CN103235166B - 手孔式电容分压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种手孔式电容分压器，包括感应电极、手孔盖板和电缆接头，感应电极固定安装在手孔盖板上，并且感应电极与电缆接头电连接，感应电极与手孔盖板之间设置有绝缘薄膜，感应电极与手孔盖板之间绝缘，手孔式电容分压器还包括：绝缘板，设置在感应电极和手孔盖板之间；第一密封圈，设置在绝缘板与感应电极的接触面之间以对绝缘板与感应电极之间进行气体密封；第二密封圈，设置在绝缘板与手孔盖板的接触面之间以对绝缘板与手孔盖板之间进行气体密封。本发明有效地解决了现有技术中手孔式电容分压器低压臂并联电阻低的问题，进而满足手孔式电容分压器的低频特性。

Description

手孔式电容分压器

技术领域

本发明具体涉及一种手孔式电容分压器。

背景技术

气体绝缘金属封闭组合电器（Gas Insulated Substation,简称GIS）是电力***中大量使用的变电站设备，它是把断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器和母线等电力设备元件集成并密封在一个金属封闭的容器内，充以高压力的SF₆气体，实现设备紧凑性和安全可靠性。

GIS中的断路器和隔离开关进行关合和分断操作时，能够发生开关触头间隙的预击穿和重击穿。开关触头间隙的击穿能够在GIS内部产生高陡度和高频率的电磁暂态，称为特快速暂态（Very Fast Transient，简称VFT）。VFT的电压能够远远超过变电站电力设备的正常运行电压，导致设备绝缘的损坏；VFT还能够耦合进入变电站的控制保护***，干扰控制保护***的正常工作，并可能导致设备损坏。因此需要对变电站的VFT进行测量和分析，并采取措施进行抑制。GIS中VFT的测量需要宽的测量频带。VFT的频率可高达数10MHz；VFT叠加在工频电压上，VFT的测量需要同时测量工频电压分量。因此，VFT测量需要数Hz至百MHz的测量频带。

对GIS中VFT的测量，现有技术主要采用手孔式电容分压器，GIS的基本结构如图1和图2所示，GIS母线包含的中心导电杆1和接地的金属外壳2为同轴结构，VFT出现在中心导电杆和金属外壳之间。VFT测量的手孔式电容分压器由GIS金属外壳上的手孔3、手孔盖板4、感应电极5、绝缘薄膜6、固定螺栓7、螺栓垫圈8和电缆接头9组成，感应电极5安装在手孔盖板4上，感应电极5和手孔盖板4之间有绝缘薄膜6，感应电极的固定螺栓7有绝缘垫圈8，使得感应电极和手孔盖板之间绝缘。感应电极5和中心导电杆1之间的杂散电容构成电容分压器的高压臂电容，感应电极5和手孔盖板4之间的电容构成电容分压器的低压臂电容，感应电极上的分压信号通过电缆接头9输出到GIS体外，输入至测量记录设备。

在感应电极5和手孔盖板4之间采用了密封胶圈10，解决电缆头位置的气体密封问题，避免GIS中的高压SF₆气体从电缆头9处泄漏。

对于图3所示的现有技术中的手孔式电容分压器结构，感应电极5和手孔盖板4之间的绝缘电阻受到密封胶圈10的限制。在图3中，感应电极5和手孔盖板4之间的绝缘取决于绝缘薄膜6、绝缘垫圈8和密封胶圈10。GIS的SF₆气体密封目前主要使用丁腈橡胶和三元乙丙橡胶，这两种橡胶材料的电阻率比较低，难以获得足够大的绝缘电阻，对手孔式电容分压器的低频特性产生了限制。

发明内容

本发明旨在提供一种手孔式电容分压器，以解决现有技术中手孔式电容分压器低压臂并联电阻低的问题，进而满足手孔式电容分压器的低频特性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种手孔式电容分压器，包括感应电极、手孔盖板和电缆接头，感应电极固定安装在手孔盖板上，并且感应电极与电缆接头电连接，感应电极与手孔盖板之间设置有绝缘薄膜，感应电极与手孔盖板之间绝缘，手孔式电容分压器还包括：绝缘板，设置在感应电极和手孔盖板之间；第一密封圈，设置在绝缘板与感应电极的接触面之间以对绝缘板与感应电极之间进行气体密封；第二密封圈，设置在绝缘板与手孔盖板的接触面之间以对绝缘板与手孔盖板之间进行气体密封。

进一步地，手孔盖板朝向感应电极的侧面上设置有用于安装绝缘板的第一环形槽，绝缘板设置在第一环形槽内。

进一步地，感应电极朝向手孔盖板的侧面上设置有用于安装绝缘板的第二环形槽，绝缘板设置在第二环形槽内。

进一步地，手孔盖板朝向感应电极的侧面上设置有用于安装绝缘板的第一环形槽，感应电极朝向手孔盖板的侧面上设置有用于安装绝缘板的第二环形槽，第一环形槽与第二环形槽共同围成容纳腔，绝缘板设置在容纳腔中。

进一步地，感应电极通过固定螺栓固定安装在手孔盖板上，感应电极与固定螺栓之间设置有绝缘垫圈以使感应电极和手孔盖板之间绝缘。

进一步地，第一密封圈和第二密封圈均为弹性耐腐蚀材料。

应用本发明的技术方案，手孔式电容分压器包括感应电极、手孔盖板和电缆接头，感应电极固定安装在手孔盖板上，并且感应电极与电缆接头电连接，感应电极与手孔盖板之间设置有绝缘薄膜，感应电极与手孔盖板之间绝缘，手孔式电容分压器还包括：绝缘板，设置在感应电极和手孔盖板之间；第一密封圈，设置在绝缘板与感应电极的接触面之间以对绝缘板与感应电极之间进行气体密封；第二密封圈，设置在绝缘板与手孔盖板的接触面之间以对绝缘板与手孔盖板之间进行气体密封。感应电极和手孔盖板之间设置一个绝缘板，在绝缘板的两侧面分别设置第一密封圈和第二密封圈进行气体密封，在通过第一密封圈和第二密封圈保证了高压SF₆气体无法从电缆接头处泄漏的前提下，由于绝缘板材料可以选用电阻率非常高的材料，使得感应电极和手孔盖板之间的绝缘电阻获得增大，进而提高了低压臂并联电阻R，满足了手孔式电容分压器的低频特性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中的手孔式电容分压器结构示意图；

图2示出了图1的手孔式电容分压器的侧视结构示意图；

图3示出了图1的手孔式电容分压器的放大结构示意图；

图4示出了手孔式电容分压器的等效电路示意图；

图5示出了本发明的手孔式电容分压器的第一实施例的内部结构示意图；

图6示出了本发明的手孔式电容分压器的第二实施例的内部结构示意图；

图7示出了本发明的手孔式电容分压器的第三实施例的内部结构示意图。

以上附图中的附图标记具体如下：

10、感应电极；20、手孔盖板；30、电缆接头；40、绝缘板；50、第一密封圈；60、第二密封圈；70、固定螺栓；80、绝缘垫圈；91、第一环形槽；92、第二环形槽。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图4所示的手孔式电容分压器的等效电路，其中：C_H是高压臂电容，为感应电极和中心导电杆之间的杂散电容；C_L是低压臂电容，为感应电极和手孔盖板之间的电容；R为低压臂电容的并联电阻，它取决于感应电极和手孔盖板之间的绝缘电阻，以及测量记录设备的输入阻抗。对于图4所示的分压器电路，***幅频特性为：

$\left|H\left(\mathrm{j\ω}\right)\right|=\left|\frac{U_{\mathrm{OUT}}}{U_{\mathrm{IN}}}\right|=\frac{\mathrm{\ω}{\mathrm{RC}}_H}{\sqrt{1+{\mathrm{\ω}}^2{R}^2{C_L}^2}}$

此式显示，当频率很高，ωRC_L>>1时，***幅频特性近似为常数|H(jω)|=C_HC_L；随着频率减小，***幅频特性减小，3dB衰减频率为：

$f_{3\mathrm{dB}}=\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{RC}}_L}$

由此可见，要向下延展手孔式电容分压器的频率特性，需要提高低压臂电容C_L，或提高低压臂电容并联电阻R。

C_L是感应电极和手孔盖板之间的电容，取决于感应电极的面积、绝缘薄膜的厚度和绝缘薄膜材料的介电常数，难以做到很大。若采用集中参数电容器并联在感应电极和手孔盖板之间，则容易导致寄生高频振荡。因此，显著提高低压臂电容C_L存在困难，必须设法提高手孔式电容分压器的低压臂并联电阻R。

手孔式电容分压器低压臂并联电阻R决定于感应电极和手孔盖板之间的绝缘电阻，以及测量记录设备的输入阻抗。采用阻抗变换电路，可以将测量记录设备的输入阻抗提高到GΩ数量级。主要困难来自于电缆头处SF₆气体密封的密封胶圈。

本发明提出了一种手孔式电容分压器的实施例，具体参见图5，本实施例的手孔式电容分压器可以提高低压臂并联电阻R，消除密封胶圈绝缘电阻低对手孔式电容分压器低压臂并联电阻的影响，进而延展手孔式电容分压器低频特性，本实施例的手孔式电容分压器的具体结构如下：

手孔式电容分压器包括感应电极10、手孔盖板20和电缆接头30，感应电极10固定安装在手孔盖板20上，并且感应电极10与电缆接头30电连接，感应电极10与手孔盖板20之间设置有绝缘薄膜，感应电极10与手孔盖板20之间绝缘，手孔式电容分压器还包括绝缘板40、第一密封圈50和第二密封圈60，绝缘板40设置在感应电极10和手孔盖板20之间，第一密封圈50设置在绝缘板40与感应电极10的接触面之间以对绝缘板40与感应电极10之间进行气体密封，第二密封圈60设置在绝缘板40与手孔盖板20的接触面之间以对绝缘板40与手孔盖板20之间进行气体密封。手孔盖板20设置有用于电缆接头30穿过的避让孔，绝缘板、第一密封圈以及第二密封圈均呈环形以套设在电缆接头30上。

感应电极和手孔盖板之间设置一个绝缘板，在绝缘板的两侧面分别设置第一密封圈和第二密封圈进行气体密封，在通过第一密封圈和第二密封圈保证了高压SF₆气体无法从电缆接头处泄漏的前提下，由于绝缘板材料可以选用电阻率非常高的材料，使得感应电极和手孔盖板之间的绝缘电阻获得增大，进而提高了低压臂并联电阻R，满足了手孔式电容分压器的低频特性。

本实施例进一步优选地，手孔盖板20朝向感应电极10的侧面上设置有用于安装绝缘板40的第一环形槽91，绝缘板40设置在第一环形槽91内。并且手孔盖板20也根据第一环形槽91的位置相应的设置了放置第一密封圈的第一安装槽，感应电极10同样根据第二密封圈设置了第二安装槽，使得即使设置了第一绝缘板和两个密封圈，感应电极10和手孔盖板20之间通过绝缘薄膜的密封配合可以达到密封效果。感应电极10通过固定螺栓70固定安装在手孔盖板20上，感应电极10与固定螺栓70之间设置有绝缘垫圈80以使感应电极10和手孔盖板20之间绝缘。第一密封圈50和第二密封圈60均为弹性耐腐蚀材料。

本发明还提供了手孔式电容分压器的第二实施例，具体参见图6，第二实施例的手孔式电容分压器与第一实施例的结构基本相同，均包括感应电极10、手孔盖板20、电缆接头30、绝缘板40、第一密封圈50和第二密封圈60，并且部件之间的连接关系与第一实施例基本相同，第二实施例与第一实施例的区别仅在于，感应电极10朝向手孔盖板20的侧面上设置有用于安装绝缘板40的第二环形槽92，绝缘板40设置在第二环形槽92内。第二实施例的手孔式电容分压器技术效果与第一实施例的相同。

本发明还提供了手孔式电容分压器的第三实施例，具体参见图7，第三实施例的手孔式电容分压器与第一实施例的结构基本相同，均包括感应电极10、手孔盖板20、电缆接头30、绝缘板40、第一密封圈50和第二密封圈60，并且部件之间的连接关系与第一实施例基本相同，第三实施例与第一实施例的区别仅在于，手孔盖板20朝向感应电极10的侧面上设置有用于安装绝缘板40的第一环形槽91，感应电极10朝向手孔盖板20的侧面上设置有用于安装绝缘板40的第二环形槽92，第一环形槽91与第二环形槽92共同围成容纳腔，绝缘板40设置在容纳腔中。第三实施例的手孔式电容分压器技术效果与第一实施例的相同。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种手孔式电容分压器，包括感应电极（10）、手孔盖板（20）和电缆接头（30），所述感应电极（10）固定安装在所述手孔盖板（20）上，并且所述感应电极（10）与所述电缆接头（30）电连接，所述感应电极（10）与所述手孔盖板（20）之间设置有绝缘薄膜，所述感应电极（10）与所述手孔盖板（20）之间绝缘，其特征在于，所述手孔式电容分压器还包括：

绝缘板（40），设置在所述感应电极（10）和所述手孔盖板（20）之间；

第一密封圈（50），设置在所述绝缘板（40）与所述感应电极（10）的接触面之间以对所述绝缘板（40）与所述感应电极（10）之间进行气体密封；

第二密封圈（60），设置在所述绝缘板（40）与所述手孔盖板（20）的接触面之间以对所述绝缘板（40）与所述手孔盖板（20）之间进行气体密封。

2.根据权利要求1所述的手孔式电容分压器，其特征在于，所述手孔盖板（20）朝向所述感应电极（10）的侧面上设置有用于安装所述绝缘板（40）的第一环形槽（91），所述绝缘板（40）设置在所述第一环形槽（91）内。

3.根据权利要求1所述的手孔式电容分压器，其特征在于，所述感应电极（10）朝向所述手孔盖板（20）的侧面上设置有用于安装所述绝缘板（40）的第二环形槽（92），所述绝缘板（40）设置在所述第二环形槽（92）内。

4.根据权利要求1所述的手孔式电容分压器，其特征在于，所述手孔盖板（20）朝向所述感应电极（10）的侧面上设置有用于安装所述绝缘板（40）的第一环形槽（91），所述感应电极（10）朝向所述手孔盖板（20）的侧面上设置有用于安装所述绝缘板（40）的第二环形槽（92），所述第一环形槽（91）与所述第二环形槽（92）共同围成容纳腔，绝缘板（40）设置在所述容纳腔中。

5.根据权利要求1所述的手孔式电容分压器，其特征在于，所述感应电极（10）通过固定螺栓（70）固定安装在所述手孔盖板（20）上，所述感应电极（10）与所述固定螺栓（70）之间设置有绝缘垫圈（80）以使所述感应电极（10）和手孔盖板（20）之间绝缘。

6.根据权利要求1所述的手孔式电容分压器，其特征在于，所述第一密封圈（50）和所述第二密封圈（60）均为弹性耐腐蚀材料。