之间的时间或逻辑的关系，除非文中有明确的限定，否则各个步骤之间的关系包括各种可能的情况。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本公开的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本公开的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本公开还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者系统程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本公开的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本公开进行说明而不是对本公开进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本公开可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干系统的单元权利要求中，这些系统中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开精神的前提下，可以作出若干改进、修改、和变形，这些改进、修改、和变形都应视为落在本申请的保护范围内。