CN106199121A - 一种用于暂态过电压监测***的电容式电压互感器 - Google Patents

一种用于暂态过电压监测***的电容式电压互感器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于暂态过电压监测***的电容式电压互感器，包括高压电容、中压电容、中间变压器、暂态过电压监测单元、接地刀闸、补偿电抗器和第一避雷器，所述高压电容的一端连接电网，另一端分别连接中压电容的一端和中间变压器中初级绕组的一端，所述中压电容的另一端分别连接暂态过电压监测单元的一端和补偿电抗器的一端，所述中间变压器中初级绕组的另一端分别连接补偿电抗器的另一端和第一避雷器的一端，所述暂态过电压监测单元的另一端和第一避雷器的另一端均接地，所述接地刀闸并联在暂态过电压监测单元的两端。与现有技术相比，本发明具有工作频率高、测量数据精度高、适用范围广等优点。

Description

一种用于暂态过电压监测***的电容式电压互感器
技术领域
本发明涉及电气工程领域，尤其是涉及一种用于暂态过电压监测***的电容式电压互感器。
背景技术
电网暂态过程是电网运行状态的重要表征，目前，对于电网中暂态过电压(雷电波、操作波过电压)，国内外尚缺乏有效的测量或监测手段。对于新建设备，国内仅有部分电力单位对500kV***在正式投运前进行操作过电压的测试，一般是对投切空载线路、主变压器、低压电抗器或电容器时进行暂态测量，作为对新设备的带电考核。国外有利用光纤技术进行监测的报道。
对于运行设备，目前安装的常规保护记录装置只能记录工频过电压信息。目前的调度监控***、智能监测和预警***以及电网广域实时动态监测***主要从整个电网的动态和静态稳定的角度，对电网运行特征量进行实时监控，进而预测未来时刻的电网稳定状态，并对***不稳定因素产生预警，从整个电网角度保障了电力***的稳定运行。但由于***总容量的限制，设备的采样频率不会太高，另外，受限于采样设备的频响特性，目前这些调度监控***等***监控***均不能对电力***暂态过程进行有效监测，因此，也不能对电力***的运行状态进行全面监测。
因此有必要提供一种用于暂态过电压监测***的电容式电压互感器，适应智能电网信息化和自动化的功能要求，符合过电压和绝缘配合技术发展的要求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于暂态过电压监测***的电容式电压互感器，具有工作频率高、测量数据精度高、适用范围广等优点。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于暂态过电压监测***的电容式电压互感器，包括高压电容、中压电容、中间变压器、暂态过电压监测单元、接地刀闸、补偿电抗器和第一避雷器，所述高压电容的一端连接电网，另一端分别连接中压电容的一端和中间变压器中初级绕组的一端，所述中压电容的另一端分别连接暂态过电压监测单元的一端和补偿电抗器的一端，所述中间变压器中初级绕组的另一端分别连接补偿电抗器的另一端和第一避雷器的一端，所述暂态过电压监测单元的另一端和第一避雷器的另一端均接地，所述接地刀闸并联在暂态过电压监测单元的两端。
还包括第二避雷器，所述第二避雷器并联在暂态过电压监测单元的两端。
所述补偿电抗器为电抗值可调的电阻器。
还包括阻尼器，所述阻尼器设于中间变压器中次级绕组上。
还包括保护间隙，所述保护间隙并联在暂态过电压监测单元的两端。
所述暂态过电压监测单元由多个相互并联的无感电容元件组成，多个无感电容元件按同轴圆周结构排列。
所述多个无感电容元件的两端分别设有一圆盘式接线端子，每个圆盘式接线端子均包括绝缘圆盘、多个导电扇片、扇骨、气缸、从动齿轮和接线端子，所述多个导电扇片分别设于扇骨上形成扇面，每个导电扇片与无感电容元件接触的侧面上内嵌有带有斜面的导电块，所述导电块与导电扇片之间设有弹簧，导电块的斜面朝向与扇骨的展开方向相同，所述扇骨和导电扇片紧贴设置在绝缘圆盘的一端面上，所述接线端子设于扇骨的转动端上，并穿过绝缘圆盘中心至另一端面上，所述从动齿轮设于接线端子上，所述气缸的伸缩杆设有齿条，所述齿条与从动齿轮相啮合，所述气缸设于绝缘圆盘的另一端面上；
增加接入无感电容元件的数量时，气缸的伸缩杆伸出，并带动从动齿轮转动，扇骨转动，进而依次展开导电扇片，导电块在弹簧的作用下弹出，并接触无感电容元件。
所述接线端子包括转动杆和接线端盖，所述转动杆的一端设于扇骨的转动端上，所述接线端盖盖设转动杆的另一端上，并与转动杆的端部滑动连接，接线端盖保持位置不动。
所述接线端盖与转动杆的端部之间设有滚珠。
所述齿条和从动齿轮均由绝缘材料制作而成。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)工作频率高，测量数据精度高：不仅具有常规CVT(电容式电压互感器)的功能，如用于电压计量及继电保护用，还可以用于测量高压机超高压电网上的谐波及对电网电压波形进行实时观测和测量，设置第一避雷器和第二避雷器，可以有效地防止过电压造成的损坏，保护暂态过电压监测单元，特别适合作为暂态过电压监测***中用于耦合500kV输电线路过电压的传感器。
2)适用范围广：设置圆盘式接线端子，采用扇形结构，实现无感电容元件接入CVT数量的自适应调节，采用气缸、绝缘圆盘，可以有效地防止摩擦静电，保证暂态过电压监测单元可长时间稳定工作。
附图说明
图1为本发明电容式电压互感器的电路结构示意图；
图2为圆盘式接线端子的俯视结构示意图；
图3为圆盘式接线端子的仰视结构示意图；
图4为暂态过电压监测单元与标准冲击分压器在操作冲击电压下典型波形图；
图5为暂态过电压监测单元与标准冲击分压器在操作冲击电压下典型频谱图；
图6为暂态过电压监测单元与标准冲击分压器在雷电冲击电压下典型波形图；
图7为暂态过电压监测单元与标准冲击分压器在雷电冲击电压下典型频谱图；
图8为暂态过电压监测***的结构示意图。
图中：1、电网，2、电容式电压互感器，3、传输电缆，4、保护器，5、通信光缆，6、暂态电压采集器，7、通信电缆，8、工控机，201、绝缘圆盘，202、导电扇片，203、扇骨，204、气缸，205、从动齿轮，206、接线端子，207、导电块，C1、高压电容，C2、中压电容，C3、暂态过电压监测单元，T、中间变压器，K、接地刀闸，L、补偿电抗器，ZD、阻尼器，P、保护间隙，BL1、第一避雷器，BL2、第二避雷器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种用于暂态过电压监测***的电容式电压互感器2，包括高压电容C1、中压电容C2、中间变压器T、暂态过电压监测单元C3、接地刀闸K、补偿电抗器L、阻尼器ZD、保护间隙P、第一避雷器BL1和第二避雷器BL2，高压电容C1的一端连接电网1，另一端分别连接中压电容C2的一端和中间变压器T中初级绕组的一端，中压电容C2的另一端分别连接暂态过电压监测单元C3的一端和补偿电抗器L的一端，中间变压器T中初级绕组的另一端分别连接补偿电抗器L的另一端和第一避雷器BL1的一端，暂态过电压监测单元C3的另一端和第一避雷器BL1的另一端均接地，接地刀闸K、保护间隙P和第二避雷器BL2均分别并联在暂态过电压监测单元C3的两端，阻尼器ZD设于中间变压器T中次级绕组上，其中，补偿电抗器L为电抗值可调的电阻器，补偿电抗器L的电抗值与电容式电压互感器2的等值电容在额定频率下的容抗相等，以便在不同的二次负荷下使一次电压和二次电压之间能获得正确的相位和变比。图1中N为中压电容C2的低压端，1a、1n、2a、2n、da1、da2、dan为中间变压器T的次级绕组输出端。
暂态过电压监测单元C3由多个相互并联的无感电容元件组成，多个无感电容元件按同轴圆周结构排列，暂态过电压监测单元C3的高压端与CVT内部中压电容C2低压端N串联，接地端子用铜皮或铜带可靠接地，测量端子使用标准接头基于同轴电缆将电压信号送至数字采集仪。
多个无感电容元件的两端分别设有一圆盘式接线端子206，如图2和图3所示，每个圆盘式接线端子206均包括绝缘圆盘201、多个导电扇片202、扇骨203、气缸204、从动齿轮205和接线端子206，多个导电扇片202分别设于扇骨203上形成扇面，每个导电扇片202与无感电容元件接触的侧面上内嵌有带有斜面的导电块207，导电块207与导电扇片202之间设有弹簧，导电块207的斜面朝向与扇骨203的展开方向相同，扇骨203和导电扇片202紧贴设置在绝缘圆盘201的一端面上，接线端子206设于扇骨203的转动端上，并穿过绝缘圆盘201中心至另一端面上，从动齿轮205设于接线端子206上，气缸204的伸缩杆设有齿条，齿条与从动齿轮205相啮合，气缸204设于绝缘圆盘201的另一端面上。
接线端子206包括转动杆和接线端盖，转动杆的一端设于扇骨203的转动端上，接线端盖盖设转动杆的另一端上，并与转动杆的端部滑动连接，接线端盖保持位置不动。
接线端盖与转动杆的端部之间设有滚珠，保持接线端子206与外接的传输电缆3之间位置稳定，且摩擦力小，磨损小。齿条和从动齿轮205均由绝缘材料制作而成，有效的防止摩擦静电。
若需要加大暂态过电压监测单元C3的电容值时，则增加接入无感电容元件的数量，气缸204的伸缩杆伸出，并带动从动齿轮205转动，扇骨203转动并展开，进而有内层至外层依次展开导电扇片202，导电块207在弹簧的作用下弹出，并接触无感电容元件。
若需要减小暂态过电压监测单元C3的电容值时，则减少接入无感电容元件的数量，气缸204的伸缩杆缩回，并带动从动齿轮205转动，扇骨203转动并收回，进而有外层至内层依次收回导电扇片202，每一个导电扇片202上的导电块207收到相邻外层的导电扇片202的挤压，弹簧压缩，导电块207离开无感电容元件。
图4-7显示了本发明一实施例与标准冲击分压器同时测量时的波形对比。试验结果来自于实施例基于普通500kV电容式电压互感器改装后，在高斥大厅内进行冲击电压试验性能验证得到。图中高幅值为标准冲击分压器测量数值，低幅值为监测单元测量数值。
如图8所示，可构建暂态过电压监测***，用于电力***运行设备上出现的任何形式的暂态电压，包括工频过电压、操作过电压和雷电过电压等。暂态过电压监测***包括电容式电压互感器2、保护器4、暂态电压采集器6和工控机8，电容式电压互感器2与电网1(输电线路或母线)连接，电容式电压互感器2通过传输电缆3与保护器4连接，保护器4通过通信光缆5与暂态电压采集器6连接，暂态电压采集器6通过通信电缆7与工控机8连接。暂态过电压在线监测就是通过分压传感器，借助于信号采集技术，实时监测电网***的电压扰动，记录和保存暂态过电压发生时各相电压的幅值、故障前后的波形及各种参数。并具有信号处理与参数提取、应用与分析(报警、历史数据查询和统计等)功能。
本发明的电容式电压互感器内置暂态过电压监测单元C3，其与高压电容C1和中压电容C2构成电容式电压分压器，从而基于该监测单元C3获得较为准确的暂态过电压波形并同时能够兼顾工频电压信号的测量。

Claims (10)

1.一种用于暂态过电压监测***的电容式电压互感器，包括高压电容、中压电容、中间变压器、暂态过电压监测单元、接地刀闸和补偿电抗器，其特征在于，还包括第一避雷器，所述高压电容的一端连接电网，另一端分别连接中压电容的一端和中间变压器中初级绕组的一端，所述中压电容的另一端分别连接暂态过电压监测单元的一端和补偿电抗器的一端，所述中间变压器中初级绕组的另一端分别连接补偿电抗器的另一端和第一避雷器的一端，所述暂态过电压监测单元的另一端和第一避雷器的另一端均接地，所述接地刀闸并联在暂态过电压监测单元的两端。
2.根据权利要求1所述的一种用于暂态过电压监测***的电容式电压互感器，其特征在于，还包括第二避雷器，所述第二避雷器并联在暂态过电压监测单元的两端。
3.根据权利要求1所述的一种用于暂态过电压监测***的电容式电压互感器，其特征在于，所述补偿电抗器为电抗值可调的电阻器。
4.根据权利要求1所述的一种用于暂态过电压监测***的电容式电压互感器，其特征在于，还包括阻尼器，所述阻尼器设于中间变压器中次级绕组上。
5.根据权利要求1所述的一种用于暂态过电压监测***的电容式电压互感器，其特征在于，还包括保护间隙，所述保护间隙并联在暂态过电压监测单元的两端。
6.根据权利要求1所述的一种用于暂态过电压监测***的电容式电压互感器，其特征在于，所述暂态过电压监测单元由多个相互并联的无感电容元件组成，多个无感电容元件按同轴圆周结构排列。
7.根据权利要求6所述的一种用于暂态过电压监测***的电容式电压互感器，其特征在于，所述多个无感电容元件的两端分别设有一圆盘式接线端子，每个圆盘式接线端子均包括绝缘圆盘、多个导电扇片、扇骨、气缸、从动齿轮和接线端子，所述多个导电扇片分别设于扇骨上形成扇面，每个导电扇片与无感电容元件接触的侧面上内嵌有带有斜面的导电块，所述导电块与导电扇片之间设有弹簧，导电块的斜面朝向与扇骨的展开方向相同，所述扇骨和导电扇片紧贴设置在绝缘圆盘的一端面上，所述接线端子设于扇骨的转动端上，并穿过绝缘圆盘中心至另一端面上，所述从动齿轮设于接线端子上，所述气缸的伸缩杆设有齿条，所述齿条与从动齿轮相啮合，所述气缸设于绝缘圆盘的另一端面上；
增加接入无感电容元件的数量时，气缸的伸缩杆伸出，并带动从动齿轮转动，扇骨转动，进而依次展开导电扇片，导电块在弹簧的作用下弹出，并接触无感电容元件。
8.根据权利要求7所述的一种用于暂态过电压监测***的电容式电压互感器，其特征在于，所述接线端子包括转动杆和接线端盖，所述转动杆的一端设于扇骨的转动端上，所述接线端盖盖设转动杆的另一端上，并与转动杆的端部滑动连接，接线端盖保持位置不动。
9.根据权利要求7所述的一种用于暂态过电压监测***的电容式电压互感器，其特征在于，所述接线端盖与转动杆的端部之间设有滚珠。
10.根据权利要求7所述的一种用于暂态过电压监测***的电容式电压互感器，其特征在于，所述齿条和从动齿轮均由绝缘材料制作而成。
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