本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)互感器裝置，具體涉及一種雙層等電位屏蔽結構的電容式電壓互感器。

背景技術：

隨著1000kV及以上特高壓輸電技術在輸電工程上的應用，提出了準確測量特高壓電網電壓的的要求?，F有的電力系統(tǒng)廣泛應用的工頻高電壓測量裝置主要有電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器兩種，兩者均屬于無源電壓測量系統(tǒng)，這些互感器基本上能夠滿足500kV及以下電壓等級電壓計量和繼電保護的要求。屬于有源電壓測量系統(tǒng)的光電式電壓互感器、電子式電壓互感器目前還處在研發(fā)和試運行過程中，尚有諸如電壓測量精度、激光器壽命、系統(tǒng)可靠性等問題需進一步研究解決，以滿足規(guī)模應用。

由于絕緣困難，超/特高壓等級已很少采用電磁式電壓互感器。由于結構簡單、可靠性高、造價較低，電容式電壓互感器(CVT)仍是超/特高壓等級電網電壓測量中應用的主要設備。但是，現有CVT的設計應用于特高壓電網，遇到了如下的技術困難：

1)雜散電容電流影響測量準確度

由于電容分壓器高壓臂與周圍的接地體或帶電體之間存在雜散電容，傳統(tǒng)的電容式電壓互感器(CVT)，在高電壓作用下，雜散電容電流流出或流入高壓臂，導致電壓測量誤差。這種誤差隨著電壓等級的增高而加大。檢測結果表明750kV電網電容式電壓互感器實的雜散電流(包括電容電流和絕緣套表面泄漏電流)引起的測量誤差可高達0.2％以上。電場仿真表明，1000kV的CVT，從分壓器高壓臂流入大地的電容電流可達20mA，這造成了顯著的測量誤差。通常采用加大分壓器主電容量的措施來減少雜散電流的影響，但即使電容量增大到10000pF，特高壓CVT的準確級也難達到0.1級的標準。

2)現場效驗困難

現有CVT測量誤差受雜散電容影響因而與安裝位置有關。現場安裝后，超/特高壓電壓等級的CVT，需要進行現場效驗，以修正出廠比差和角差。在特高壓變電站進行互感器的現場效驗絕非易事。除了特高壓標準電容器制造難度外， 特高壓變電站現場的電磁干擾也是進行現場準確效驗比對的重要制約因素。

綜上所述，特高壓輸電的發(fā)展對提高現有CVT的測量準確度、改善響應特性、免除現場效驗提出了迫切需求。

200710050439.5號中國專利申請公開了一種全屏蔽電容式電壓互感器，其包括置于密封的充滿絕緣介質殼體中的電容分壓部分和電磁裝置，電容分壓器的中、高壓電極與殼體三者為同軸結構，在電壓作用下，它們之間產生的電場力均勻分布于圓周上且相互抵消，電極之間的相對位置不會發(fā)生偏移，電極之間的電容極為穩(wěn)定，提高了互感器的精度。該專利采用了全屏蔽的結構，因而具有優(yōu)良的屏蔽效果，但也正是由于采用了全屏蔽措施，導致其體積會隨被測信號電壓等級的升高而迅速增大，受自身結構的限制，不適合在電力工程現場使用，更不能用于百萬伏特高壓的測量使用，這種全屏蔽結構的電壓互感器比較適合用于高壓實驗室替代標準電容器使用。

ZL201010163455.7號中國專利申請公開了一種等電位屏蔽電容式電壓互感器，其包括具有等電位屏蔽的雙層同軸電容器組件的電容分壓器和具有無儲能元件鐵磁諧振抑制器與中間變壓器的電磁單元，可以滿足從超高壓直至特高壓等級電網工頻交流電壓準確測量和繼電保護快速可靠動作的要求。由于測量主電容處于良好的屏蔽狀態(tài)，電容量可以大幅度降低，因而，分壓器的重量可大幅度降低，細高形的分壓器的抗震特性也隨之改善。

本發(fā)明的目的在于通過采用雙層等電位屏蔽結構，減小外界雜散電容與分壓器的耦合，降低從主電容通過雜散電容流出或流入的電流，使測量精度進一步提高；此外，僅需要更少的屏蔽電容個數和更低的電容量，就能夠達到與單層等電位屏蔽CVT相同的測量精度。

技術實現要素：

本發(fā)明設計的雙層等電位屏蔽結構的電容式電壓互感器主要基于等電位屏蔽技術，其原理如下：

在測量用分壓器高壓臂主電容外周設置一系列的環(huán)形同軸屏蔽電極，各層屏蔽電極與一個輔助用屏蔽分壓器相連?？梢宰C明，如果環(huán)形電極沿軸線的電位分布與測量用主電容的電位分布保持一致，則可以完全阻斷從主電容通過雜散電容流出或流入的電流。環(huán)形電極的電壓分布可以用輔助用屏蔽分壓器的參數選擇加 以調節(jié)。測量分壓器系統(tǒng)與環(huán)形電極及輔助用屏蔽分壓器系統(tǒng)之間沒有任何電氣連接。這樣，對地的電容電流和絕緣套表面的泄漏電流均由輔助用屏蔽分壓器提供，不經過測量用的主電容，使測量分壓器處于完善的屏蔽狀態(tài)，從而保證電壓測量的高精度。

本發(fā)明提供一種雙層等電位屏蔽結構的電容式電壓互感器，包括電容分壓器和電磁單元，所述電容分壓器從上至下由頂部均壓罩串聯(lián)三層同軸電容器，三層同軸電容器再依次串聯(lián)構成，所述電磁單元中包含補償電抗器、中間變壓器以及速飽和阻尼電抗器。

進一步的，所述三層同軸電容器由內到外依次同軸設有：主電容(1)、內層屏蔽用輔助電容(5)、內層環(huán)形屏蔽電極(4)、外層屏蔽用輔助電容(3)、復合絕緣套筒(7)、外層環(huán)形屏蔽電極(2)。

進一步的，所述主電容(1)放置在復合絕緣套筒(7)的內軸心，外層環(huán)形屏蔽電極(2)和內層環(huán)形屏蔽電極(4)同軸設置在主電容(1)的上下法蘭外沿，外層環(huán)形屏蔽電極(2)的直徑大于內層環(huán)形屏蔽電極(4)的直徑。

進一步的，沿復合絕緣套筒(7)內壁圓周布置有外層屏蔽用輔助電容(3)，所述外層屏蔽用輔助電容(3)的正極與負極與外層環(huán)形屏蔽電極可靠連接；在內層環(huán)形屏蔽電極(4)內側對稱布置有內層屏蔽用輔助電容(5)，所述內層屏蔽用輔助電容(5)的正極和負極與內層環(huán)形屏蔽電極可靠連接，

進一步的，所述主電容(1)、內層屏蔽用輔助電容(5)與內層環(huán)形屏蔽電極(4)、外層屏蔽用輔助電容(3)與外層環(huán)形屏蔽電極(2)三者之間相互沒有任何電氣聯(lián)結，通過絕緣材料(6)保持良好絕緣。

進一步的，所述電壓互感器的主電路為：高壓臂主電容C₁連接低壓臂主電容C₂后接地G，被測高電壓經接線端V接入互感器，分壓所得的被測信號F經串接的補償電抗器和中間變壓器后接地，中間變壓器的二次感應信號接入負載進行測量，與負載并聯(lián)的速飽和阻尼電抗器為鐵磁諧振抑制器。

進一步的，所述高壓臂主電容C₁和低壓臂主電容C₂由三層同軸電容器軸心的主電容(1)串聯(lián)組成。

進一步的，測量分壓器由多個三層同軸電容器的主電容(1)串聯(lián)構成。

進一步的，輔助用屏蔽分壓器由多個三層同軸電容器的外層屏蔽用輔助電容 (3)和內層屏蔽用輔助電容(5)分別串聯(lián)構成。

進一步的，輔助用屏蔽分壓器直接接地，構成測量分壓器的雙層等電位屏蔽結構；測量分壓器的輸出端通過補償電抗器接入中間變壓器初級繞組進線端，中間變壓器初級繞組出線端接地；在中間變壓器次級繞組出線端與地之間并聯(lián)速飽和阻尼電抗器；同時中間變壓器次級繞組出線端經負載接地。

與最接近的現有技術比，本發(fā)明具有如下優(yōu)異效果：

(1)本發(fā)明的電容式電壓互感器的電壓測量精度、響應快，可以滿足從超高壓至特高壓等級電網工頻交流電壓準確測量的要求；

(2)測量用分壓器處于良好的屏蔽狀態(tài)，不受雜散參數的影響，分壓比穩(wěn)定，測量精度高，可作為標準互感器使用；

(3)作為工程現場用互感器時，無需進行現場效驗，屏蔽電容和主電容量值小，設備整體重量輕，抗風、抗震等機械性能好。

附圖說明

圖1為雙層等電位屏蔽結構的電容式電壓互感器外形示意圖，

其中，A-頂部均壓罩，B-三層同軸電容器，C-電磁單元；

圖2為三層同軸電容器橫剖面示意圖，

其中，1、測量用主電容，2、外層環(huán)形屏蔽電極，3、外層屏蔽用輔助電容，4、內層環(huán)形屏蔽電極，5、內層屏蔽用輔助電容，6、絕緣材料，7、復合絕緣套筒；

圖3為三層同軸電容器組件縱剖面圖，

圖4是依據本發(fā)明的新型電壓互感器主電路圖。

具體實施例

下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。

本發(fā)明的主要由帶有雙層等電位屏蔽結構的同軸電容器組件的電容分壓器和傳統(tǒng)的電磁單元組成。

如圖1所示，為雙層等電位屏蔽結構的電容式電壓互感器外形示意圖，自上而下各部件及連接關系為：A部分為頂部均壓罩，其下串聯(lián)連接四個B部分，B部分為三層同軸電容器，而后再連接C部分電磁單元。

如圖2所示為雙層等電位屏蔽結構的電容器組件剖面示意圖，等電位屏蔽的 三層同軸電容器組件是本發(fā)明的核心組件，其內部結構：在復合絕緣套筒7內軸心放置測量用主電容1，在主電容的上下法蘭外沿設置同軸的外層環(huán)形屏蔽電極2，沿復合絕緣套筒內壁圓周對稱布置若干個外層屏蔽用輔助電容3，它的兩極與上下外層環(huán)形屏蔽可靠連接，在外層屏蔽電容3的電極與主電容1的電極之間設置內層環(huán)形屏蔽電極4，沿內層環(huán)形屏蔽電極內側再對稱布置若干個內層屏蔽用輔助電容5，主電容、內層屏蔽電容與內層環(huán)形屏蔽電極、外層屏蔽電容與外層環(huán)形屏蔽電極三者之間相互不允許有任何電氣聯(lián)結，用氣體絕緣材料或泡沫絕緣材料6保持三者之間的良好的絕緣。

根據電壓等級的要求，可選用多個上述的三層同軸電容器組件串聯(lián)，組成等電位屏蔽的電容分壓器。

如圖4所示為依據本項發(fā)明設計的特高壓等電位屏蔽電容式電壓互感器的主電路，圖中C₁為高壓臂主電容，C₂為低壓臂主電容，Cs為對地雜散電容，V點為接被測高電壓的接線端，G點為接地，F點為分壓所得的被測信號，該信號經補償電抗器和中間變壓器進行信號調理后接入負載進行測量，速飽和阻尼電抗器與負載并聯(lián)作為鐵磁諧振抑制器。

三層同軸電容器組件內層的電容器串聯(lián)組成測量高壓臂主電容C₁和低壓臂主電容C₂，通過低壓臂主電容C₂接地，構成測量分壓器；屏蔽用輔助用屏蔽分壓器逐級串聯(lián)后直接接地，構成測量分壓器的等電位屏蔽；分壓器的輸出端通過補償電抗器接入中間變壓器初級繞組；在中間變壓器次級并聯(lián)速飽和阻尼電抗器；電磁單元出口接到負載。

最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：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，其均應涵蓋在本權利要求范圍當中。