CN101949964B - 空间电容式分压器及其在高压测量装置上的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分压器及高电压测量装置，特别是一种空间电容式分压器及其在高压测量装置上的应用。空间电容式分压器采用一种球形导电壳体，其与大地之间形成空间电容，不但能够承受更高电压，还能提供电屏蔽，体积小，简化了分压器结构，重量也小，运输方便，安装简单，成本低廉，测试电压等级高。该空间电容式分压器在高压测量装置上的应用具体为一种光纤数字高压测量装置，其要点在于，采用空间电容式分压器作为高压侧采集电路，结构简单，安装容易，携带方便；采用光纤作为高低压电气隔离设备以及通讯线路，避免低压侧引入暂态干扰信号，误差小，测量精度高；采用分压电容装置为可控制量程变换，可适应不同电压等级的测试线路。
Description
技术领域
本发明涉及一种分压器及高电压测量装置，特别是一种空间电容式分压器及其在高压测量装置上的应用。
背景技术
高压测量是现场电器试验中不可或缺的测试环节，实现高压测量必须采用高压分压器和低压仪表，高压分压器可以耦合高压线路上的电压信号，并进行取样，低压仪表可以根据取样信号进行处理并输出结果。
现有技术中的分压器主要通过电容和电阻来实现高压的传感，存在电容量的稳定性一次设备的安装问题，同时，如果测量的电压较高，分压器需要采用多节电容或者电阻进行逐级分压，不同等级的电压需要使用不同分压级别的分压器；另外，分压器需要解决内、外部绝缘问题，因此需要采用绝缘设备、接地设备等进行安全措施方面的设计，因此存在以下不足之处：多级分压的电容以及各个安全措施设备导致现有技术的分压器体积高大，重量大，运输不方便，现场安装工作量大，制造成本高，使用困难，测试的电压等级有限，无法用于1000KV左右的高压线路。
由于现有技术的分压器所存在的缺陷，导致现有技术的高压测量装置也存在上述不足。而且现有技术中的高压测量装置低压仪表部分与高压分压器部分是采用电信号传输的，容易引入各种暂态干扰信号，导致信号失真，同时存在高频响应频特性不好，容易带来幅频误差问题，因此测量结果也会有较大误差。
发明构成
本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种体积小、重量轻、运送方便、成本低廉、使用简单、可测试大级别高电压线路且测试误差小的空间电容式分压器及其在高压测量装置上的应用。
本发明所述的空间电容式分压器是通过以下途径来实现的：
空间电容式分压器，其结构要点在于，包括有球形导电壳体，安装在壳体内的分压电容装置、转换电路及输出装置，球形导电壳体的上端部安装有高压引线，引线与分压电容装置的输入端电气连接，壳体的外部与分压电容装置的输出端电气连接，分压电容装置的信号输出端依序连接转换电路以及输出装置。
这样，球形导电壳体便与大地之间形成一个空间电容，可以承受较高级别的高电压，该空间电容与分压电容装置串联连接；同时，球形导电壳体可以作为一个球形等位体，其电荷均匀分布在外壳体表面，为安装在其壳体内的分压电容装置、转换电路等提供电屏蔽，使得上述电路可以安装在其球体壳内。使用时，由高压引线连接被测高压线路后，电压引入串联连接的分压电容装置以及空间电容中，空间电容承受了大部分高压，分压电容装置对所感应到的电压进行再分压，或者直接输出到转换电路进行处理，最后由输出装置输出转换后信号，以供使用。
本发明所述空间电容式分压器具有如下技术效果：1、由于空间电容的另一电极为大地，因此所述分压器无需再采用接地装置，2、空间电容以空气作为电极板间绝缘介质，故而不需要另行采用绝缘措施，3、空间电容的电容量小，承受的电压等级高，可达500KV以上。因此空间电容式分压器体积可以大大减小，简化了分压器的结构，重量也小，运输方便，安装简单，也降低了成本，提高了测试电压等级。
本发明可以进一步具体为：
球形导电壳体为一种金属壳体。或者是：
球形导电壳体由一种导电布缠绕成球体，内腔安装有支撑架。
作为空间电容的球形导电壳体，其承受的电压等级越高，则直径需要越大，采用金属壳体能够使其电荷分布更为稳定，均匀，但重量和体积都偏大，而采用导电布制成的球形导电壳体，则可以大大减轻重量，在不使用时，可以操作支撑架，将壳体折叠，大大缩小了体积，方便了携带和运输。
球形导电壳体由上壳体和下壳体组成，上壳体的内腔中安装有一平台，分压电容装置、转换电路及输出装置安装放置在该平台上，上壳体与下壳体的外表面通过电气进行连接，内侧面采用紧固装置进行连接。
分压器的分压电容装置等电路设备需要安装在壳体中，因此将球形导电壳体一分为二，便于电路设备的安装放置和维护；同时采用电气连接上下壳体，保证上下壳体仍为完整球体，电荷能够均匀分布在球体表面。使用时，将下壳体与上壳体合成球体，内侧面采用扣接装置、螺旋装置等紧固装置将上下壳体紧固连接在一起，外侧面通过导电装置将上下壳体进行电气连接。
分压电容装置包括有复数个电容器，每个电容器均串联连接有一选择开关，串接有开关的电容器并联连接，并联电路一端与球形导电壳体外侧部连接，另一端与高压引线连接，每个选择开关均与一控制器连接。
根据所测电压等级，分压电容装置可以通过控制器选择接入的电容器数量，从而通过改变分压电容值实现不同的量程分压。这就解决了现有的分压器容量固定，测量级别单一的问题，实现了一台分压器可测试多个级别电压的技术效果，满足了测试多样性的需求。
转换电路为一种模数转换电路，其实现将分压后的模拟量转换成数字电信号，以便于进一步处理。
转换电路还可以是：
转换电路包括有模数转换电路和电光转换电路。
先将电压模拟量转换成数字电信号，然后再转换成光信号，或者是其他载波信号，并传送给低压侧。本发明采用电光转换电路，最后输出装置连接一种光纤通讯线路，光纤作为一种绝缘设备，可以为高压侧和低压侧实现更好的电气隔离，使低压侧接收到得信号不容易引入干扰信号，出现信号失真，测量精度高，误差小。
本发明所述的空间电容式分压器在高压测量装置上的应用具体为一种光纤数字高压测量装置，其通过以下途径来实现：
光纤数字高压测量装置，其结构要点在于，包括一种如上所述的空间电容式分压器以及低压侧装置，
空间电容式分压器中，分压电容装置包括有复数个电容器，每个电容器均串联连接有一选择开关，串接有开关的电容器并联连接，并联电路一端与球形导电壳体外侧部连接，另一端与高压引线连接，每个选择开关均与第一控制器连接，
转换电路包括有电连接的模数转换电路和第一电光转换电路，分压电容装置的输出端与模数转换电路电连接，第一电光转换电路及第一控制器分别与第一光纤收发器连接；
低压侧装置包括有第二光纤收发器、第二电光转换电路、处理电路、显示电路以及第二控制器，第二光纤收发器分别连接第二电光转换电路和第二控制器，第二电光转换电路通过处理电路与显示电路连接；
第一光纤收发器和第二光纤收发器通过一种光纤通讯线路连接。
上述光纤数字高压测量装置的工作流程如下：
低压侧装置的第二控制器根据线路条件发出控制指令，该指令经由第二光纤收发器、光纤传送到第一光纤收发器，并由第一控制器接收，第一控制器根据指令控制接入线路的分压电容量；
高压侧，空间电容式分压器经由高压引线连接到受测电路上后，大部分电压由串联的空间电容承受，分压电容装置根据比例承受一定电压，在分压后，输出电压模拟信号，
该电压模拟信号经由模数转换电路转换成数字电信号后，再由电光转换电路转换成光信号，然后通过第一光纤收发器发送出去；
光信号经由光纤传送到第二光纤收发器，第二光纤收发器将信号发给第二电光转换电路，由光信号转换成数字电信号，处理装置处理后发送给显示电路。
光纤数字高压测量装置的优势在于，其采用空间电容式分压器作为高压侧采集电路，结构简单，安装容易，成本低廉，携带方便，能够测量500KV及以上等级的高压线路；采用光纤作为高压侧和低压侧的电气隔离，同时又可以作为高压侧和低压侧的通讯线路，避免了低压侧装置引入暂态干扰信号，信号不易失真，误差小，测量精度高；采用控制器由低压侧控制高压侧接入的分压电容，以适应不同电压等级的测试线路。
上述空间电容式分压器中还包括有前置电路、放大电路以及自检电路，前置电路插接在选择开关与第一控制器之间，同时前置电路通过放大电路与转换电路连接，第一控制器的另一控制端与放大电路连接，自检电路的输出端与放大电路连接。
前置电路为一种继电器辅助控制电路，可根据控制对电容器所串接的选择开关进行开合操作；放大电路用于对接收到的电压模拟信号进行放大处理，自检电路用于检测相关电路中的电源电路，第一控制器除了控制前置电路，同时还控制放大电路，使输出的信号符合设定的比例。
综上所述，本发明提供了一种空间电容式分压器及其在高压测量装置上的应用，采用一种球形导电壳体，其与大地之间形成空间电容，能够承受更高电压，球形导电壳体为一个球形等位体，其电荷均匀分布在外壳体表面，为安装在其壳体内的分压电容装置、转换电路等提供电屏蔽，使得上述电路可以安装在其球体壳内而不受干扰。空间电容式分压器体积小，结构简单，重量也小，运输方便，安装简单，也降低了成本，提高了测试电压等级。该空间电容式分压器在高压测量装置上的应用具体为一种光纤数字高压测量装置，其采用空间电容式分压器作为高压侧采集电路，结构简单，安装容易，成本低廉，携带方便，能够测量500KV及以上等级的高压线路；采用光纤作为高压侧和低压侧的电气隔离，同时又可以作为高压侧和低压侧的通讯线路，避免了低压侧装置引入暂态干扰信号，信号不易失真，误差小，测量精度高；采用控制器由低压侧控制高压侧接入的分压电容，以适应不同电压等级的测试线路。
附图说明
图1所示为本发明所述空间电容式分压器的结构示意图；
图2所示为本发明所述光纤数字高压测量装置的现场结构示意图；
图3所示为本发明所述光纤数字高压测量装置的电路原理框图；
图4所示为图3中高压侧电路的电路图；
图5所示为图3中低压侧电路的电路图。
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
具体实施例
最佳实施例：
参照附图1，空间电容式分压器，包括有球形导电壳体1，安装在壳体内的分压电容装置、转换电路及输出装置等电路装置2；
球形导电壳体1由一种导电布缠绕成空心球体而制成，空心内腔中安装有支撑架3，球形壳体有上壳体11和下壳体12组成，上壳体的内腔中靠近下壳体的位置安装有一平台，电路装置2安装置于在该平台上，上壳体11与下壳体12的外侧表面进行电气连接以保证球体的完整度，内侧面采用扣接装置4进行紧固连接。
上壳体11的上端顶部具有第一通孔5，高压引线6经由该第一通孔5连接到分压电容装置的输入端，分压电容装置的输出端与球形导电壳体1的外侧面电连接；电路装置2的输出端通过下壳体12的下底部的第二通孔7引出球体。
空间电容式分压器的电路结构见应用实施例。
参照附图2和附图3，空间电容式分压器的在高压测量上的应用具体为一种光纤数字高压测量装置，附图2中电路装置的输出端连接光纤，并通过光纤与低压侧装置连接。
光纤数字高压测量装置，包括有如上所述的空间电容式分压器和低压侧装置；
空间电容式分压器中具体为：分压电容装置包括有复数个电容器，每个电容器均串联连接有一选择开关，串接有开关的电容器并联连接，并联电路一端与球形导电壳体外侧部连接，另一端与高压引线连接，测试时，高压引线挂接在被测线路上，每个选择开关均与第一控制器连接，这样球形导电壳体与大地形成一个能够承受大电压的空间电容，该空间电容与分压电容装置串接；
空间电容式分压器还包括有前置电路、放大电路、自检电路和转换电路，前置电路插接在选择开关与第一控制器之间，同时前置电路通过放大电路与转换电路连接，第一控制器的另一控制端与放大电路连接，自检电路的输出端与放大电路连接。转换电路包括有电连接的模数转换电路和第一电光转换电路，分压电容装置的模拟量输出端依序通过前置电路和放大电路与模数转换电路电连接，第一电光转换电路及第一控制器分别与第一光纤收发器连接；
低压侧装置包括有第二光纤收发器、第二电光转换电路、处理电路、显示电路以及第二控制器，第二光纤收发器分别连接第二电光转换电路和第二控制器，第二电光转换电路通过处理电路与显示电路连接；其中处理装置可以包括数模转换电路、波形还原及测量电路等。第一光纤收发器和第二光纤收发器通过一种光纤通讯线路连接。
上述光纤数字高压测量装置的工作流程如下：
低压侧装置的第二控制器根据线路条件发出控制指令，该指令经由第二光纤收发器、光纤传送到第一光纤收发器，并由第一控制器接收，第一控制器根据指令控制接入线路的分压电容量；
高压侧，空间电容式分压器经由高压引线连接到受测电路上后，大部分电压由串联的空间电容承受，分压电容装置根据比例承受一定电压，在分压后，输出电压模拟信号，并发送给模数转换电路，
该电压模拟信号经由模数转换电路转换成数字电信号后，再由电光转换电路转换成光信号，然后通过第一光纤收发器发送出去；
光信号经由光纤传送到第二光纤收发器，第二光纤收发器将信号发给第二电光转换电路，由光信号转换成数字电信号，处理装置可以直接将数字信号处理后发送给显示电路，还可以对数字信号进行数模转换，并进行波形还原和测量，最后得到测量电压的波形数据。
附图4所示电路图对应附图3中的高压侧电路框图，图中上方电路图从左到右依序为前置电路、放大电路和模数转换电路，其中模数转换电路包括型号为AD1672的转换芯片；下方电路图为电光转换电路图，包括型号为EPM7064SLC44的处理芯片。
附图5所示电路图对应附图3中低压侧电路框图，图中同样提供了两块型号为EPM7064SLC44的光电处理芯片，数模转换电路采用型号为AD7245的转换芯片，第二光纤收发器由U6所示光纤接头及电路组成。
本发明未述部分与现有技术相同。
Claims (9)
1.空间电容式分压器，其特征在于，包括有球形导电壳体，安装在壳体内的分压电容装置、转换电路及输出装置，球形导电壳体的上端部安装有高压引线，引线与分压电容装置的输入端电气连接，壳体的外部与分压电容装置的输出端电气连接，分压电容装置的信号输出端依序连接转换电路以及输出装置。
2.根据权利要求1所述的空间电容式分压器，其特征在于，球形导电壳体为一种金属壳体。
3.根据权利要求1所述的空间电容式分压器，其特征在于，球形导电壳体由一种导电布缠绕成球体，内腔安装有支撑架。
4.根据权利要求1所述的空间电容式分压器，其特征在于，球形导电壳体由上壳体和下壳体组成，上壳体的内腔中安装有一平台，分压电容装置、转换电路及输出装置安装放置在该平台上，上壳体与下壳体的外表面通过电气进行连接，内侧面采用紧固装置进行连接。
5.根据权利要求1所述的空间电容式分压器，其特征在于，分压电容装置包括有复数个电容器，每个电容器均串联连接有一选择开关，串接有开关的电容器并联连接，并联电路一端与球形导电壳体外侧部连接，另一端与高压引线连接，每个选择开关均与一控制器连接。
6.根据权利要求1所述的空间电容式分压器，其特征在于，转换电路为一种模数转换电路。
7.根据权利要求1所述的空间电容式分压器，其特征在于，转换电路包括有模数转换电路和电光转换电路。
8.光纤数字高压测量装置，其特征在于，包括一种权利要求1所述的空间电容式分压器以及低压侧装置；
空间电容式分压器中，分压电容装置包括有复数个电容器，每个电容器均串联连接有一选择开关，串接有开关的电容器并联连接，并联电路一端与球形导电壳体外侧部连接，另一端与高压引线连接，每个选择开关均与第一控制器连接，
转换电路包括有电连接的模数转换电路和第一电光转换电路，分压电容装置的输出端与模数转换电路电连接，第一电光转换电路及第一控制器分别与第一光纤收发器连接；
低压侧装置包括有第二光纤收发器、第二电光转换电路、处理电路、显示电路以及第二控制器，第二光纤收发器分别连接第二电光转换电路和第二控制器，第二电光转换电路通过处理电路与显示电路连接；
第一光纤收发器和第二光纤收发器通过一种光纤通讯线路连接。
9.根据权利要求8所述的光纤数字高压测量装置，其特征在于，还包括有前置电路、放大电路以及自检电路，前置电路插接在选择开关与第一控制器之间，同时前置电路通过放大电路与转换电路连接，第一控制器的另一控制端与放大电路连接，自检电路的输出端与放大电路连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Free format text: FORMER OWNER: FUJIAN PROV. INST. OF POWER EXPERIMENT Effective date: 20121127 Owner name: FUJIAN ELECTRIC POWER CO., LTD. FUJIAN ELECTRIC PO Free format text: FORMER OWNER: FUJIAN ZHONGSHISUO POWER ADJUSTING EXPERIMENT CO., LTD.;FUJIAN ELECTRIC POWER TESTING+ RESEARCH INS Effective date: 20121127 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 350007 FUZHOU, FUJIAN PROVINCE TO: 100031 XICHENG, BEIJING |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20121127 Address after: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant after: State Grid Corporation of China Applicant after: Fujian Electric Power Co., Ltd. Applicant after: Fujian Electric Power Co., Ltd., Electric Power Research Institute Applicant after: Fujian EPRI Power Commissioning Co., Ltd. Address before: 350007 No. 48, Garden Road, Fuzhou, Fujian Applicant before: Fujian Electric Power Testing and Research Institute Applicant before: Fujian EPRI Power Commissioning Co., Ltd. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |