专利名称：检测电容或电阻电流型电子式电压互感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电压互感器，尤其是涉及一种用于电力系统中各种电压等级的计量、测控和继电保护所需电压测量的检测电容或电阻电流型电子式电压互感器。
背景技术：
目前现有的电压互感器国内外主要采用电磁式电压互感器和电容分压
(CVT)式电压互感器。近年来国外也研发了光学电压互感器(OVT)和基于电容或电阻分压式的电子式电压互感器及电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器。
电磁式电压互感器绝缘结构复杂， 一般放置在油箱中，体大质重，不利于环保和节能，造价高，可能发生铁磁谐振，测量精度较低；而电容分压式电压互感器由于带有中间变压器和补偿电抗器，结构复杂且放置在油箱中，不利于节能和环保，存在着铁磁谐振的隐患和暂态误差性能较差的缺点。
光学电压互感器的基本原理是利用光学材料的物理效应,如泡克尔斯(Pockels)效应、电光克尔(Kerr)效应以及逆压电效应等进行电压测量。由于光学材料受环境温度和机械振动等因素的影响较大，国内外虽然已有样机挂阿试运行，但运行的稳定性、可靠性不高，而且价格昂贵，还有相角测量等许多关键技术没有得到解决，因此未能形成产品在电力系统推广应用。
基于电容或电阻分压式电子式电压互感器的传感原理是在高压电容器或电阻器的中间抽头与大地或高压端获取与一次高压成正比变化的低电压信号，直接引入电子信号处理电路，其缺陷是二次侧低电压与一次侧高电压直接耦合，没有电气隔离，存在安全隐患，且抗干扰能力较差，精度和暂态误差性能较差。
电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器，是本发明人的前期专利技术，其基本原理是用空心线圈测量高压电容或高压电阻回路的小电流(数百毫安)，在二次侧感应出与一次电流成90^的电压信号，就地经过信号处理电路获取与一次高压成正比变化的电压信号，再由复杂的传输系统将电压信号传输到控制室，目前还处于研发阶段。该种电子式电压互感器解决了二次侧低压与一次高压电气隔离的技术难题，但是空心线圈电流传感器对微小电流信号的测量难以保证测量精度，为了提高抗干扰能力，信号处理电路只能与电容或电阻器放置在同一位置，电压信号传输系统复杂，工作环境较差，易受干扰，工作的稳定性与可靠性不高，难以形成产品在电力系统推广应用。
发明内容
为解决上述各种电压互感器所存在的种种技术问题和缺陷，本发明首次采用高精度电流传感器检测电容或电阻电流的方法提供了一种结构简单、体积小、重量轻、成本较低、无铁磁谐振、输出功率大、测量精度高且不受频率变化影响、省去油箱节能环保、二次侧与一次高压侧有电气隔离、抗干扰能力强、运行安全可靠的新型电子式电压互感器。
本发明解决上述技术问题的技术方案是 一次电压接电容或电阻与电流传感器一次线圈一端可靠联接，另一端可靠接地。电流传感器二次线圈一端接地，就地或用两根长导线将二次电流信号引至控制室接电子信号处理装置获取与一次电压成正比例变化的二次电压信号，供给计量、测控与继电保护装置，构成了检测电容或电阻型电子式电压互感器。
上述检测电容电流型电子式电压互感器中，电流传感器的二次电流信号接电子信号处理装置的电流一电压变换放大电路获取电压信号，调节电流一电压变换放大电路反馈电阻大小可调节输出电压信号大小，该电压信号再输入给积分放大器、相位校正电路获取与一次电压成正比变化的同频率同相位的电压信号。相位校正电路输出电压信号可以经小功率放大电路，构成各个
电压等级满足IEC60044及相关标准要求的检测电容电流型电子式电压互感器；相位校正电路输出电压信号还可以接入大功率放大电路，构成各个电压等级的满足输出电压和功率输出要求的常规标准电压互感器。
上述检测电阻电流型电子式电压互感器中，电流传感器的二次电流信号接电子信号处理装置的电流一电压变换放大电路和相位校正电路获取与一次电压成正比变化的同频率同相位的电压信号，调节电流一电压变换放大电路反馈电阻大小可调节输出电压信号大小，相位校正电路的输出电压信号可以经小功率放大电路，构成满足IEC60044及相关标准要求的高中压检测电阻电流型电子式电压互感器；相位校正电路输出电压信号还可以接入大功率放大电路，构成满足输出电压和功率需求的高中压常规标准电压互感器。
本发明的技术效果l)各个电压等级的电压接入为高阻抗值的电容器或电阻器，再与大地之间串接的电流传感器一次线圈， 一次回路电流通常为数百毫安电流，二次回路电流与一次回路电流成正比变化且同相位，采用0.01级电流传感器，数值误差小于0.01%，相角误差小于0.5分，用于检测电容或电阻电流具有体积小、重量轻、测量精度高、线性度好、绝缘性能好、省去了油箱节能环保、不会出现磁饱和、实现了电压互感器的一次与二次的电气隔离等优点；2)电流传感器将二次电流信号由铜导线引入控制室电子信号处理
装置，省去了室外一次转换器与复杂的信号传输系统电子电路和一次工作电源，极大地改善了电子式电压互感器的工作环境，利用铜导线传输电流信号的差分原理提高了抗干扰能力，避免了现有各种常规电压互感器二次电压信
号用导线引入控制室引起的导线电阻压降，提高了电压互感器的测量精度；3)电子信号处理装置采用高精度的运算放大器，积分放大电路和功率放大电路和二次工作电源等构成，并且放置在控制室，极大地改善了工作环境，从而保证了电子信号处理环节输出二次电压的精度和功率需求，提高了设备工作的稳定性与可靠性；4)可以方便地制成各个电压等级满足IEC60044及相关标准的电子式电压互感器，并且具有结构简单、测量精度高、抗干扰能力强的特点；5)可以方便地制成各个电压等级满足输出电压和功率要求的电子式电压互感器替代常规电磁式和电容分压式电压互感器，并且具有结构简单、体小质轻、省去油箱节能环保、测量精度高、抗干扰能力强、无铁磁谐振等特点；6)在电容器末端与大地之间如果需要，可以接入间隙保护，以防电流传感器一次线圈与大地接头松脱造成设备与人身安全事故。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明检测电容电流型电子式电压互感器替代常规电压互感器的一个实施例。
图2为本发明检测电容电流型电子式电压互感器满足IEC60044及相关标准的一个实施例。
图3为本发明检测电阻电流型电子式电压互感器替代常规电压互感器的一个实施例。
图4为本发明检测电阻电流型电子式电压互感器满足IEC60044及相关标准的一个实施例。
具体实施例方式
参见图l，适用于特高压、超高压、高压、中低压等各个电压等级的可替代常规电压互感器的检测电容电流型电子式电压互感器，l为高压母线引线
端，电压为J, ; 2为高压母线串接的等效高压电容器；3为电流传感器，可选用0.01级高精度电流传感器，数值误差小于0.01%，相角误差小于0.5分。电流传感器3的一次线圈一端与高压电容器2可靠连接，另一端可靠接地；15为保护间隙， 一端接高压电容器2末端，另一端可靠接地。高压电容器容值小，1/ C容抗大，电流传感器感抗^小，且wZ《l/f ，谐振频率高达数百至数千kHz，从而可有效避免铁磁谐振的发生；17为绝缘陶瓷套管。高压电容器2和电流传感器3—次回路的电流i,通常为100 200毫安，且超前电压f),的相角为90、电流传感器3的二次线圈一端接地，通过两根导线5接电子信号处理装置6，获取与一次电压成正比例变化的二次电压信号，供给计量、测控与继电保护装置。上述实施例中，电流传感器3和电子信号处理装置6可以和电容器2就地连接，集中制作在一个装置里，也可以将电流传感器3和电容器2就地安装，电流传感器3的二次线圈接两根长导线5将二次电流信号引至控制室再接入电子信号处理装置6。后者在实际应用中更可取，采用导线差分式地传导电流信号抗干扰能力强，并可以减小导线传导电压信号时的导线压降，提高测量精度。两长导线的横截面选取要根据导线的总电阻选取，两根导线5的总电阻要求小于50欧姆，越小越好。如2.5平方毫米铜导线每1000米，电阻约为3欧姆，开关站高压电容器离控制室假设为1000米，两根导线的总电阻约为6欧姆，完全满 足电流传感器的测量精度要求。
上述实施例中，电流传感器3的二次电流信号先经过电流一电压变换放
大电路7，该放大电路采用一个电压并联负反馈运算放大器，将电流信号转换 为与其成正比的电压信号，调节反馈电阻大小可调节输出电压信号大小；电 流一电压变换放大电路7也可用取样电阻将电流信号变为电压信号，再经仪 表放大器差分式的放大电压信号；电流一电压变换放大电路7输出电压信号 接入积分放大电路8，使其输出电压相移90 再接入相位校正电路9，对输 出电压信号的相角误差进行调整，获取与一次高压成正比的同频率同相位电 压信号。该输出电压信号接大功率放大电路10，使输出电压和功率满足常规 电压互感器的输出标准需求。11为电子信号处理装置的供电电源接入端。由 控制室直流系统引出的220F直流或交流接入11端，经电源模块12， 一路输出 土11(T稳定直流电供给大功率放大电路IO，从而保证功放电路能稳定可靠地输 出电压和功率； 一路输出±151/直流电供给电流一电压变换放大电路7、积分电 路8、相位校正电路9和大功率放大电路10中的前置运算放大器等。
上述实施例中，检测电容电流型电子式电压互感器若需要有多路不同功 率的计量、保护电压输出时，可用多个电流传感器3分别将二次电流信号引 入多路电子信号处理装置6;也可由电流传感器3的二次线圈两根导线5将电 流信号分别引入多路电子信号处理装置6;还可由电流传感器3的二次线圈两 根导线5接入一路电流一电压变换放大电路7、积分放大电路8和相位校正电 路9，将相位校正电路9的输出信号分别接多个不同功率输出的大功率放大电 路IO，来获得不同功率输出的计量、保护电压输出。3p、 6p级保护电压输出有效值较高，而由±1107直流供电的大功率放大电路IO不能输出这么高的交 流电压，可将大功率放大电路10的输出相电压接一个单相升压变压器13输 出电压，完全可以满足精度和功率输出，采用这种方式的优点是多个大功率
放大电路可以共用一个土iior的工作电源，而不需另外找更高的工作电源，当 然也可以采用输出更高电压的工作电源供给大功率放大电路，直接获取3p、 6p级较高有效值电压输出。
在图2所示的实施例中，满足IEC60044及相关标准要求的电压互感器只 需要输出小幅值、低功率的电压信号，因此只需一个工作电源12给7、 8、 9 和小功率放大电路16供电，构成各个电压等级满足正C60044及相关标准要 求的检测电容电流型电子式电压互感器。与基于电容分压式电子式电压互感 器和电容或电阻串接空心线圈的电子电压式互感器比较，精度更高，抗干扰 能力更强， 一次与二次电压有电气隔离，更安全、可靠。
在另一个实施例中，如图3所示， 一次高压f),接高压大电阻4，大电阻另 一端与大地之间可靠接入电流传感器3的一次线圈，电流传感器3的二次线 圈一端接地，通过两根导线5接电子信号处理装置6，构成检测电阻电流型电 子式电压互感器替代常规电压互感器的一个实施例，大电阻4和电流传感器3
一次回路的电流与一次电压t),同相位，故在电子信号处理装置6中不需要再 用积分放大电路8对电压信号相移90Q。其它电子信号处理电路与图1所示实
图4为检测电阻电流型电子式电压互感器满足IEC60044及相关标准要求
的一个实施例。大电阻4和电流传感器3 —次回路的电流与一次电压仏同相 位，故不需要再用积分放大电路对电压信号相移90、其它电子信号处理电路与图2所示的实施例一样。
图3、图4所示的实施例，从结构和原理上分析，可以用以制造各个电压 等级检测电阻电流型电子式电压互感器，但由于高压大电阻制造工艺和精度 的原因，目前较适合在中压电力系统中应用。随着高压大电阻的制造工艺和 精度的提高，将来在高压电力系统中也可以应用。
权利要求
1、一种检测电容或电阻电流型电子式电压互感器，其特征在于包括由一次电压接电容或电阻并串接电流传感器的一次线圈且另一端接大地，电流传感器的二次线圈一端接地，且二次电流信号接电子信号处理装置输出二次电压信号构成。
2、 根据权利要求l所述的检测电容电流型电子式电压互感器，其特征在于电容串接电流传感器的一次电流线圈，其二次电流线圈接电阻或电流一电压变换放大电路获取电压信号，调节电流一电压变换放大电路的反馈电阻，可调节输出电压的大小，再将此电压信号输入积分放大器、相位校正电路获取与一次高压成线性变化的同频率同相位的电压信号。
3、 根据权利要求1和2所述的电子式电压互感器，其特征在于相位校正电路的输出电压信号接入小功率放大电路，构成各个电压等级满足IEC60044及相关标准要求的电子式电压互感器。
4、 根据权利要求1和2所述的电子式电压互感器，其特征在于相位校正电路的输出电压信号接入大功率放大电路，构成各个电压等级满足相关标准要求的常规电压互感器。
5、 根据权利要求l所述的检测电阻电流型电子式电压互感器，其特征在于电阻串接电流传感器的一次电流线圈，其二次电流线圈接电阻或电流一电压变换放大电路，调节电流一电压变换放大电路的反馈电阻，可调节输出电压的大小。再将此电压信号输入相位校正电路，获取与一次高压成正比变化的同频率同相位的电压信号,。
6、 根据权利要求1和5所述的电子式电压互感器，其特征在于相位校正电路的输出电压信号接入小功率放大电路，构成各个电压等级满足正C60044及相关标准要求的电子式电压互感器。
7、 根据权利要求1和5所述的电子式电压互感器，其特征在于相位校正电路的输出电压信号接入大功率放大电路，构成各个电压等级满足相关标准要求的常规电压互感器。
8、 根据权利要求4和7所述的任一种检测电容或电阻电流型电子式电压互感器的大功率放大电路的输出端还可以接变压器，在其二次侧获取保护级电压输出。
9、 根据权利要求1-8任-一种检测电容或电阻电流型电子式电压互感器的电流传感器一次线圈与电容或电阻串接并接地安装在同一位置，将电流传感器的二次电流信号用铜导线引入控制室接电子信号处理装置并获取与一次电压成正比变化的二次电压信号输出；或者电流传感器和电子信号处理装置随高压电容或电阻同一位置就地安装，将二次电压信号引入控制室。
10、 根据权利要求1-9任一种检测电容或电阻电流型电子式电压互感器的电子信号处理装置的供电电源可以由稳定可靠的直流220V电源供电，也可以采用稳定可靠的交流220V电源供电。
全文摘要
本发明公开了一种利用电流传感器检测电容或电阻电流型电子式电压互感器，包括一次电压接电容或电阻并串接电流传感器的一次线圈且另一端接大地，其二次线圈一端接地，且将二次电流信号接电子信号处理装置，通过检测电流信号获取与一次高压成正比变化的二次电压信号输出。本发明可以用于制作电力系统特高压及以下各个电压等级满足相关标准要求的常规电压互感器；也可以用于制作电力系统各个电压等级满足IEC60044及相关标准要求的电子式电压互感器。本发明中电流传感器一次与二次电流线圈均有一端可靠接地，实现了二次设备与一次高电压的电气隔离，保证了二次设备和人身的安全。且具有结构简单、节能环保、测量精度高、无铁磁谐振、暂态特性好、频带宽、抗干扰能力强、工作安全、稳定可靠等特点。
文档编号H01F38/24GK101667489SQ20081014310
公开日2010年3月10日 申请日期2008年9月1日 优先权日2008年9月1日
发明者涛 吴, 周有庆, 彭红海, 曹志辉 申请人:周有庆