專利名稱：差分式D-dot電壓互感器及其電壓檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子元件領(lǐng)域，特別是一種差分式D-dot電壓互感器及電壓檢測方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的電壓互感器是基于電磁感應(yīng)原理的電磁式電壓互感器，隨著電力系統(tǒng)電壓等級的提高和容量的增加，測量和保護(hù)要求的不斷提高，電磁式互感器的不足日益突出，存在的主要問題包括:(I)絕緣難度大；(2)產(chǎn)生的暫態(tài)信號可能引起快速保護(hù)器件的誤動(dòng)作；(3)易產(chǎn)生鐵磁諧振等；(4) PT的輸出信號不能直接與微機(jī)化計(jì)量及保護(hù)設(shè)備直接接□。電容式電壓互感器由于其帶有很多儲(chǔ)能元件，瞬變響應(yīng)特性差，這就需要在二次回路里加裝合適的阻尼裝置以改善其瞬變響應(yīng)特性。另外，CVT的輸出信號也不能直接與微機(jī)化計(jì)量及保護(hù)設(shè)備直接接口。電子式傳感器中，并聯(lián)阻容分壓主要用于測量雷電沖擊或直流高壓；串聯(lián)阻容分壓器一般測量交流工頻電壓的等級不高。電阻式互感器由于雜散電容、尺寸加大后引起的分布電容，發(fā)熱、絕緣破損后的泄漏電流等原因存在著測量誤差，且通常僅適用在35kV及以下電壓等級的場合，基于電阻分壓器的電壓互感器最高只做到132 kV電壓。無源光學(xué)電壓互感器由于傳感器采用了光學(xué)晶體，光學(xué)裝置制作工藝復(fù)雜，機(jī)械加工難度大，穩(wěn)定性不易控制，且容易受到溫度等環(huán)境因素的影響，互感器的穩(wěn)定性和可靠性都受到制約?，F(xiàn)有的D-dot傳感器在測量方面的不足:
在帶電導(dǎo)體會(huì)的近場區(qū)存在與其電位成正比的電位移矢量，D-dot電壓傳感器是運(yùn)用電荷感應(yīng)原理，通過測量與測量電極相連的接地匹配電阻上的輸出電壓，來測量與該輸出電壓積分量成正比的導(dǎo)體附近電位移矢量，從而得到導(dǎo)體電壓的時(shí)域波形。由于其輸出電壓與電位移矢量對時(shí)間的微分成正比，故稱為D-dot (
'D )電壓傳感器。D-dot電壓傳感器相對于傳統(tǒng)的電壓互感器而言，由于其采用非接觸測量方式，可靠性較高、對被測系統(tǒng)影響較小、能夠有效的抑制感應(yīng)過電壓，并且具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單和響應(yīng)較快等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛用于MVA等級的超高功率電脈沖裝置、快前沿沖擊高壓測量、避雷器殘壓測量以及高頻自由場測量等方面。D-dot電壓傳感器是運(yùn)用電荷感應(yīng)原理，通過測量與測量電極相連的接地匹配電阻上的輸出電壓，來測量與該輸出電壓積分量成正比的導(dǎo)體附近電位移矢量，從而得到導(dǎo)
體電壓的時(shí)域波形。 由于其輸出電壓與電位移矢量對時(shí)間的微分成正比，故稱為D_dot( &
)電壓傳感器。測量自由場的D-dot傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，如

圖1所示。將高電導(dǎo)率的金屬導(dǎo)體封入絕緣體中就可以構(gòu)成最簡單的D-dot傳感器。
圖中電場強(qiáng)度5為被測量點(diǎn)的電場強(qiáng)度，在金屬導(dǎo)體表面做一閉合高斯面，并對其使用高斯定理可以得到:
權(quán)利要求
1.差分式D-dot電壓互感器，其特征在于:所述裝置包括有內(nèi)金屬環(huán)、外金屬環(huán)和絕緣支架；內(nèi)金屬環(huán)和外金屬環(huán)為形狀相同的同心環(huán)，內(nèi)金屬環(huán)位于外金屬環(huán)內(nèi)，內(nèi)金屬環(huán)和外金屬環(huán)均設(shè)置在絕緣支架上，在絕緣支架上設(shè)置有用于穿過并固定被測導(dǎo)體的通孔，通孔的圓心與內(nèi)、夕卜金屬環(huán)的圓心重合；所述內(nèi)金屬環(huán)的半徑大小范圍是60-75mm,外金屬環(huán)的半徑大小范圍是65_80mm,內(nèi)、外金屬環(huán)之間的距離范圍是0.5_5mm,內(nèi)、外金屬環(huán)邊框的半徑大小范圍是0.3_lmm。
2.如權(quán)利要求1所述的差分式D-dot電壓互感器，其特征在于:所述內(nèi)金屬環(huán)和外金屬環(huán)均為銅環(huán)。
3.如權(quán)利要求1所述的差分式D-dot電壓互感器，其特征在于:所述內(nèi)金屬環(huán)和外金屬環(huán)均為圓環(huán)。
4.如權(quán)利要求1所述的差分式D-dot電壓互感器，其特征在于:所述絕緣支架為環(huán)氧樹脂支架。
5.如權(quán)利要求3所述的差分式D-dot電壓互感器，其特征在于:所述絕緣支架包括有設(shè)置有通孔圓形支架主體和支撐臂，支撐臂安裝在圓形支架主體側(cè)壁，內(nèi)金屬環(huán)和外金屬環(huán)安裝在支撐臂上。
6.如權(quán)利要求1所述的差分式D-dot電壓互感器，其特征在于:所述內(nèi)金屬環(huán)的半徑大小范圍是60-75mm,外金屬環(huán)的半徑大小范圍是70-80mm,內(nèi)、外金屬環(huán)之間的距離范圍是0.5-1.5mm,內(nèi)、夕卜金屬環(huán)邊框的半徑大小范圍是0.5_lmm。
7.利用權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述差分式D-dot電壓互感器進(jìn)行電壓檢測的方法，其特征在于，具體方法如下: 1)使被測穿過絕緣支架的通孔； 2)以內(nèi)金屬環(huán)和外金屬環(huán)之間的電壓位作為差分式D-dot電壓互感器的輸出信號,輸出信號通過差分放大器進(jìn)行信號放大； 3)對經(jīng)步驟2)放大以后的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 4)將步驟3)轉(zhuǎn)換后的信號發(fā)送至數(shù)據(jù)處理裝置，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出被測導(dǎo)體的電壓波形。
8.如權(quán)利要求7所述的差分式D-dot電壓互感器進(jìn)行電壓檢測的方法，其特征在于，在步驟2)中電壓互感器的輸出信號先通過衰減之后，再輸出到差分放大器。
全文摘要
差分式D-dot電壓互感器，包括有內(nèi)金屬環(huán)、外金屬環(huán)和絕緣支架；內(nèi)金屬環(huán)和外金屬環(huán)為形狀相同的同心環(huán)，內(nèi)金屬環(huán)位于外金屬環(huán)內(nèi)，內(nèi)金屬環(huán)和外金屬環(huán)均設(shè)置在絕緣支架上，在絕緣支架上設(shè)置有用于穿過并固定被測導(dǎo)體的通孔，通孔的圓心與內(nèi)、外金屬環(huán)的圓心重合；差分式D-dot電壓互感器進(jìn)行電壓檢測的方法1)使被測穿過絕緣支架的通孔；2)以內(nèi)金屬環(huán)和外金屬環(huán)之間的電壓位作為差分式D-dot電壓互感器的輸出信號，輸出信號通過差分放大器進(jìn)行信號放大；3)模數(shù)轉(zhuǎn)換；4)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出被測導(dǎo)體的電壓波形。它不受檢測信號的帶寬限制，檢測出信號的高次諧波、雷波以及各種電網(wǎng)電壓擾動(dòng)波形，能夠避免二次側(cè)短路，具有良好的動(dòng)態(tài)范圍和暫態(tài)特征。
文檔編號G01R19/25GK103217571SQ201310093938
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者汪金剛, 羅睿希, 毛凱, 高參, 何為 申請人:重慶大學(xué)