本發(fā)明一種適合變電站現(xiàn)場測量的電壓傳感器，涉及電力系統(tǒng)測量領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著數(shù)字化變電站和智能電網(wǎng)的發(fā)展，傳統(tǒng)互感器由于存在鐵磁諧振、絕緣性差、動態(tài)范圍窄等缺點，已無法滿足電網(wǎng)的發(fā)展要求。為適應(yīng)高容量、高電壓等級的發(fā)展需求，具有無磁飽和現(xiàn)象、測量精度高、頻率響應(yīng)寬等優(yōu)勢的電子式電壓互感器得到越來越多的重視，成為電力系統(tǒng)測量的主要發(fā)展方向。然而，在實際運行中，電子式電壓互感器準確度超差現(xiàn)象較為嚴重，因此需要對其進行準確度的校驗。傳統(tǒng)互感器校驗方式大都為離線校驗，不僅操作復(fù)雜，校驗周期長，而且會帶來停電損失，對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行造成了不利影響。因而，為提高互感器的準確度，保證電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟運行，亟待研究一種能夠在線路帶電狀態(tài)下實現(xiàn)對電子式電壓互感器進行校驗的傳感器。

目前已有部分學者對電子式互感器在線校驗方面展開了相關(guān)研究，雖取得了一定成功，但仍存在很多問題：中國專利“CN102645643A” 設(shè)計了一種電子式電壓互感器在線校驗系統(tǒng)，然而，由于采用傳統(tǒng)電磁式電壓互感器作為標準互感器，因而帶電接入電網(wǎng)時可能會產(chǎn)生鐵磁諧振，存在一定的安全隱患，且當電壓等級較高時，設(shè)備的尺寸和重量也將變大，不利于在線校驗使用；中國專利“CN102401889A”提出了一種針對電子式電流互感器的在線校驗方法，但該方法不適用于電子式電壓互感器的校驗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對目前電子式電壓互感器校驗技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種適合變電站現(xiàn)場測量的電壓傳感器，采用平行板電容器作為一次電壓傳感單元，體積小、重量輕；抗干擾性好、無鐵磁諧振、電容器整體對外封閉、內(nèi)充空氣、形成了一種氣體電容器。電容器包括高壓電容和低壓電容兩部分，通過檢測低壓電容中的電壓獲取一次電壓信號?？稍诰€路不斷電的情況下，實現(xiàn)對電子式電壓互感器準確度的校驗，避免了因停電造成的損失和不便，提高了系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種適合變電站現(xiàn)場測量的電壓傳感器，包括均壓環(huán)、一次電壓傳感單元、采集傳輸單元、升降平臺。所述一次電壓傳感單元采用平行板電容器構(gòu)成高壓電容和低壓電容，內(nèi)充空氣，形成了一種氣體電容器；所述高壓電容由3個三個極間距為1.5m的氣體電容器構(gòu)成；低壓電容由1個極間距為0.04m的氣體電容器構(gòu)成；高壓電容和低壓電容通過串聯(lián)分壓。

采集傳輸單元置于低壓電容下方，兩者通過光纖相連。

采集傳輸單元由信號處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、FPGA三部分依次連接而成。

采集傳輸單元輸出的信號可經(jīng)光纖傳輸給后續(xù)處理終端。

均壓環(huán)用于連接平行板電容器和一次導(dǎo)線。

升降平臺放置于一次電壓傳感單元和采集傳輸單元的下方。

所述升降平臺安裝于小車上。

所述信號處理模塊用于對低壓電容輸出的模擬電壓信號進行濾波，消除諧波信號的干擾，使信號變得更加平滑；A/D轉(zhuǎn)換模塊用于將模擬的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號；FPGA實現(xiàn)信號的幀格式處理，使最終輸出為基于IEC 61850協(xié)議的數(shù)字量信號。

所述后續(xù)處理終端為合并單元、校驗裝置或者繼電保護設(shè)備。

所述平行板電容器包括高、低壓電極和絕緣操作桿，高、低壓電極為銅電極，絕緣操作桿采用硅橡膠制成。

所述均壓環(huán)為銅制均壓環(huán)。

一種電子式電壓互感器校驗方法，一次電壓傳感單元采用平行板電容器構(gòu)成高壓電容和低壓電容，通過檢測低壓電容中的電壓獲取一次電壓信號；一次電壓傳感單元通過控制升降平臺接入或退出一次導(dǎo)線，實現(xiàn)了一次電壓信號的在線獲取。一次電壓傳感單元輸出的電壓信號通過光纖傳輸給采集傳輸單元，采集傳輸單元的輸出為基于IEC 61850協(xié)議的數(shù)字量信號，其輸出可經(jīng)光纖傳輸給后續(xù)合并單元、校驗裝置或者繼電保護設(shè)備。

一種電子式電壓互感器校驗方法，一次電壓傳感單元和采集傳輸單元于升降平臺和小車的上方，在線校驗時，通過調(diào)節(jié)升降平臺的高度實現(xiàn)一次電壓傳感單元接入或退出一次導(dǎo)線，從而獲取一次電壓信號。

本發(fā)明一種適合變電站現(xiàn)場測量的電壓傳感器，采用氣體電容器作為一次傳感單元，隨著電壓等級的提高其體積和重量變化不大，具有體積小、重量輕、原理結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高等優(yōu)點，此外，可實現(xiàn)對電子式電壓互感器的帶電校驗，縮短了校驗周期，簡化了操作步驟，避免了因停電造成的損失，提高了電子式電壓互感器在線校驗的準確度和可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明適合變電站現(xiàn)場測量的電壓傳感器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明均壓環(huán)示意圖。

圖3為本發(fā)明一次電壓傳感單元原理圖。

圖4為本發(fā)明采集傳輸單元模塊連接圖。

圖5為本發(fā)明采集傳輸單元模塊等效電路圖。

具體實施方式

如圖1~圖5所示，一種適合變電站現(xiàn)場測量的電壓傳感器，包括均壓環(huán)1、一次電壓傳感單元2、采集傳輸單元6、升降平臺7。

所述一次電壓傳感單元2采用平行板電容器構(gòu)成高壓電容4和低壓電容5，內(nèi)充空氣，形成了一種氣體電容器，具有良好的絕緣性，且電壓等級提高時其體積和重量變化不大，非常適合現(xiàn)場校驗。所述高壓電容4由3個三個極間距為1.5m的氣體電容器構(gòu)成；低壓電容5由1個極間距為0.04m的氣體電容器構(gòu)成；高壓電容4和低壓電容5通過串聯(lián)分壓。當高壓輸電電路為220kV時，在低壓電容5中產(chǎn)生的電壓信號U₁大約為4V，通過檢測低壓電容5中的電壓信號獲取一次電壓信號。其結(jié)構(gòu)和原理簡單，體積小，重量輕，可實現(xiàn)帶電校驗，避免了因停電造成的損失，提高了電子式電壓互感器的準確度和經(jīng)濟性。

平行板電容器由4個氣體電容器C1~C4相串聯(lián)而成，起到分壓作用，當對高壓電容4的高壓電極施加激勵后，會在低壓電容5中產(chǎn)生電壓信號，其輸出經(jīng)光纖傳輸給低壓側(cè)的采集傳輸單元6，在采集傳輸單元6中進行信號處理，然后可經(jīng)光纖傳輸給合并單元、校驗平臺或其他接收裝置進行下一步的數(shù)據(jù)分析處理，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率和精度。

采集傳輸單元6置于低壓電容5下方，兩者通過光纖相連；

采集傳輸單元6由信號處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、FPGA三部分依次連接而成；所述信號處理模塊用于對低壓電容5輸出的模擬電壓信號進行濾波，消除諧波信號的干擾，使信號變得更加平滑；A/D轉(zhuǎn)換模塊用于將模擬的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號。FPGA實現(xiàn)信號的幀格式處理，使最終輸出為基于IEC 61850協(xié)議的數(shù)字量信號，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率和準確度。

采集傳輸單元6輸出的信號可經(jīng)光纖10傳輸給后續(xù)處理終端11。所述后續(xù)處理終端11為合并單元、校驗裝置或者繼電保護設(shè)備。

均壓環(huán)1用于連接平行板電容器和一次導(dǎo)線；

升降平臺7放置于一次電壓傳感單元2和采集傳輸單元6的下方?？筛鶕?jù)現(xiàn)場線路高度的不同，通過調(diào)節(jié)升降平臺7的高度實現(xiàn)在線校驗，因而適用于對多種電壓等級的在線校驗。所述升降平臺7安裝于小車8上。

所述平行板電容器包括高壓電極3、低壓電極和絕緣操作桿9三部分，高、低壓電極為銅電極，具有良好的導(dǎo)電性和耐腐蝕性，絕緣操作桿9采用硅橡膠制成，重量輕且絕緣性能好，保證了電容器整體的抗干擾性。

所述均壓環(huán)1為銅制均壓環(huán)，具有良好的導(dǎo)電性，用于連接電容器和一次導(dǎo)線，此外用于改善電容器周圍的電場分布，使電場分布更加均勻，防止尖端放電對測試結(jié)果的干擾，提高測量的準確度。

一種電子式電壓互感器校驗方法，一次電壓傳感單元2采用平行板電容器構(gòu)成高壓電容4和低壓電容5，通過檢測低壓電容5中的電壓獲取一次電壓信號；一次電壓傳感單元2通過控制升降平臺7接入或退出一次導(dǎo)線，實現(xiàn)了一次電壓信號的在線獲取。一次電壓傳感單元2輸出的電壓信號通過光纖傳輸給采集傳輸單元6，采集傳輸單元6的輸出為基于IEC 61850協(xié)議的數(shù)字量信號，其輸出可經(jīng)光纖10傳輸給后續(xù)合并單元、校驗裝置或者繼電保護設(shè)備，進行下一步的數(shù)據(jù)分析處理。

一種電子式電壓互感器校驗方法，一次電壓傳感單元2和采集傳輸單元6于升降平臺7和小車8的上方，在線校驗時，通過調(diào)節(jié)升降平臺7的高度實現(xiàn)一次電壓傳感單元2接入或退出一次導(dǎo)線，從而獲取一次電壓信號。操作方便，可實現(xiàn)對多種電壓等級的電子式電壓互感器的在線校驗。