[發(fā)明專利]一種帶絕緣間隙的電工學(xué)寬頻電壓在線監(jiān)測裝置和方法

在審

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• 申請日: 2022-10-21
• 公開（公告）號: CN115480096A
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝施君;張晨萌;汪康康;韓曉言;夏亞龍
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 林菲菲

本發(fā)明公開了一種帶絕緣間隙的電工學(xué)寬頻電壓在線監(jiān)測裝置和方法，裝置包括密封設(shè)置在絕緣腔體內(nèi)部的高壓臂、低壓臂分壓回路和數(shù)字信號處理單元；高壓臂和低壓臂分壓回路串聯(lián)后形成分壓結(jié)構(gòu)，該分壓結(jié)構(gòu)連接在監(jiān)測裝置的高壓端子和接地端子之間；高壓臂采用氣體絕緣間隙形成的電容；低壓臂分壓回路采用電阻電容電路，對高壓臂上的高電壓進(jìn)行分壓并將分壓后的測量結(jié)果模擬信號輸入至數(shù)字信號處理單元；數(shù)字信號處理單元對模擬信號進(jìn)行處理，得到數(shù)字信號。本發(fā)明基于電工學(xué)原理，采用氣體絕緣間隙電容作為高壓臂，電阻電容電路作為低壓臂進(jìn)行高電壓分壓，并結(jié)合數(shù)字化處理技術(shù)，實現(xiàn)了安全、可靠、高精度的寬頻電壓數(shù)字化測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電工學(xué)寬頻電壓測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶絕緣間隙的電工學(xué)寬頻電壓在線監(jiān)測裝置和方法。

背景技術(shù)

隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)，電網(wǎng)的“雙高”特性日益凸顯。大量電力電子設(shè)備、可再生能源和非線性負(fù)荷等的接入使得諧波現(xiàn)象、暫態(tài)過程愈發(fā)嚴(yán)重和頻發(fā)。由此導(dǎo)致的電網(wǎng)故障和設(shè)備損壞屢見不鮮。

準(zhǔn)確測量覆蓋工頻、諧波和暫態(tài)的寬頻電壓信號，可以廣泛用于電網(wǎng)諧波的動態(tài)監(jiān)測與治理、電網(wǎng)故障的準(zhǔn)確定位與辨識、電力設(shè)備運行狀態(tài)評估等。傳統(tǒng)的僅針對工頻信號的電壓測量理念，已無法適應(yīng)新型電力系統(tǒng)對電壓信號進(jìn)行寬頻帶感知的迫切需求。目前，變電站內(nèi)通用的電壓互感器主要用于工頻信號的精確測量，帶寬窄、采樣率低，在用于諧波信號或高頻暫態(tài)信號測量時，波形失真嚴(yán)重。例如：電容式電壓互感器為精確(0.2級)測量50Hz信號，二次回路采用諧振原理增強50Hz信號，從而導(dǎo)致其它頻段信號失真嚴(yán)重。

目前，已提出多種寬頻電壓測量技術(shù)，主要包括：

(1)采用由電阻、電容串并聯(lián)電路構(gòu)成的阻容式分壓器進(jìn)行寬頻電壓測量。其主要技術(shù)特點是整個分壓回路由多個串并聯(lián)的電阻、電容回路構(gòu)成，屬于傳統(tǒng)的阻容分壓器結(jié)構(gòu)。然而該技術(shù)存在如下缺陷：一，在進(jìn)行高電壓測量時，由于施加了高電壓，會有持續(xù)的電流通過分壓器，從而導(dǎo)致分壓器持續(xù)發(fā)熱，溫度升高容易降低內(nèi)部元件壽命，一般用于實驗室內(nèi)的短時間測量，不適合用于戶外的在線監(jiān)測；二，在進(jìn)行測量時，高電位和地電位通過分壓器的電阻和電容隔絕，一旦發(fā)生電阻、電容損壞或者其它內(nèi)部短路，將導(dǎo)致高電位和地電位短接，如果用于實際電網(wǎng)中的測量，將造成電網(wǎng)短路故障；三，數(shù)十個甚至上百個電阻電容構(gòu)成的分壓回路，不可避免的回路連線電感，將降低分壓器的高頻響應(yīng)特性。

(2)采用非線性伏安特性的氧化鋅避雷器作為分壓器主體進(jìn)行寬頻電壓測量。其除了存在與阻容分壓器存在相同的短路安全隱患外，氧化鋅避雷器閥片的非線性特性使得寬頻電壓監(jiān)測裝置的測量精度難以準(zhǔn)確評估。

(3)基于光學(xué)電場傳感器的非接觸式高電壓測量技術(shù)。其主要技術(shù)特點是，利用光學(xué)電場傳感器測量高電壓產(chǎn)生的電場，從而反演電壓波形，由于是測量空間電場，因此傳感器無需與高壓導(dǎo)體直接連接，從而實現(xiàn)非接觸式的電壓測量。非接觸式測量安全性好，在開展現(xiàn)場的電壓測量時，不會因為測量系統(tǒng)的問題，導(dǎo)致被測電網(wǎng)發(fā)生故障，這也是其相較于傳統(tǒng)電壓分壓器的主要優(yōu)勢。然而其存在以下問題：一，由于采用了非接觸式測量，傳感器測量結(jié)果容易引入大量的外部干擾，例如非被測導(dǎo)體電壓產(chǎn)生的電場、電暈放電引入的電磁干擾等等，這些問題導(dǎo)致非接觸測量的測量精度和不確定度往往難以評估，從而降低測量的準(zhǔn)確性和可靠性；二，監(jiān)測裝置的刻度因數(shù)受安裝位置的影響較大，因此每次變化位置后，監(jiān)測裝置的刻度因數(shù)都需要重新校準(zhǔn)。此外，監(jiān)測裝置的刻度因數(shù)還經(jīng)常受其所處環(huán)境的空氣介質(zhì)影響，空氣介質(zhì)的濕度、不均勻性會影響其刻度因數(shù)變化，因此通常監(jiān)測裝置的刻度因素不固定，需要實時進(jìn)行校準(zhǔn)。從而降低測量的便捷性和效率。三，光學(xué)電場傳感器通過比較脆弱，價格比較昂貴，制作周期較長，制約了其大規(guī)模推廣。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有寬頻電壓測量技術(shù)存在的安全隱患、測量精度和可靠性較差等問題，本發(fā)明提供了一種帶絕緣間隙的電工學(xué)寬頻電壓在線監(jiān)測裝置。本發(fā)明基于電工學(xué)原理，采用氣體絕緣間隙電容作為高壓臂，電阻電容電路作為低壓臂進(jìn)行高電壓分壓，并結(jié)合數(shù)字化處理技術(shù)，實現(xiàn)了安全、可靠、高精度的寬頻電壓數(shù)字化測量。