專利名稱：一種高壓直流輸電閥組件的電壓測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測量測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高壓直流輸電閥組件電壓測量裝置。
背景技術(shù)：
高壓直流輸電換流閥由多個閥組件和電抗器串聯(lián)而成，每個閥組件由5 7個晶 閘管串聯(lián)壓裝而成，同時每個晶閘管兩端并有RC保護電路，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。由于換流閥屬 吊裝結(jié)構(gòu)，各組件上電壓易受到層層間、層地間雜散參數(shù)的影響，導(dǎo)致各組件上電壓分布不 均，靠近高壓端的閥組件會因承受電壓過高而加速老化，致使整個換流閥損壞。在進行雷電 沖擊、操作沖擊、陡波前沖擊等過電壓試驗時，迫切需要精確測量各閥組件上的電壓值，以 確定電壓分布是否均勻。阻容并聯(lián)分壓原理是一種常用于高電壓測量的方法，等效電路如圖1所示，其特 點在于R/R2 = C./C,時，阻容分壓器不受頻帶限制，可以從直流到很高的頻率，電容與電阻 之間不必配合。由于被測電壓達到數(shù)萬伏，分壓器的高壓臂電阻和電容不但需要考慮絕緣、 散熱和防止電暈等一系列問題，而且需要考慮對被測電路產(chǎn)生的影響，因而往往需要采用 很大的高壓臂電阻(如10MQ)和極小的高壓臂電容(如0. 5pF)，以減小對被測電路的影 響、減小分壓器的功率，但極小的高壓臂電容極難獲得。國內(nèi)西安交通大學(xué)的趙中原、方志等人研制了一種如圖2所示的測量裝置，該裝 置的高壓臂5置于有機玻璃罩2中，有機玻璃罩2外套有一鋁罩6，鋁罩的外側(cè)設(shè)有低壓電 極引線端4，高壓臂的左端連接高壓電極弓|線端1、右端連接低壓臂7，通過連接在低壓臂右 端的測量引出線8將測量信號輸出，其中高壓臂5的外部帶有傘形屏蔽環(huán)3，低壓臂7為圓 筒狀。該裝置研究了高壓臂屏蔽環(huán)3的直徑、深度、角度等參數(shù)對分壓器性能的影響，并做 了優(yōu)化設(shè)計。但由于該裝置中的高壓臂屬油浸式結(jié)構(gòu)，會產(chǎn)生易漏油、維護困難、體積大的 缺陷，高壓臂上的電壓分布仍不均勻，高壓臂上的電壓分布如圖3所示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種測量范圍廣、寬頻帶、誤差小、體積小、穩(wěn)定 可靠的高壓直流輸電閥組件電壓測量裝置。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種高壓直流輸電閥組件的電壓測量裝置， 包括由上至下依次連接的上圓板電極、高壓臂電阻、下圓板電極和低壓臂，所述上圓板電極 (21)、高壓臂電阻和下圓板電極組成工型對稱圓板電極結(jié)構(gòu)，所述高壓臂電阻與上、下圓板 電極之間的空間電容作為高壓臂電容，所述高壓臂電阻的上端設(shè)有高壓引線端(24)、其下 端套設(shè)有絕緣墊套，所述下圓板電極通過絕緣墊套與高壓臂電阻進行絕緣連接。其中，所述低壓臂包括帶有下端蓋的屏蔽殼和置于屏蔽殼內(nèi)的電路板，所述電路 板上封裝有相互并聯(lián)的低壓臂電阻和低壓臂電容。其中，所述低壓臂電阻由貼片電阻并聯(lián)而成。
其中，所述低壓臂電容由電容并聯(lián)而成。其中，所述低壓臂電阻采用四個貼片電阻，低壓臂電容采用四個電容，每個貼片電 阻均與一個電容并聯(lián)成四組阻容結(jié)構(gòu)，所述四組阻容結(jié)構(gòu)相互并聯(lián)且對稱分布在圓盤式電 路板上。其中，所述上圓板電極和下圓板電極采用不銹鋼圓盤，且其邊緣加工成圓弧形。其中，所述高壓臂電阻采用柱狀玻璃膜釉電阻。其中，所述屏蔽殼為不銹鋼圓筒狀。本發(fā)明的有益效果在于1)該裝置的可靠性高、穩(wěn)定性好，測量范圍課達到士50kV，且具備良好的線性度。2)該裝置測量頻帶可達到0 10MHz，高低頻響應(yīng)良好，測量最大誤差為2. 48%， 小于高壓測量標準要求的3%。3)該裝置采用特殊的工型對稱圓板電極(即在高壓臂電阻的上、下端分別安裝有 上圓板電極和下圓板電極)結(jié)構(gòu)，解決了極小電容的獲取問題，該結(jié)構(gòu)體積小，重量輕，便 于維護。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中阻容分壓器的等效電路圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中閥組件電壓測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；其中1-高壓電機引線端， 2_有機玻璃罩，3-屏蔽環(huán)，4-低壓電極引線端，5-高壓臂電阻，6-鋁罩，7-低壓臂電阻， 8_測量引出線；圖3是圖2所示測量裝置中高壓臂電阻上的電壓分布圖；圖4是本發(fā)明測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，21-上圓板電極，22-高壓臂電阻， 23-下圓板電極，24-高壓引線端，25-電路板，26-低壓臂電阻，27-低壓臂電容，28-彈簧， 29-銅片，210-屏蔽殼，211-絕緣墊套，212-下端蓋；圖5是本發(fā)明測量裝置的等效電路圖；圖6是本發(fā)明中高壓臂電阻上的電壓分布圖；圖7是低壓臂電阻和低壓臂電容在電路板上的連接示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的閥組件電壓測量裝置做進一步詳細的說明。如圖4所示，本發(fā)明的高壓直流輸電閥組件的電壓測量裝置包括由上至下依次連 接的上圓板電極21、高壓臂電阻22、下圓板電極23和低壓臂，所述上圓板電極21、高壓臂電 阻22和下圓板電極23組成工型對稱結(jié)構(gòu)。高壓臂電阻的上端設(shè)有一高壓引線端24、其下 端套設(shè)有絕緣墊套211，下圓板電極23通過絕緣墊套211與高壓臂電阻22進行絕緣連接， 高壓臂電阻22的下端通過引線與低壓臂內(nèi)的電路板相連接，電路板下端與設(shè)在屏蔽殼210 內(nèi)的彈片結(jié)構(gòu)相連接，該彈片結(jié)構(gòu)由彈簧28和銅片29組成。該測量裝置基于阻容并聯(lián)分壓原理，采用工型對稱式圓板電極結(jié)構(gòu)，其示意圖和 等效電路如圖4和圖5所示，寬大的上圓板電極21和下圓板電極23增大了其與高壓臂電阻 22之間的電容，補償了高壓臂電阻的對地電容，從而使得高壓臂電阻上的電壓分布均勻，巧妙利用高壓臂電阻22與上、下圓板電極21、23的空間電容Cn、C12作為高壓電容，從而獲得 約0. 3pF的高壓臂電容，解決了極難獲取極小電容的難題。高壓臂電阻22選用柱狀玻璃膜釉電阻，其阻值10MQ、極限電壓75kV、容量75W、 長期耐受最高工頻電壓(有效值)為27. 4kV、有效絕緣長度200mm、直徑25mm、溫度系數(shù)小 于150X10_6/°C。高壓臂電阻暴露在空氣中，電阻沿面閃絡(luò)電壓(峰值)為60kV，因此，不 會發(fā)生電阻內(nèi)部擊穿和沿面閃絡(luò)，安全可靠。對于50kV沖擊電壓，電阻上的功耗為12. 5mJ, 無需特殊設(shè)計冷卻系統(tǒng)，維護方便。上、下圓板電極設(shè)計成厚度為5mm，直徑為100mm的不銹 鋼圓盤，且其邊緣加工成弧形，下圓板電極23通過一直徑40mm、厚15mm的絕緣墊套211與 高壓電阻銜接，該絕緣墊套211套設(shè)于高壓臂電阻22的下部。經(jīng)計算，上述結(jié)構(gòu)的工頻擊 穿電壓(峰值)為68kV，試驗過程中不會出現(xiàn)電暈放電。如圖6所示，采用上述設(shè)計的測量 裝置在50kV的沖擊電壓下，高壓臂電阻上各點的電壓分布十分均勻。低壓臂包括帶有下端蓋212的屏蔽殼210以及置于屏蔽殼內(nèi)的電路板25、彈簧28 和銅片29，該電路板上封裝有相互并聯(lián)的低壓臂電阻26和低壓臂電容27。本例中的低壓臂 電阻26設(shè)計為300 Q，由4只1. 2k Q貼片電阻并聯(lián)而成，對稱封裝在圓盤式電路板25上， 消除了寄生電感的影響。低壓臂電容27設(shè)計成10000pF、1000pF、100pF、20pF四只電容的 并聯(lián)結(jié)構(gòu)，亦對稱封裝在圓盤式電路板上，以分散電容電流并克服大電容測量頻帶較低的 缺點。如圖7所示，封裝在電路板25上的低壓臂電阻26和低壓臂電容27的最佳結(jié)構(gòu)為 將每個1. 2kQ的貼片電阻分別與一個低壓臂電容27并聯(lián)形成四組阻容結(jié)構(gòu)，然后再將這 四組阻容結(jié)構(gòu)相互并聯(lián)并對稱封裝在圓盤式電路板25上。采用上述圖7所示結(jié)構(gòu)，可使得 該測量裝置所輸出的電壓恰好滿足后端接收器(用于接收該裝置所發(fā)信號)的輸入電壓 士 1. 5V。此外，本裝置設(shè)計了厚2mm、直徑40mm的低壓端不銹鋼圓筒型屏蔽殼210，該屏蔽 殼避免了外界電磁干擾對芯片電路的影響，確保了輸出信號的真實性和準確性，所述電路 板25可選用PCB板。該屏蔽殼210的底端帶有一下端蓋212，在安裝時可將先開啟下端蓋， 將電路板25和彈片結(jié)構(gòu)置于屏蔽殼210中且通過引線將電路板25與高壓臂底端相連，最 后將下端蓋212封閉即可。經(jīng)實驗驗證，采用上述結(jié)構(gòu)的高壓直流輸電閥組件電壓測量裝置具有體積小、可 靠性高、穩(wěn)定性好、維護簡便等優(yōu)點，其測量范圍可達士50kV，頻帶0 10MHz，實測分壓比 33464 1，測量最大誤差為2. 48%，完全能夠滿足換流閥試驗的測量需要。最后應(yīng)當說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡 管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解依然 可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何 修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
一種高壓直流輸電閥組件的電壓測量裝置，其特征在于該裝置包括由上至下依次連接的上圓板電極(21)、高壓臂電阻(22)、下圓板電極(23)和低壓臂，所述上圓板電極(21)、高壓臂電阻(22)和下圓板電極(23)組成工型對稱圓板電極結(jié)構(gòu)，所述高壓臂電阻(22)與上、下圓板電極(21、23)之間的空間電容作為高壓臂電容，所述高壓臂電阻的上端設(shè)有高壓引線端(24)、其下端套設(shè)有絕緣墊套(211)，所述下圓板電極(23)通過絕緣墊套(211)與高壓臂電阻(22)進行絕緣連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓測量裝置，其特征在于所述低壓臂包括帶有下端蓋(212)的屏蔽殼(210)和置于屏蔽殼內(nèi)的電路板(25)，所述電路板上封裝有相互并聯(lián)的低 壓臂電阻(26)和低壓臂電容(27)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓測量裝置，其特征在于所述低壓臂電阻(26)由貼片電 阻并聯(lián)而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓測量裝置，其特征在于所述低壓臂電容(27)由電容并 聯(lián)而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓測量裝置，其特征在于所述低壓臂電阻(26)采用四個 貼片電阻，低壓臂電容(27)采用四個電容，每個貼片電阻均與一個電容并聯(lián)成四組阻容結(jié) 構(gòu)，所述四組阻容結(jié)構(gòu)相互并聯(lián)且對稱分布在圓盤式電路板(25)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的電壓測量裝置，其特征在于所述上圓板電極(21)和 下圓板電極(23)采用不銹鋼圓盤，且其邊緣加工成圓弧形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的電壓測量裝置，其特征在于所述高壓臂電阻(22)采 用柱狀玻璃膜釉電阻。
8.根據(jù)權(quán)利要求2-5任一所述的電壓測量裝置，其特征在于所述屏蔽殼(210)為不 銹鋼圓筒狀。
全文摘要
本發(fā)明屬于測量測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高壓直流輸電閥組件電壓測量裝置。該測量裝置包括由上至下依次連接的上圓板電極、高壓臂電阻、下圓板電極和低壓臂，所述上圓板電極、高壓臂電阻和下圓板電極組成工型對稱圓板電極結(jié)構(gòu)，所述高壓臂電阻與上、下圓板電極之間的空間電容作為高壓臂電容，所述高壓臂電阻的上端設(shè)有高壓引線端、其下端套設(shè)有絕緣墊套，所述下圓板電極通過絕緣墊套與高壓臂電阻進行絕緣連接。該測量裝置具有體積小、可靠性高、穩(wěn)定性好、維護簡便等優(yōu)點，其測量范圍可達±50kV，頻帶0～10MHz，實測分壓比33464∶1，測量最大誤差為2.48％，完全能夠滿足換流閥試驗的測量需要。
文檔編號G01R19/00GK101893650SQ20101021459
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者張春雨, 李成榕, 李躍, 王高勇, 程養(yǎng)春 申請人:中國電力科學(xué)研究院;華北電力大學(xué)