[发明专利]一种宽频电压互感器

说明书

本发明提供一种宽频电压互感器，包括空心绝缘子、金属法兰、固定法兰、阻容均压组件、阻容混联分压器、底座和信号采集模块；空心绝缘子两端安装金属法兰，空心绝缘子顶端的金属法兰与一次系统连接，其底端的金属法兰与底座连接；金属法兰的内壁安装固定法兰，阻容均压组件两端分别与固定法兰连接；阻容混联分压器顶端与一次系统连接，其底端与信号采集模块连接，该宽频电压互感器一次绝缘可靠性高，电压测量精度高，能够实现宽频电压信号的准确测量。本发明提供的宽频电压互感器既适用于交流系统，也可以适用于直流系统，且应用范围广，具体应用范围涵盖直流输电工程、交流输/配电工程、高速铁路电网及任何具有宽频电压信号测量需求的领域和场合。

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种高精度、快速响应、高可靠性、免现场效验的宽频电压互感器。

背景技术

直流输电系统中直流电压互感器是不可缺少的主设备，承担着电能计量、电量监测、继保信号传送等的重要作用。现有技术中的直流电压互感器是由一系列电阻元件串联而成的电阻分压器构成，为了防止电阻分压器受各种暂态过电压(包括雷电过电压)的影响，通常在电阻分压器上并联均压电容器。具体的直流电压互感器原理图如图1所示。根据电压等级的不同，组成的电阻分压器和电容分压器级数不同。图1中，最下端的一级称之为低压臂，之上若干级构成高压臂，R₂表示低压臂电阻，C₂表示低压臂电容，R₁表示高压臂电阻，C₁表示高压臂电容，其中R₁＝R₁₁+R₁₂+...+R_1n，C₁＝C₁₁∥C₁₂∥...∥C_1n。一次电压U_p作用于高压臂，低压臂输出电压U_s用于连接二次系统。

上述现有技术中的直流电压互感器具有如下三方面的缺点：

1)结构设计缺陷导致一次绝缘可靠性低：

在直流输电工程的一次设备中，直流电压互感器故障率比较高，故障以绝缘故障居多。一次绝缘可靠性问题主要包括一次结构设计缺陷、阻容元件选型和绝缘设计等。

直流电压互感器的结构设计缺陷体现在为了满足绝缘性能要求，由电阻R₁₁、R₁₂、...、R_1n串联构成的电阻分压器及由电容C₁₁、C₁₂、...、C_1n串联构成的均压电容器被安置在一支空心绝缘子内部，两端用法兰封装。空心绝缘子内部充满绝缘介质以满足绝缘要求，直流电压互感器整体结构示意图如图2。空心绝缘子外表面处于大气环境下，日积月累容易聚集污物，特别是在直流电场作用下，这种污物的聚集速度和程度会比交流电场更严重。干燥的污秽物电导率比较低，遇上大雾或小雨前期，空心绝缘子表面聚集的污秽物受潮，电导率增大。这种情况，空心绝缘子外侧的电位分布受空心绝缘子外表面污秽程度及潮湿状态影响，湿度较大的区域，电导率高，电压降小；湿度较小的区域，电导率小，电压降高。于此同时，直流电压互感器内部的阻容分压器由于不受外界污秽的影响，轴向上从上端到下端的电位分布呈现比较均匀的状态。污秽的影响导致直流电压互感器轴向及径向电位分布极不均匀，使局部产生较大电位差，而电位分布不均将直接影响局部电场强度，使电场强度分布发生畸变，当这种畸变严重到足以游离空气的时候，空心绝缘子外侧就会发生闪络现象(即污秽闪络现象)，严重时会导致空心绝缘子与内部阻容元件间发生击穿故障，使直流电压互感器出现永久性损坏。

2)轴向温度梯度大且温升高，导致直流电压测量精度低：