專利名稱：一種高壓電子式電壓互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種電壓互感器，尤其是ー種高壓電子式電壓互感器。
背景技術(shù)：
根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)智能電網(wǎng)建設(shè)中長(zhǎng)期規(guī)劃，所有電カ設(shè)備都在實(shí)現(xiàn)不同程度的自動(dòng)化，10kV、35kV中壓配電網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展尤其迅速，與此同時(shí)暴露出很多問(wèn)題，其中大量應(yīng)用在配網(wǎng)線路的電壓互感器(PT)裝置就是問(wèn)題之一，目前配網(wǎng)所用PT通常兼具兩種功能取電和電壓檢測(cè)。然而,在IOkV或35kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，由于電壓互感器的非線性勵(lì)磁電感與系統(tǒng)對(duì)地電容在線路電壓有波動(dòng)突變時(shí)產(chǎn)生鐵磁諧振，表現(xiàn)為PT電壓升高，PT磁芯趨于飽和，一次線圈電流急劇增加，最后導(dǎo)致PT過(guò)熱燒毀甚至發(fā)生爆炸事故，所以使用PT存在很大安全隱患。同時(shí)PT還存在體積大，安裝需要空間，不便于集成到智能監(jiān)測(cè)設(shè)備中，成本高，經(jīng)濟(jì)性不好等缺點(diǎn)。需要尋找ー種產(chǎn)品來(lái)替代現(xiàn)有的PT。近些年針對(duì)電壓檢測(cè)就出現(xiàn)ー些新型的電子式電壓互感器(EVT)，一般都采用電阻分壓、阻容分壓或電容分壓的原理。由北京水木源華電氣有限公司申請(qǐng)的發(fā)明專利“電流電壓互感器”(專利號(hào)201110028244. 7)就是采用電阻分壓原理，該專利實(shí)現(xiàn)方法的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)屏蔽電極和過(guò)壓保護(hù)裝置(一般用類似放電管之類的電壓抑制器件)并沒(méi)有表示出來(lái)。使用分壓原理的電壓互感器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳輸頻帶寬、線性度好、無(wú)諧振、克服了鐵心飽和的缺點(diǎn)、無(wú)負(fù)載分擔(dān)、允許短路開(kāi)路和具有較高的可靠性，并且ー個(gè)互感器可以同時(shí)滿足測(cè)量和保護(hù)的要求。但此種互感器至少有兩個(gè)缺限1、一次輸入、二次輸出采用共地方式接線，沒(méi)有進(jìn)行電氣隔離，存在很大安全隱患；2、輸出電壓信號(hào)微弱，容易受外界干擾，需要做大量的抗干擾處理，只適合數(shù)字化變電站內(nèi)使用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述提到的現(xiàn)有的高壓電壓檢測(cè)技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了ー種10kV、35kV線路電壓檢測(cè)互感器，以提供一種安全、可靠、高性價(jià)比的中高壓電網(wǎng)電壓檢測(cè)設(shè)備，可廣泛應(yīng)用在中高壓電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)檢測(cè)。本發(fā)明可同時(shí)解決傳統(tǒng)電磁式互感器(PT)的諧振損壞隱患、可靠性差及體積大、成本高等問(wèn)題和電子式電壓互感器的使用局限性，以ー種經(jīng)濟(jì)的可靠的方式應(yīng)用于所有中高壓線路的電壓檢測(cè)。中、高電カ配網(wǎng)線路大量使用PT實(shí)現(xiàn)電壓檢測(cè)和給終端設(shè)備提供電源，但存在安全隱患且不經(jīng)濟(jì)，針對(duì)此有提出解決方案是把裝置取電和電壓信號(hào)采樣分開(kāi)，裝置從線路取電采用CT取電，具體實(shí)施方案存在多種思路，因取電不屬于本發(fā)明內(nèi)容，在此不做說(shuō)明。本發(fā)明采取的技術(shù)方案為
一種電壓信號(hào)檢測(cè)裝置，由高壓限流電阻、第一電流互感器、零磁通電流信號(hào)放大單元電路組成，其中高壓限流電阻的一個(gè)引腳接待測(cè)電壓信號(hào)的ー極，另一端接第一電流互感器的一次繞組的一腳，第一電流互感器的一次繞組的另ー腳接待測(cè)電壓信號(hào)的另ー極，第一電流互感器的二次繞組接入零磁通電流信號(hào)放大單元電路的輸入端，第一電流互感器、的二次繞組的其中一腳接地。又或者，本發(fā)明由高壓限流電阻、第一電流互感器、第二電流互感器，零磁通電流信號(hào)放大單元電路組成，其中高壓限流電阻的一個(gè)引腳接待測(cè)電壓信號(hào)的ー極，另一端接第一電流互感器的一次繞組的一腳，第一電流互感器的一次繞組的另ー腳接待測(cè)電壓信號(hào)的另ー極，第一電流互感器的二次繞組與第二電流互感器的一次繞組相連，并將第一電流互感器的二次繞組的其中一腳接地，第二電流互感器的二次繞組接入零磁通電流信號(hào)放大單元電路的輸入端。傳統(tǒng)PT檢測(cè)電壓方式的線路電壓全部加在一次側(cè)的線圈上直接檢測(cè)電壓，本方案是把待測(cè)電壓變成電流，通過(guò)電磁隔離把電流信號(hào)傳到二次側(cè)，在二次側(cè)再把電流轉(zhuǎn)成電壓信號(hào)供測(cè)量系統(tǒng)使用。本發(fā)明通過(guò)高壓限流電阻將待測(cè)電壓轉(zhuǎn)換成ー個(gè)HiA級(jí)的，大小與待測(cè)電壓大小成正比的電流，該電流流過(guò)第一電流互感器的一次繞組，第一電流互感器是ー個(gè)一次、二次匝數(shù)接近的電流互感器，在第一電流互感器的二次側(cè)將產(chǎn)生與一次側(cè)電流大小相當(dāng)?shù)碾娏?，這個(gè)電流流過(guò)第二電流互感器的一次繞組，第二電流互感器是ー個(gè)變比為1:1的電流互感器，它的二次側(cè)也就出現(xiàn)ー個(gè)與待測(cè)電壓大小成正比的mA級(jí)的電流，這個(gè)電流經(jīng)零磁通電流信號(hào)放大單元電路放大成所需的幅度的電壓信號(hào)供測(cè)量系統(tǒng)使用。本互感器的第一電流互感器的二次繞組的其中一腳及互感器外殼在使用時(shí)必須接大地。本發(fā)明的ー個(gè)關(guān)鍵是使用零磁通電流信號(hào)放大技術(shù)，這種技術(shù)可以精確地檢測(cè)小電流信號(hào)。該互感器在物理結(jié)構(gòu)上可設(shè)計(jì)成為ー個(gè)整體，這樣需要給零磁通電流信號(hào)放大單元電路增加ー個(gè)工作電源，這樣互感器就是有源的；也可以把高壓限流電阻和第一電流互感器作為ー個(gè)整體，第二電流互感器和零磁通電流信號(hào)放大單元電路組成放到測(cè)量系統(tǒng)中去，這樣互感器就是無(wú)源的。兩種結(jié)構(gòu)中第二電流互感器都不是必須的，如以上第二種技術(shù)方案所示，當(dāng)?shù)墓ぷ麟娫吹牡嘏c大地相接時(shí)，可以去掉第二電流互感器，把第一電流互感器的二次繞組直接接入零磁通電流信號(hào)放大單元電路。本發(fā)明的另ー個(gè)關(guān)鍵是互感器一次側(cè)與二次側(cè)的絕緣處理和如何保證高壓側(cè)的兩電壓信號(hào)輸入端子間的電氣間隙和降低輸入兩極間的寄生電容。主要采取兩個(gè)措施一是第一電流互感器采用特殊的結(jié)構(gòu)；ニ是電壓互感器采取“一”字形結(jié)構(gòu)的整體布局，保證兩根電壓采樣輸入線之間有足夠的電氣間隙并把輸入兩極間的寄生電容降到最低，同時(shí)互感器還能保持較小的體積。本發(fā)明解決上述提到的現(xiàn)有的高壓電壓檢測(cè)技術(shù)存在的問(wèn)題，提供ー種精度高、一次側(cè)與二次側(cè)完全電氣隔離、可靠性及安全性高、功耗低、發(fā)熱小、體積小、成本低、適用范圍廣的高壓電壓檢測(cè)技術(shù)和產(chǎn)品，具有以下有益效果
I.因?yàn)楸景l(fā)明所提出的新型高壓電子式電壓互感器的第一電流互感器的一次電流被高壓限流電阻限制，電流大小基本由電阻決定，而且電流為HiA級(jí)，很小，因此不會(huì)像PT那樣存在過(guò)流、過(guò)熱的可能，故而不存在像PT那樣燒毀或爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)行的可靠性及安全性高，可減少電力事故發(fā)生，為電カ供電網(wǎng)絡(luò)提供安全保障。2.高壓的一次側(cè)與后面電壓的電子測(cè)量系統(tǒng)之間完全實(shí)現(xiàn)電氣隔離，且第一電流互感器的二次繞組一端接地，因此安全性高，且適用范圍廣。
3.采用零磁通電流采樣技術(shù)及高磁導(dǎo)率的磁芯及合理的繞制エ藝，測(cè)量精度高，在規(guī)定的全工作環(huán)境溫度范圍內(nèi)可保證滿足O. 5級(jí)的要求。4.功耗低、發(fā)熱小，體積小、成本低，大幅度地節(jié)約資源僅以l(T35kV配網(wǎng)自動(dòng)化戶外開(kāi)關(guān)為例，每年生產(chǎn)開(kāi)關(guān)50萬(wàn)臺(tái)計(jì)，每臺(tái)開(kāi)關(guān)至少配兩只PT，每臺(tái)用硅鋼片材料和銅線共計(jì)至少20KG，環(huán)氧樹(shù)脂材料10KG，每年僅戶外開(kāi)關(guān)總計(jì)用量50*103*2*20=2000噸(銅材和鉄材)和50*103*2*10/1000=1000噸(環(huán)氧樹(shù)脂)。而本專利提供的新型高壓電子式電壓互感器由于第一電流互感器的一次、二次線圈的電流都是mA級(jí)的，很小，因此可以使用細(xì)的漆包線繞制一次、二次線圈，且功耗低、發(fā)熱??；高壓側(cè)的電壓基本全部降在限流電阻上，第一電流互感器的一次線圈兩端電壓基本為零，匝間絕緣易于處理。另外采用零磁通電流采樣技術(shù)，一次、二次線圈可以采用低匝數(shù)、采用小磁芯，ー個(gè)新型電壓互感器材料用量銅〈O. 1KG、磁芯〈1KG、環(huán)氧樹(shù)脂〈5KG，一個(gè)取電CT用量銅〈I. 5KG、磁芯〈2KG、環(huán)氧樹(shù)脂〈5KG,大大減小了廣品體積、減少制造成本，大幅減少所耗用的原材料。
5.采用的“一”字形結(jié)構(gòu)布局，即可保證體積小，又可減小輸入電極之間的寄生電容和增大輸入電極間的爬電距離，產(chǎn)品體積小。6.因?yàn)轶w積小、功耗小，不存在爆炸的危險(xiǎn)因此可以集成到智能監(jiān)測(cè)設(shè)備中，利于設(shè)備的安裝。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說(shuō)明
圖I為本發(fā)明的電路不意 圖2為本發(fā)明中的第一電流互感器的剖視 圖3為本發(fā)明中的第一電流互感器的結(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中第一電流互感器的繞線示意 圖5為本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施例中第一電流互感器的繞線示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合圖I、圖2、圖3、圖4和圖5詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。如圖I中的電路原理示意圖所示，本發(fā)明所提出的電壓互感器由高壓限流電阻1，第一電流互感器2，第二電流互感器3和零磁通電流信號(hào)放大單元電路4等四部分組成。高壓限流電阻I的一個(gè)引腳接待測(cè)電壓信號(hào)的ー極(如圖I中的A相母線)，另一端接第一電流互感器2的一次繞組21的一腳，第一電流互感器2的一次繞組21的另ー腳接待測(cè)電壓信號(hào)的另ー極(如圖I中的B相母線)，第一電流互感器2的二次繞組22與第二電流互感器3的一次繞組相連，并將第一電流互感器2的二次繞組22的其中一腳接地，第二電流互感器3的二次繞組接入零磁通電流信號(hào)放大單元電路4的輸入端。傳統(tǒng)PT檢測(cè)電壓方式的線路電壓全部加在一次側(cè)的線圈上直接檢測(cè)電壓，本方案是把待測(cè)電壓變成電流，通過(guò)電磁隔離把電流信號(hào)傳到二次側(cè)，在二次側(cè)再把電流轉(zhuǎn)成電壓信號(hào)供測(cè)量系統(tǒng)使用。如

圖1，通過(guò)高壓限流電阻I將待測(cè)電壓轉(zhuǎn)換成ー個(gè)HiA級(jí)的電流Ip=Vg/Rx，其中，Ip為第一電流互感器2的一次繞組的電流，Vg為待測(cè)的高壓信號(hào)，Rx為高壓限流電阻。該電流流過(guò)第一電流互感器2的一次繞組，第一電流互感器2是ー個(gè)一次、二次匝數(shù)接近的電流互感器，在它的二次側(cè)將產(chǎn)生與一次側(cè)電流大小相當(dāng)?shù)碾娏?，這個(gè)電流流過(guò)第二電流互感器3的一次繞組，第二電流互感器3是ー個(gè)變比為1:1的電流互感器，它的二次側(cè)也就出現(xiàn)ー個(gè)與待測(cè)電壓大小成正比的mA級(jí)的電流，這個(gè)電流經(jīng)零磁通電流信號(hào)放大單元電路4放大成所需的幅度的電壓信號(hào)供測(cè)量系統(tǒng)使用。本互感器的第一電流互感器2的二次繞組22的其中一腳及互感器外殼在使用時(shí)必須接大地。所述互感器在物理結(jié)構(gòu)上可設(shè)計(jì)成以下兩種結(jié)構(gòu)一，把高壓限流電阻I和第一電流互感器2組合在一起做成互感器本體，把第二電流互感器3，零磁通電流信號(hào)放大單元電路4放到測(cè)量系統(tǒng)中去，這樣互感器就是無(wú)源的；結(jié)構(gòu)ニ，把高壓限流電阻1，第一電流互感器2，第二電流互感器3，零磁通電流信號(hào)放大單元電路4設(shè)計(jì)成為ー個(gè)整體，這樣需要給零磁通電流信號(hào)放大單元電路4増加ー個(gè)工作電源， 這樣互感器就是有源的。在兩種結(jié)構(gòu)中，第二電流互感器3都不是必須的，當(dāng)零磁通電流信號(hào)放大單元電路4的工作電源的地與大地相接時(shí)，可以去掉第二電流互感器3，把第一電流互感器2的二次繞組22直接接入零磁通電流信號(hào)放大單元電路4。本發(fā)明有兩個(gè)關(guān)鍵處理技術(shù)，第一個(gè)關(guān)鍵是一次側(cè)與二次側(cè)的絕緣處理，主要采取兩個(gè)措施
ー是第一電流互感器2采用特殊繞制エ藝。具體做法是如圖4所示，互感器磁芯23選用高磁導(dǎo)率的坡莫合金或其它高磁導(dǎo)率的磁性材料的環(huán)形磁芯，互感器一、二次繞組21、22分別在環(huán)形磁芯23的上、下半環(huán)位置分層繞制。如圖3所示，先在環(huán)形磁芯23的下半環(huán)繞制二次繞組22，二次繞組22在環(huán)形磁芯23的環(huán)的底部出線，再把繞制好二次繞組22后的磁芯23裝入絕緣材料制作的環(huán)形殼體24中，向此殼體注入環(huán)氧樹(shù)脂25使繞制好二次繞組22的磁芯23密封在環(huán)氧樹(shù)脂25中，形成ー級(jí)絕緣隔離，再在環(huán)氧樹(shù)脂25密封后的磁芯23上半環(huán)繞制一次繞組21。一次繞組21和二次繞組22的匝數(shù)相當(dāng)。繞制好的第一電流互感器2與其它部分組合密封形成本發(fā)明的互感器設(shè)備。這樣處理后的第一電流互感器2有足夠的絕緣且占用體積小。第一電流互感器2還可以采用封閉的⑶形的磁芯23繞制，如圖5所示，在⑶磁芯的上、下邊柱先繞制絕緣層26，然后再把一次、二次繞組21、22分別繞在⑶形磁芯23的上、下邊柱上。ニ是一次側(cè)采取“一”字形結(jié)構(gòu)布局以增大電壓采樣輸入線的電氣間隙和電極間寄生電容控制到最小。具體做法是如圖2、3所示，待測(cè)電壓信號(hào)的一極從所述互感器左端接線柱11引入，進(jìn)入互感器內(nèi)部高壓限流電阻I左引腳端，筆型的高壓限流電阻I水平方向布置，高壓限流電阻的右引腳端連接電流互感器2的一次側(cè)線圈(一次繞組21)—個(gè)引出腳，線圈另一引出腳直連互感器右端接線柱12，右端接線柱12接待測(cè)電壓信號(hào)的另ー扱。左右接線柱11、12、高壓電阻I、一次側(cè)線圈21呈ー字形分布在互感器的中上部，在互感器的有限空間內(nèi)使高壓母線間形成最大的絕緣距離。本發(fā)明的另ー個(gè)關(guān)鍵是零磁通電流信號(hào)放大技木。具體做法是如圖I所示，第ニ電流互感器3的二次繞組接入零磁通電流信號(hào)放大單元電路4的輸入端，Rl為電壓反饋電阻，R2、C為相位補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，DU D2為電壓鉗位ニ極管。零磁通電流信號(hào)放大單元電路4的輸出電壓Vo=I*Rl，通過(guò)調(diào)節(jié)反饋電阻Rl改變輸出電壓Vo。根據(jù)運(yùn)放正、負(fù)輸入端虛短的概念，此方式的第二電流互感器3的輸出電壓為0V，工作在零負(fù)載狀態(tài)，使檢測(cè)信號(hào)不失真，具有極高的檢查精度，可以精確地檢測(cè)一次線圈流過(guò)的小電流信號(hào)；補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)通過(guò)調(diào)整電阻R2達(dá)到所需補(bǔ)償精度，對(duì)于不需要補(bǔ)償相移的場(chǎng)合，電容C和補(bǔ)償電阻R2可以不接；Dl、D2使運(yùn)放正反相端電壓嵌位在Dl、D2的正向壓降以內(nèi)，保護(hù)電流變換電路。以上所述只是本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，其并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，只要是以基本相同的手段實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的都應(yīng)屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.ー種高壓電子式電壓互感器，其特征在于包括高壓限流電阻(I)、第一電流互感器(2)和零磁通電流信號(hào)放大單元電路(4)，其中高壓限流電阻(I)的一個(gè)引腳接待測(cè)電壓信號(hào)的ー極，另一端接第一電流互感器(2)的一次繞組(21)的一腳，第一電流互感器(2)的一次繞組(21)的另ー腳接待測(cè)電壓信號(hào)的另ー極，第一電流互感器(2)的二次繞組(22)接入零磁通電流信號(hào)放大單元電路(4)的輸入端，第一電流互感器(2)的二次繞組(22)的其中一腳接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓電子式電壓互感器，其特征在于還包括第二電流互感器(3)，第二電流互感器(3)的一次繞組與第一電流互感器(2)的二次繞組(22)相連，第二電流互感器(3)的二次繞組接入零磁通電流信號(hào)放大單元電路(4)的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高壓電子式電壓互感器，其特征在于第一電流互感器(2)的互感器磁芯選用高磁導(dǎo)率的磁性材料的環(huán)形磁芯(23)，其一、二次繞組(21、22)分別在環(huán)形磁芯的上、下半環(huán)位置分層繞制，包括以下步驟 3.I先在環(huán)形磁芯的下半環(huán)繞制二次繞組(22)，二次繞組(22)在環(huán)形磁芯(23)的環(huán)的底部出線； 3.2把繞制好二次繞組(22)后的磁芯(23)裝入絕緣材料制作的環(huán)形殼體(24)中，向此殼體(24)注入環(huán)氧樹(shù)脂使繞制好二次繞組的磁芯密封在環(huán)氧樹(shù)脂中，形成ー級(jí)絕緣隔離； 3.3再在環(huán)氧樹(shù)脂密封后的磁芯(230上半環(huán)繞制一次繞組(21 )，其中一次繞組(21)和二次繞組(22)的匝數(shù)相當(dāng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高壓電子式電壓互感器，其特征在于第一電流互感器(2)采用封閉的⑶形磁芯(23)繞制，其在⑶形磁芯(23)的上、下邊柱先繞制絕緣層(26)，然后再把一次、二次繞組(21、22)分別繞在⑶形磁芯(23)的上、下邊柱上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高壓電子式電壓互感器，其特征在干高壓限流電阻(I)與第一電流互感器(2)封裝為一體，其中高壓限流電阻(I)、第一電流互感器(2)的左、右接線柱(11、12)和一次繞組(21)呈ー字形分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓電子式電壓互感器，其特征在于第二電流互感器(3)エ作在零負(fù)載狀態(tài)，其輸出電壓為零。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓電子式電壓互感器，其特征在于零磁通電流信號(hào)放大単元電路(4)包括運(yùn)放，所述運(yùn)放的輸入端和輸出端之間接有電壓反饋電阻，運(yùn)放正、負(fù)輸入端之間接有電壓鉗位ニ極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高壓電子式電壓互感器，其特征在于零磁通電流信號(hào)放大單元電路(4 )包括由電阻和電容構(gòu)成的相位補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高壓電子式電壓互感器，由高壓限流電阻、第一電流互感器、零磁通電流信號(hào)放大單元電路組成，其中高壓限流電阻的一個(gè)引腳接待測(cè)電壓信號(hào)的一極，另一端接第一電流互感器的一次繞組的一腳，第一電流互感器的一次繞組的另一腳接待測(cè)電壓信號(hào)的另一極，第一電流互感器的二次繞組接入零磁通電流信號(hào)放大單元電路4的輸入端。本發(fā)明提供了一種精度高、一次側(cè)與二次側(cè)完全電氣隔離、可靠性及安全性高、功耗低、發(fā)熱小、體積小、成本低、適用范圍廣的高壓電壓檢測(cè)產(chǎn)品。
文檔編號(hào)H01F38/32GK102682985SQ201210151460
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者關(guān)平, 王紅星 申請(qǐng)人:深圳市深泰明科技有限公司