專利名稱：空間電容式分壓器及其在高壓測量裝置上的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種分壓器及高電壓測量裝置，特別是一種空間電容式分壓器及其在 高壓測量裝置上的應用。
背景技術：
高壓測量是現場電器試驗中不可或缺的測試環(huán)節(jié)，實現高壓測量必須采用高壓分 壓器和低壓儀表，高壓分壓器可以耦合高壓線路上的電壓信號，并進行取樣，低壓儀表可以 根據取樣信號進行處理并輸出結果?，F有技術中的分壓器主要通過電容和電阻來實現高壓的傳感，存在電容量的穩(wěn)定 性一次設備的安裝問題，同時，如果測量的電壓較高，分壓器需要采用多節(jié)電容或者電阻進 行逐級分壓，不同等級的電壓需要使用不同分壓級別的分壓器；另外，分壓器需要解決內、 外部絕緣問題，因此需要采用絕緣設備、接地設備等進行安全措施方面的設計，因此存在以 下不足之處多級分壓的電容以及各個安全措施設備導致現有技術的分壓器體積高大，重 量大，運輸不方便，現場安裝工作量大，制造成本高，使用困難，測試的電壓等級有限，無法 用于1000KV左右的高壓線路。由于現有技術的分壓器所存在的缺陷，導致現有技術的高壓測量裝置也存在上述 不足。而且現有技術中的高壓測量裝置低壓儀表部分與高壓分壓器部分是采用電信號傳輸 的，容易引入各種暫態(tài)干擾信號，導致信號失真，同時存在高頻響應頻特性不好，容易帶來 幅頻誤差問題，因此測量結果也會有較大誤差。發(fā)明構成本發(fā)明的目的在于根據現有技術的不足之處而提供一種體積小、重量輕、運送方 便、成本低廉、使用簡單、可測試大級別高電壓線路且測試誤差小的空間電容式分壓器及其 在高壓測量裝置上的應用。本發(fā)明所述的空間電容式分壓器是通過以下途徑來實現的空間電容式分壓器，其結構要點在于，包括有球形導電殼體，安裝在殼體內的分壓 電容裝置、轉換電路及輸出裝置，球形導電殼體的上端部安裝有高壓引線，引線與分壓電容 裝置的輸入端電氣連接，殼體的外部與分壓電容裝置的輸出端電氣連接，分壓電容裝置的 信號輸出端依序連接轉換電路以及輸出裝置。這樣，球形導電殼體便與大地之間形成一個空間電容，可以承受較高級別的高電 壓，該空間電容與分壓電容裝置串聯(lián)連接；同時，球形導電殼體可以作為一個球形等位體， 其電荷均勻分布在外殼體表面，為安裝在其殼體內的分壓電容裝置、轉換電路等提供電屏 蔽，使得上述電路可以安裝在其球體殼內。使用時，由高壓引線連接被測高壓線路后，電壓 引入串聯(lián)連接的分壓電容裝置以及空間電容中，空間電容承受了大部分高壓，分壓電容裝 置對所感應到的電壓進行再分壓，或者直接輸出到轉換電路進行處理，最后由輸出裝置輸 出轉換后信號，以供使用。本發(fā)明所述空間電容式分壓器具有如下技術效果1、由于空間電容的另一電極
3為大地，因此所述分壓器無需再采用接地裝置，2、空間電容以空氣作為電極板間絕緣介質， 故而不需要另行采用絕緣措施，3、空間電容的電容量小，承受的電壓等級高，可達500KV以 上。因此空間電容式分壓器體積可以大大減小，簡化了分壓器的結構，重量也小，運輸方便， 安裝簡單，也降低了成本，提高了測試電壓等級。本發(fā)明可以進一步具體為球形導電殼體為一種金屬殼體?；蛘呤乔蛐螌щ姎んw由一種導電布纏繞成球體，內腔安裝有支撐架。作為空間電容的球形導電殼體，其承受的電壓等級越高，則直徑需要越大，采用金 屬殼體能夠使其電荷分布更為穩(wěn)定，均勻，但重量和體積都偏大，而采用導電布制成的球形 導電殼體，則可以大大減輕重量，在不使用時，可以操作支撐架，將殼體折疊，大大縮小了體 積，方便了攜帶和運輸。球形導電殼體由上殼體和下殼體組成，上殼體的內腔中安裝有一平臺，分壓電容 裝置、轉換電路及輸出裝置安裝放置在該平臺上，上殼體與下殼體的外表面通過電氣進行 連接，內側面采用緊固裝置進行連接。分壓器的分壓電容裝置等電路設備需要安裝在殼體中，因此將球形導電殼體一分 為二，便于電路設備的安裝放置和維護；同時采用電氣連接上下殼體，保證上下殼體仍為完 整球體，電荷能夠均勻分布在球體表面。使用時，將下殼體與上殼體合成球體，內側面采用 扣接裝置、螺旋裝置等緊固裝置將上下殼體緊固連接在一起，外側面通過導電裝置將上下 殼體進行電氣連接。分壓電容裝置包括有復數個電容器，每個電容器均串聯(lián)連接有一選擇開關，串接 有開關的電容器并聯(lián)連接，并聯(lián)電路一端與球形導電殼體外側部連接，另一端與高壓引線 連接，每個選擇開關均與一控制器連接。根據所測電壓等級，分壓電容裝置可以通過控制器選擇接入的電容器數量，從而 通過改變分壓電容值實現不同的量程分壓。這就解決了現有的分壓器容量固定，測量級別 單一的問題，實現了一臺分壓器可測試多個級別電壓的技術效果，滿足了測試多樣性的需 求。轉換電路為一種模數轉換電路，其實現將分壓后的模擬量轉換成數字電信號，以 便于進一步處理。轉換電路還可以是 轉換電路包括有模數轉換電路和電光轉換電路。先將電壓模擬量轉換成數字電信號，然后再轉換成光信號，或者是其他載波信號， 并傳送給低壓側。本發(fā)明采用電光轉換電路，最后輸出裝置連接一種光纖通訊線路，光纖作 為一種絕緣設備，可以為高壓側和低壓側實現更好的電氣隔離，使低壓側接收到得信號不 容易引入干擾信號，出現信號失真，測量精度高，誤差小。本發(fā)明所述的空間電容式分壓器在高壓測量裝置上的應用具體為一種光纖數字 高壓測量裝置，其通過以下途徑來實現光纖數字高壓測量裝置，其結構要點在于，包括一種如上所述的空間電容式分壓 器以及低壓側裝置，空間電容式分壓器中，分壓電容裝置包括有復數個電容器，每個電容器均串聯(lián)連
4接有一選擇開關，串接有開關的電容器并聯(lián)連接，并聯(lián)電路一端與球形導電殼體外側部連 接，另一端與高壓引線連接，每個選擇開關均與第一控制器連接，轉換電路包括有電連接的模數轉換電路和第一電光轉換電路，分壓電容裝置的輸 出端與模數轉換電路電連接，第一電光轉換電路及第一控制器分別與第一光纖收發(fā)器連 接；低壓側裝置包括有第二光纖收發(fā)器、第二電光轉換電路、處理電路、顯示電路以及 第二控制器，第二光纖收發(fā)器分別連接第二電光轉換電路和第二控制器，第二電光轉換電 路通過處理電路與顯示電路連接；第一光纖收發(fā)器和第二光纖收發(fā)器通過一種光纖通訊線路連接。上述光纖數字高壓測量裝置的工作流程如下低壓側裝置的第二控制器根據線路條件發(fā)出控制指令，該指令經由第二光纖收發(fā) 器、光纖傳送到第一光纖收發(fā)器，并由第一控制器接收，第一控制器根據指令控制接入線路 的分壓電容量；高壓側，空間電容式分壓器經由高壓引線連接到受測電路上后，大部分電壓由串 聯(lián)的空間電容承受，分壓電容裝置根據比例承受一定電壓，在分壓后，輸出電壓模擬信號，該電壓模擬信號經由模數轉換電路轉換成數字電信號后，再由電光轉換電路轉換 成光信號，然后通過第一光纖收發(fā)器發(fā)送出去；光信號經由光纖傳送到第二光纖收發(fā)器，第二光纖收發(fā)器將信號發(fā)給第二電光轉 換電路，由光信號轉換成數字電信號，處理裝置處理后發(fā)送給顯示電路。光纖數字高壓測量裝置的優(yōu)勢在于，其采用空間電容式分壓器作為高壓側采集電 路，結構簡單，安裝容易，成本低廉，攜帶方便，能夠測量500KV及以上等級的高壓線路；采 用光纖作為高壓側和低壓側的電氣隔離，同時又可以作為高壓側和低壓側的通訊線路，避 免了低壓側裝置引入暫態(tài)干擾信號，信號不易失真，誤差小，測量精度高；采用控制器由低 壓側控制高壓側接入的分壓電容，以適應不同電壓等級的測試線路。上述空間電容式分壓器中還包括有前置電路、放大電路以及自檢電路，前置電路 插接在選擇開關與第一控制器之間，同時前置電路通過放大電路與轉換電路連接，第一控 制器的另一控制端與放大電路連接，自檢電路的輸出端與放大電路連接。前置電路為一種繼電器輔助控制電路，可根據控制對電容器所串接的選擇開關進 行開合操作；放大電路用于對接收到的電壓模擬信號進行放大處理，自檢電路用于檢測相 關電路中的電源電路，第一控制器除了控制前置電路，同時還控制放大電路，使輸出的信號 符合設定的比例。綜上所述，本發(fā)明提供了一種空間電容式分壓器及其在高壓測量裝置上的應用， 采用一種球形導電殼體，其與大地之間形成空間電容，能夠承受更高電壓，球形導電殼體為 一個球形等位體，其電荷均勻分布在外殼體表面，為安裝在其殼體內的分壓電容裝置、轉換 電路等提供電屏蔽，使得上述電路可以安裝在其球體殼內而不受干擾。空間電容式分壓器 體積小，結構簡單，重量也小，運輸方便，安裝簡單，也降低了成本，提高了測試電壓等級。該 空間電容式分壓器在高壓測量裝置上的應用具體為一種光纖數字高壓測量裝置，其采用空 間電容式分壓器作為高壓側采集電路，結構簡單，安裝容易，成本低廉，攜帶方便，能夠測量 500KV及以上等級的高壓線路；采用光纖作為高壓側和低壓側的電氣隔離，同時又可以作為高壓側和低壓側的通訊線路，避免了低壓側裝置引入暫態(tài)干擾信號，信號不易失真，誤差 小，測量精度高；采用控制器由低壓側控制高壓側接入的分壓電容，以適應不同電壓等級的 測試線路。


圖1所示為本發(fā)明所述空間電容式分壓器的結構示意圖；圖2所示為本發(fā)明所述光纖數字高壓測量裝置的現場結構示意圖；圖3所示為本發(fā)明所述光纖數字高壓測量裝置的電路原理框圖；圖4所示為圖3中高壓側電路的電路圖；圖5所示為圖3中低壓側電路的電路圖。下面結合實施例對本發(fā)明做進一步描述。
具體實施例最佳實施例參照附圖1，空間電容式分壓器，包括有球形導電殼體1，安裝在殼體內的分壓電 容裝置、轉換電路及輸出裝置等電路裝置2 ；球形導電殼體1由一種導電布纏繞成空心球體而制成，空心內腔中安裝有支撐架 3，球形殼體有上殼體11和下殼體12組成，上殼體的內腔中靠近下殼體的位置安裝有一平 臺，電路裝置2安裝置于在該平臺上，上殼體11與下殼體12的外側表面進行電氣連接以保 證球體的完整度，內側面采用扣接裝置4進行緊固連接。上殼體11的上端頂部具有第一通孔5，高壓引線6經由該第一通孔5連接到分壓 電容裝置的輸入端，分壓電容裝置的輸出端與球形導電殼體1的外側面電連接；電路裝置2 的輸出端通過下殼體12的下底部的第二通孔7引出球體?？臻g電容式分壓器的電路結構見應用實施例。參照附圖2和附圖3，空間電容式分壓器的在高壓測量上的應用具體為一種光纖 數字高壓測量裝置，附圖2中電路裝置的輸出端連接光纖，并通過光纖與低壓側裝置連接。光纖數字高壓測量裝置，包括有如上所述的空間電容式分壓器和低壓側裝置；空間電容式分壓器中具體為分壓電容裝置包括有復數個電容器，每個電容器均 串聯(lián)連接有一選擇開關，串接有開關的電容器并聯(lián)連接，并聯(lián)電路一端與球形導電殼體外 側部連接，另一端與高壓引線連接，測試時，高壓引線掛接在被測線路上，每個選擇開關均 與第一控制器連接，這樣球形導電殼體與大地形成一個能夠承受大電壓的空間電容，該空 間電容與分壓電容裝置串接；空間電容式分壓器還包括有前置電路、放大電路、自檢電路和轉換電路，前置電路 插接在選擇開關與第一控制器之間，同時前置電路通過放大電路與轉換電路連接，第一控 制器的另一控制端與放大電路連接，自檢電路的輸出端與放大電路連接。轉換電路包括有 電連接的模數轉換電路和第一電光轉換電路，分壓電容裝置的模擬量輸出端依序通過前置 電路和放大電路與模數轉換電路電連接，第一電光轉換電路及第一控制器分別與第一光纖 收發(fā)器連接；低壓側裝置包括有第二光纖收發(fā)器、第二電光轉換電路、處理電路、顯示電路以及第二控制器，第二光纖收發(fā)器分別連接第二電光轉換電路和第二控制器，第二電光轉換電 路通過處理電路與顯示電路連接；其中處理裝置可以包括數模轉換電路、波形還原及測量 電路等。第一光纖收發(fā)器和第二光纖收發(fā)器通過一種光纖通訊線路連接。上述光纖數字高壓測量裝置的工作流程如下低壓側裝置的第二控制器根據線路條件發(fā)出控制指令，該指令經由第二光纖收發(fā) 器、光纖傳送到第一光纖收發(fā)器，并由第一控制器接收，第一控制器根據指令控制接入線路 的分壓電容量；高壓側，空間電容式分壓器經由高壓引線連接到受測電路上后，大部分電壓由串 聯(lián)的空間電容承受，分壓電容裝置根據比例承受一定電壓，在分壓后，輸出電壓模擬信號， 并發(fā)送給模數轉換電路，該電壓模擬信號經由模數轉換電路轉換成數字電信號后，再由電光轉換電路轉換 成光信號，然后通過第一光纖收發(fā)器發(fā)送出去；光信號經由光纖傳送到第二光纖收發(fā)器，第二光纖收發(fā)器將信號發(fā)給第二電光轉 換電路，由光信號轉換成數字電信號，處理裝置可以直接將數字信號處理后發(fā)送給顯示電 路，還可以對數字信號進行數模轉換，并進行波形還原和測量，最后得到測量電壓的波形數 據。附圖4所示電路圖對應附圖3中的高壓側電路框圖，圖中上方電路圖從左到右依 序為前置電路、放大電路和模數轉換電路，其中模數轉換電路包括型號為AD1672的轉換芯 片；下方電路圖為電光轉換電路圖，包括型號為EPM7064SLC44的處理芯片。附圖5所示電路圖對應附圖3中低壓側電路框圖，圖中同樣提供了兩塊型號為 EPM7064SLC44的光電處理芯片，數模轉換電路采用型號為AD7245的轉換芯片，第二光纖收 發(fā)器由U6所示光纖接頭及電路組成。 本發(fā)明未述部分與現有技術相同。
權利要求
空間電容式分壓器，其特征在于，包括有球形導電殼體，安裝在殼體內的分壓電容裝置、轉換電路及輸出裝置，球形導電殼體的上端部安裝有高壓引線，引線與分壓電容裝置的輸入端電氣連接，殼體的外部與分壓電容裝置的輸出端電氣連接，分壓電容裝置的信號輸出端依序連接轉換電路以及輸出裝置。
2.根據權利要求1所述的空間電容式分壓器，其特征在于，球形導電殼體為一種金屬 殼體。
3.根據權利要求1所述的空間電容式分壓器，其特征在于，球形導電殼體由一種導電 布纏繞成球體，內腔安裝有支撐架。
4.根據權利要求1所述的空間電容式分壓器，其特征在于，球形導電殼體由上殼體和 下殼體組成，上殼體的內腔中安裝有一平臺，分壓電容裝置、轉換電路及輸出裝置安裝放置 在該平臺上，上殼體與下殼體的外表面通過電氣進行連接，內側面采用緊固裝置進行連接。
5.根據權利要求1所述的空間電容式分壓器，其特征在于，分壓電容裝置包括有復數 個電容器，每個電容器均串聯(lián)連接有一選擇開關，串接有開關的電容器并聯(lián)連接，并聯(lián)電路 一端與球形導電殼體外側部連接，另一端與高壓引線連接，每個選擇開關均與一控制器連 接。
6.根據權利要求1所述的空間電容式分壓器，其特征在于，轉換電路為一種模數轉換 電路。
7.根據權利要求1所述的空間電容式分壓器，其特征在于，轉換電路包括有模數轉換 電路和電光轉換電路。
8.光纖數字高壓測量裝置，其特征在于，包括一種權利要求1所述的空間電容式分壓 器以及低壓側裝置；空間電容式分壓器中，分壓電容裝置包括有復數個電容器，每個電容器均串聯(lián)連接有 一選擇開關，串接有開關的電容器并聯(lián)連接，并聯(lián)電路一端與球形導電殼體外側部連接，另 一端與高壓引線連接，每個選擇開關均與第一控制器連接，轉換電路包括有電連接的模數轉換電路和第一電光轉換電路，分壓電容裝置的輸出端 與模數轉換電路電連接，第一電光轉換電路及第一控制器分別與第一光纖收發(fā)器連接；低壓側裝置包括有第二光纖收發(fā)器、第二電光轉換電路、處理電路、顯示電路以及第二 控制器，第二光纖收發(fā)器分別連接第二電光轉換電路和第二控制器，第二電光轉換電路通 過處理電路與顯示電路連接；第一光纖收發(fā)器和第二光纖收發(fā)器通過一種光纖通訊線路連接。
9.根據權利要求8所述的光纖數字高壓測量裝置，其特征在于，還包括有前置電路、放 大電路以及自檢電路，前置電路插接在選擇開關與第一控制器之間，同時前置電路通過放 大電路與轉換電路連接，第一控制器的另一控制端與放大電路連接，自檢電路的輸出端與 放大電路連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分壓器及高電壓測量裝置，特別是一種空間電容式分壓器及其在高壓測量裝置上的應用?？臻g電容式分壓器采用一種球形導電殼體，其與大地之間形成空間電容，不但能夠承受更高電壓，還能提供電屏蔽，體積小，簡化了分壓器結構，重量也小，運輸方便，安裝簡單，成本低廉，測試電壓等級高。該空間電容式分壓器在高壓測量裝置上的應用具體為一種光纖數字高壓測量裝置，其要點在于，采用空間電容式分壓器作為高壓側采集電路，結構簡單，安裝容易，攜帶方便；采用光纖作為高低壓電氣隔離設備以及通訊線路，避免低壓側引入暫態(tài)干擾信號，誤差小，測量精度高；采用分壓電容裝置為可控制量程變換，可適應不同電壓等級的測試線路。
文檔編號G01R19/25GK101949964SQ201010252249
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月12日 優(yōu)先權日2010年8月12日
發(fā)明者應宗明, 廖福旺, 張孔林, 李棣, 林軼群, 柔少瑜, 游浩, 邵德斌, 黃海鯤 申請人:福建省電力試驗研究院;福建中試所電力調整試驗有限責任公司