專利名稱：一種交流電力系統(tǒng)電壓傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)電壓測試領(lǐng)域，涉及一種交流電力系統(tǒng)電壓信號的獲取裝置。
背景技術(shù)：
目前，傳統(tǒng)的交流電力系統(tǒng)電壓傳感器都是采用鐵芯線圈結(jié)構(gòu)的電磁式電壓傳感器，這 些電壓傳感器利用電磁感應(yīng)原理，一、二次測電路在電氣上是隔離的，使的二次設(shè)備和人身 安全得到保障。但是它們也有很明顯的缺陷由于鐵磁飽和，互感器測量結(jié)果與輸入值是非 性的，暫態(tài)響應(yīng)差，對于電力系統(tǒng)中的過電壓信號是無法測量的；而且體積大、重量重。
高壓分壓器是也是一種常用的獲取電壓信號的裝置，主要有電阻分壓器、電容分壓器和 阻容分壓器等幾種結(jié)構(gòu)形式。高壓分壓器具有結(jié)構(gòu)簡單，測量精度較高，暫態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)。 但是高壓分壓器直接并聯(lián)高壓電網(wǎng)運(yùn)行，高低壓臂之伺有直接電的聯(lián)系，因此必須要特別考
慮人身和測量設(shè)備的安全問題；再次，若運(yùn)用于110kV及以上的高壓電網(wǎng)，必須要考慮分壓 器長期并聯(lián)于系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、發(fā)熱、阻抗匹配和交流沖擊等一系列問題，這對分壓器的 要求就更加嚴(yán)格，這些都限制了高壓分壓器在高壓電網(wǎng)中的應(yīng)用；同時，分壓器的安裝也增 加了額外的 一次設(shè)備投入問題。
聯(lián)機(jī)檢索查詢國內(nèi)外專利文獻(xiàn)，申請?zhí)枮?1129750.6的中國專利，公開的《一種電容 分壓式電壓傳感器》。該傳感器由一次電極、 一.次電極、接地電極、絕緣材料、 一次端子、二 次端子、底板、接口繼電器和金屬屏蔽罩組成，其中， 一次電極、 一次電極和接地電極用金 屬圓管制成，他們之間以絕緣材料隔離， 一次電極處于中間，二次電極圍繞著一次電極，接 地電極設(shè)置在接口繼電器上，二次電極連接接口繼電器，接地電極連接于電力系統(tǒng)的中性點(diǎn) 或接地點(diǎn)。應(yīng)用于10kV級電力系統(tǒng)中，將一次側(cè)的高電壓線性地變換為二次側(cè)低電壓，作 為測量、保護(hù)及控制系統(tǒng)信息輸入的電量信息變換的技術(shù)。這種傳感器本質(zhì)上是通過電壓與 電極間的感應(yīng)電場形成的分布電容來進(jìn)行電容分壓，由于高壓電網(wǎng)的變電站中電磁干擾非常 大，變電站里的各種設(shè)備的分布電容是互相影響的，因此分壓電容的大小容易受到外界影響 而變化，這就造成分壓比不恒定，必然引起測量誤差，這影響到該傳感器應(yīng)用到110kV及更 高電壓等級電網(wǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種交流電力系統(tǒng)電壓傳感器。 本發(fā)明所涉及的一種交流電力系統(tǒng)電壓傳感器的工作原理是直接利用變電站的電容性 設(shè)備，采用高精度寬頻帶的電流傳感器測量容性設(shè)備的對地電流信號，然后通過模擬電路對電流信號進(jìn)行積分變換，以重構(gòu)電網(wǎng)電壓信號。在圖l所示的系統(tǒng)電路模型中，Cf為容性設(shè) 備等效電容，i^為容性設(shè)備等效電阻，當(dāng)容性設(shè)備介質(zhì)良好時，i^值很大，容性設(shè)備可等效 一個純電容器Cp。
設(shè)電網(wǎng)電壓為^C0，當(dāng)其作用于容性設(shè)備上，其對地電流為<formula>formula see original document page 5</formula>
設(shè)電流傳感器的變比為I，其輸出電壓為
欲
經(jīng)過積分常數(shù)為；的積分器后輸出電壓為<formula>formula see original document page 5</formula>
由于K、 Cp和；均為常數(shù)，因此電壓傳感器的輸出電壓與電網(wǎng)電壓成線性關(guān)系，由此可 知，本發(fā)明所涉及的一種交流電力系統(tǒng)電壓傳感器能夠監(jiān)測交流電力系統(tǒng)的電壓信號。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如K:
一種交流電力系統(tǒng)電壓傳感器，其特征在于由變電站容性設(shè)備l、電流線圈2、電子變
換單元3、接地導(dǎo)線4、同軸電纜5組成，接地導(dǎo)線4一端與容性設(shè)備的末屏相連、另一端穿 過電流線圈2接地，電流線圈2輸出端口與電了變換單元3輸入端口之間通過同軸電纜5連 接，電子變換單元3的輸出通過同軸電纜5接到第二方的采集裝置上；電流線圈2由納米晶 合金環(huán)形鐵芯、繞組、雙層屏蔽結(jié)構(gòu)、屏蔽外殼及同軸電纜接頭組成，在屏蔽外殼內(nèi)，從內(nèi) 至外分別設(shè)置繞組、納米晶合金環(huán)形鐵芯及雙層屏蔽結(jié)構(gòu)，繞組繞在納米晶合金環(huán)形鐵芯上， 雙層屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)置在線圈的上、下側(cè)面和外側(cè)面，雙層屏蔽結(jié)構(gòu)的內(nèi)層為銅皮、外層為鐵皮、 厚度為0.3mm 0.5mm，兩屏蔽層間填充聚四氟乙烯薄胰，兩屏蔽層的外側(cè)均有l(wèi)mm 1.5mm 寬的縱向開槽，同軸電纜接頭設(shè)置在工程塑料外殼的外側(cè)面，繞組兩端分別與同軸龜纜接頭 兩端相連;電子積分變換單元3由電子線路板6、不銹鋼屏蔽盒7及螺釘8組成，電子線路 板6通過螺釘8固定在不銹鋼屏蔽盒7中，電子線路板6上包括I/V變換單元、積分電路及 電源變換，1/V變換電路包括前端保護(hù)電路、運(yùn)算放大器、同軸電纜接頭，電阻及電容，保護(hù) 電路由二極管D1、 D2組成，運(yùn)算放大器U1的第八個管腳接電源正12V、第四個管腳接電源 負(fù)12V，輸入電纜接頭B1的芯線接電阻R1 —端、Bl的外部接地，電阻R1另一端接運(yùn)算放大 器U1的反相輸入端第二個管腳，運(yùn)算放大器U1的反相輸入端第二個管腳與二極管D1的陽極、 D2的陰極、電阻R2和電容Cl的一端相連，二極管Dl的陰極、D2的陽極與地相連，電阻
R2和電容Cl的另一端與運(yùn)算放大器Ul的第一個管腳輸出端相連，電阻R3的一端接運(yùn)算放 大器U1的同相輸入端第三個管腳，另一端接地，運(yùn)算放大器U1的同相輸入端第五個管腳與 電容C2、電阻R4的一端相連，電容C2的另一端接到運(yùn)算放大器Ul的第一個管腳，電阻R4 的另一端接地，運(yùn)算放大器U1的反相輸入端第六個管腳與第七個管腳相連；模擬積分器包括 運(yùn)算放大器、電纜接頭、電阻及電容，積分器的信號輸入通過導(dǎo)線接到I/V變換的輸出，積 分器的信號輸入通過導(dǎo)線接到I/V變換的輸出，積分器的輸出接到信號輸出電纜B2芯線，積 分器中的運(yùn)算放大器U2的引腳八與電源正12V相連、弓l腳四與電壓負(fù)12V相連，U2的反相 輸入端引腳二與電阻R5、 R6、電容C3的一端相連，電阻R5的另一端連到運(yùn)算放大器Ul的 輸出引腳七上，電阻R6的另一端與電容C3的另一端相連，接到運(yùn)算放大器U2的輸出引腳一 上，電阻R7的一端與運(yùn)算放大器U2的同相輸入端引腳三相連，另一端接地，電容C4的一端 與電阻K8的一端相連，接到運(yùn)算放大器U2的同相輸入端引腳五上，電容C4的另一端與運(yùn)算 放大器U2的輸出端引腳一相連，電阻R8的另一端接地，運(yùn)算放大器U2的反相輸入端引腳六 與輸出引腳七相連，接到信號輸出同軸電纜B2芯線，同軸電纜B2的外殼接地；電源變換電 路將輸入的5V電源變換成運(yùn)算放大器需要的土12V電源，它包括一個電源輸入接口和一個 DC/DC變換器，5V電源的正極與DC/DC模塊U3的輸入引腳一、二十四相連，負(fù)極與DC/DC 模塊U3的輸入接地端引腳十二、十三相連，電容El的正極與U3的+12V輸出引腳第十一、 第十四管腳相連，電容E2的正極與DC/DC模塊U3的-12V輸出引腳第二、第二十三管腳相連， 電容E2、 E3的負(fù)極與DC/DC模塊U3的輸出接地端引腳第三、十、十二、十五管腳相連。
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，能夠長期工作于工頻交流環(huán)境中，并且能承受較大的沖擊 電壓，主要有以下特點(diǎn)
1、 本發(fā)明的一種交流電力系統(tǒng)電壓傳感器直接利用變電站的容性設(shè)備作為電壓傳感器
的一個微分環(huán)節(jié)，避免了在電網(wǎng)中安裝一次分壓設(shè)備而給電網(wǎng)帶來潛在性危險；
2、 本發(fā)明的一種交流電力系統(tǒng)電壓傳感器通過電流傳感器測量容性設(shè)備對地電流信號
來測量電網(wǎng)電壓信號，電流傳感器采用Rogowski線圈結(jié)構(gòu)，傳感器的輸出信號與電網(wǎng)一次完 全電氣隔離，具有很好的安全特性；
3、 本發(fā)明的一種交流電力系統(tǒng)電壓傳感器結(jié)構(gòu)簡單，所需要設(shè)計(jì)的電流傳感器和電子積 分器等環(huán)節(jié)具有體積小，重量輕、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)；
4、 本發(fā)明的一種交流電力系統(tǒng)電壓傳感器測量工頻電壓信號和內(nèi)部過電壓信號具有較
好的線性度和精度，試驗(yàn)表明，傳感器測量丄頻電壓信號精度可達(dá)到1級，測量操作過電壓
的峰值不確定度在±1°/0內(nèi)、時間參數(shù)的不確定在±3%范圍內(nèi)。
5、 本發(fā)明的-一種交流電力系統(tǒng)電壓傳感器具有很好的通用性，可以很方便的通過調(diào)整電流傳感器以及積分變換單元的電路參數(shù)使傳感器應(yīng)用于10 — 500kV不同的電壓等級。


圖1為本發(fā)明的電壓傳感器結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的電壓傳感器的理想簡化電路模型；
圖3為本發(fā)明電壓傳感器中電子線路變換單元的電路原理圖4為測量工頻交流電壓波形比較；
圖5為本發(fā)明電壓傳感器測量工頻交流電壓的線性度曲線圖
圖6為測量操作沖擊的波形比較；
圖7為測量操作沖擊電壓峰值的線性度曲線上述圖中l(wèi)為變電站容性設(shè)備，2為電流線圈，3為電子線路變換單元，4為套管末屏接 地線，5為同軸電纜，6為電子線路板、7為不銹鋼屏蔽盒、8為螺釘，A為電容分壓器測量 工頻電壓波形，B為本發(fā)明的電壓傳感器測量工頻電壓波形，C為電容分壓器測量操作過電壓 波形，D為本發(fā)明的電壓傳感器測量操作過電壓波形。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對木發(fā)明進(jìn)一步說明如下 實(shí)施例1
如圖1 3所示 一種110kV交流電力系統(tǒng)電壓傳感器，包括110kV變壓器電容套管1、 電流線圈2、電子變換單元3、套管末屏接地導(dǎo)線4、同軸電纜5，接地導(dǎo)線4一端接變壓器 電容套管1的末屏、另一端穿過電流線圈2接地，電流線圈2與電子變換單元3之間通過同 軸電纜5連接，電子變換單元3的輸出通過同軸電纜輸出到第三方的采集裝置。電流線圈2 由納米晶合金環(huán)形鐵芯、繞組、雙層屏蔽結(jié)構(gòu)、屏蔽外殼及同軸電纜接頭組成，在屏蔽外殼 內(nèi)，從內(nèi)至外分別設(shè)置繞組由直徑0.19mm的漆包線繞制的匝數(shù)為200匝的繞組、納米晶合 金環(huán)形鐵芯及雙層屏蔽結(jié)構(gòu)，繞組繞在納米晶合金環(huán)形鐵芯上，雙層屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)置在線圈的 上、下側(cè)面和外側(cè)面，雙層屏蔽結(jié)構(gòu)的內(nèi)層為銅皮、外層為鐵皮、厚度為0.5mm，用以屏蔽 外界電磁干擾；兩屏蔽層間填充聚四氟乙烯薄膜，用以隔絕兩屏蔽層的電氣聯(lián)系；兩屏蔽層 的外側(cè)均有1.5mm寬的縱向開槽，用以防止渦流產(chǎn)生；同軸電纜接頭設(shè)置在工程塑料外殼的 外側(cè)面。電子積分變換單元3由電子線路板6、不銹鋼屏蔽盒7、螺釘8以及同軸電纜接頭組 成，電子線路板6通過螺釘8固定在不銹鋼屏蔽盒7中，同軸電纜接頭設(shè)置在不銹鋼屏蔽盒 7的外側(cè)面；電子線路板6上電路包括I/V變換單元、積分電路及電源變換；1/V變換電路包 括前端保護(hù)電路、運(yùn)算放大電路U以及電阻、電容；前端保護(hù)電路由二極管D1、 D2組成，Dl、 D2的型號為1N4007，運(yùn)算放大器U]的型號為AD712，電阻Rl阻值為0歐，電阻R2、 R3和
R4的阻值分別為2k、 2k和1M，電容Cl為20pF, C2為0. luF。 Ul的八腳接電源正12V、四
腳接電源負(fù)12V，輸入電纜B1的芯線接電阻R1—端，外部接地，電阻R1另一端接運(yùn)算放大
器Ul的反相輸入端引腳二，運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端引腳二與二極管Dl的陽極、D2的
陰極、電阻R2和電容Cl的一端相連，二極管Dl的陰極與D2的陽極與地相連，電阻R2和
電容Cl的另一端與運(yùn)算放大器m的輸出端引腳一相連；電阻R3的一端接到運(yùn)算放大器Ul
的同相輸入端引腳三，另一端連到地，運(yùn)算放大器Ul的同相輸入端引腳五與電容C2、電阻
R4的一端相連，電容C2的另一端連接到運(yùn)算放大器LU的輸出引腳五，電阻R4的另一端接
地，運(yùn)算放大器U1的反相輸入端引腳六與輸出引腳七相連；模擬積分器包括模擬積分器包括
運(yùn)算放大器、電纜接頭、電阻及電容，運(yùn)算放大器U2的型號為AD712，電阻R5和R7為lk，
R6禾HR8為1M， C3禾QC4為0.1uF;積分器的信號輸入通過導(dǎo)線接到I/V變換的輸出，積分
器的輸出接到信號輸出電纜B2芯線，積分器中的運(yùn)算放大器U2的引腳八與+ 12V電源相連、
引腳四與一12V電壓相連，U2的反相輸入端引腳二與電阻R5、 R6、電容C3的一端相連，電
阻R5的另一端連到運(yùn)算放大器Ul的輸出引腳七上，電阻R6的另一端與電容C3的另一端相
連，接到運(yùn)算放大器U2的輸出引腳一上，電阻R7的一端與運(yùn)算放大器U2的同相輸入端引腳
三相連，另一端接地，電容C4的一端與電阻R8的一端相連，接到運(yùn)算放大器U2的同相輸入
端引腳五上，電容C4的另一端與運(yùn)算放大器U2的輸出端引腳一相連，電阻R8的另一端接地，
運(yùn)算放大器U2的反相輸入端引腳六與輸出引腳七相連，接到信號輸出同軸電纜B2芯線，同
軸電纜B2的外殼接地；電源變換電路將輸入的5V電源變換成運(yùn)算放大器需要的± 12V電源，
它包括一個電源輸入接口和一個DC/DC變換器，5V電源的正極與DC/DC模塊U3的輸入引腳
一、二十四相連，負(fù)極與DC/DC模塊U3的輸入接地端引腳十二、十三相連，電容E1的正極
與U3的+12V輸出引腳第十一、第十四管腳相連，電容E2的正極與DC/DC模塊U3的-12V輸
出引腳第二、第二十三管腳相連，電容E2、 E3的負(fù)極與DC/DC模塊U3的輸出接地端引腳第
三、十、十二、十五管腳相連。 實(shí)施例2
如圖1 3所示 一種110kV交流電力系統(tǒng)電壓傳感器，包括110kV電容式電流互感器1、 電流線圈2、電子變換單元3、套管末屏接地導(dǎo)線4、同軸電纜5，接地導(dǎo)線4一端接電容式 電流互感器1的末屏、另一端穿過電流線圈2接地，電流線圈2與電了變換單元3之間通過 同軸電纜5連接，電子變換單元3的輸出通過同軸電纜輸出到第三方的釆集裝置。電流線圈 2由納米晶合金環(huán)形鐵芯、繞組、雙層屏蔽結(jié)構(gòu)、屏蔽外殼及同軸電纜接頭組成，在屏蔽外 殼內(nèi)，從內(nèi)至外分別設(shè)置繞組由直徑0.15mm的漆包線繞制的匝數(shù)為500匝的繞組、納米晶 合金環(huán)形鐵芯及雙層屏蔽結(jié)構(gòu)，繞組繞在納米晶合金環(huán)形鐵芯上，雙層屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)置在線圈
的上、下側(cè)面和外側(cè)面，雙層屏蔽結(jié)構(gòu)的內(nèi)層為銅皮、外層為鐵皮、厚度為0.5mm，用以屏 蔽外界電磁干擾；兩屏蔽層間填充聚四氟乙烯薄膜，用以隔絕兩屏蔽層的電氣聯(lián)系；兩屏蔽 層的外側(cè)均有l(wèi)mm寬的縱向開槽，用以防止渦流產(chǎn)生；同軸電纜接頭設(shè)置在工程塑料外殼的 外側(cè)面。電子積分變換單元3由電子線路板6、不銹鋼屏蔽盒7、螺釘8以及同軸電纜接頭組 成，電子線路板6通過螺釘8固定在不銹鋼屏蔽盒7中，同軸電纜接頭設(shè)置在不銹鋼屏蔽盒 7的外側(cè)面；電子線路板6上電路包括I/V變換單元、積分電路及電源變換；1/V變換電路包 括前端保護(hù)電路、運(yùn)算放大電路U以及電阻、^容；前端保護(hù)電路由二極管D1、 D2組成，Dl、 D2的型號為1M007，運(yùn)算放大器Ul的型號為AD712，電阻Rl阻值為0歐，電阻R2、 R3和 R4的阻值分別為lk、 lk和1M,電容Cl為20pF， C2為0. luF。 Ul的八腳接電源+12V、四腳 接電源-12V,輸入電纜Bl的芯線接電阻Rl —端，外部接地，電阻Rl另一端接運(yùn)算放大器 Ul的反相輸入端引腳二，運(yùn)算放大器U1的反相輸入端引腳二與二極管D1的陽極、D2的陰極、 電阻R2和電容Cl的一端相連，二極管Dl的陰極與D2的陽極與地相連，電阻R2和電容Cl 的另一端與運(yùn)算放大器U1的輸出端引腳一相連；電阻R3的一端接到運(yùn)算放大器U1的同相輸 入端引腳三，另一端接地，運(yùn)算放大器U1的同相輸入端引腳五與電容C2、電阻R4的一端相 連，電容C2的另一端連接到運(yùn)算放大器U1的輸出引腳五，電阻R4的另一端連到地，運(yùn)算放 大器Ul的反相輸入端引腳六與輸出引腳七相連；模擬積分器包括模擬積分器包括運(yùn)算放大 器、電纜接頭、電阻及電容，運(yùn)算放大器U2的型號為AD712,電阻R5和R7為lk， R6和 R8為1M, C3和C4為0.1uF;積分器的信號輸入通過導(dǎo)線接到I/V變換的輸出，積分器的輸 出接到信號輸出電纜B2芯線，積分器中的運(yùn)算放大器U2的引腳八與+ 12V電源相連、引腳 四與一12V電壓相連，U2的反-相輸入端引腳二與電阻R5、 R6、電容C3的一端相連，電阻R5 的另一端連到運(yùn)算放大器U1的輸出引腳七上，電阻R6的另一端與電容C3的另一端相連，接 到運(yùn)算放大器U2的輸出引腳一上，電阻R7的一端與運(yùn)算放大器U2的同相輸入端引腳三相連， 另一端接地，電容C4的一端與電阻R8的一端相連，接到運(yùn)算放大器U2的同相輸入端引腳五 上，電容C4的另一端與運(yùn)算放大器U2的輸出端引腳一相連，電阻R8的另一端接地，運(yùn)算放 大器U2的反相輸入端引腳六與輸出引腳七相連，接到信號輸出同軸電纜B2芯線，同軸電纜 B2的外殼接地；電源變換電路將輸入的5V電源變換成運(yùn)算放大器需要的土12V電源，它包 括一個電源輸入接口和寸DC/DC變換器，5V電源的正極與DC/DC模塊U3的輸入引腳一、 二十四相連，負(fù)極與DC/DC模塊U3的輸入接地端引腳卜二、十三相連，電容El的正極與U3 的+12V輸出引腳第十一、第十四管腳相連，電容E2的正極與DC/DC模塊U3的-12V輸出引腳 第—、第二十二管腳相連，電容E2、 E3的負(fù)極與DC/DC模塊U3的輸出接地端引腳第三、十、 十二、十五管腳相連。實(shí)施例3
如圖1 3所示 一種llOkV交流電力系統(tǒng)電壓傳感器，包括llOkV電容式電壓互感器1、 電流線圈2、電子變換單元3、套管末屏接地導(dǎo)線4、同軸電纜5，接地導(dǎo)線4一端電壓互感 器1的末屏、另一端穿過電流線圈2接地，電流線圈2與電子變換單元3之間通過同軸電纜 5連接，電子變換單元3的輸出通過同軸電纜輸出到第三方的采集裝置。電流線圈2由納米 晶合金環(huán)形鐵芯、繞組、雙層屏蔽結(jié)構(gòu)、屏蔽外殼及同軸電纜接頭組成，在屏蔽外殼內(nèi)，從 內(nèi)至外分別設(shè)置繞組由直徑0.15mm的漆包^l繞制的匝數(shù)為600匝的繞組、納米晶合金環(huán)形 鐵芯及雙層屏蔽結(jié)構(gòu)，繞組繞在納米晶合金環(huán)形鐵芯上，雙層屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)置在線圈的上、下 惻面和外惻面，雙層屏蔽結(jié)構(gòu)的內(nèi)層為銅皮、外層為鐵皮、厚度為0.5mm，用以屏蔽外界電 磁干擾；兩屏蔽層間填充聚四氟乙烯薄膜，用以隔絕兩屏蔽層的電氣聯(lián)系；兩屏蔽層的外側(cè) 均有l(wèi)mm寬的縱向開槽，用以防止渦流產(chǎn)生；同軸電纜接頭設(shè)置在工程塑料外殼的外側(cè)面。 電子積分變換單元3由電子線路板6、不銹鋼屏蔽盒7、螺釘8以及同軸電纜接頭組成，電子 線路板6通過螺釘8固定在不銹鋼屏蔽盒7中，同軸電纜接頭設(shè)置在不銹鋼屏蔽盒7的外側(cè) 面；電了線路板6上電路包括I/V變換單元、積分電路及電源變換；I/V變換電路包括前端保 護(hù)電路、運(yùn)算放大電路U以及電阻、電容；前端保護(hù)電路由二極管Dl、 D2組成，Dl、 D2的 型號為1N4007，運(yùn)算放大器Ul的型號為AD712，電阻Rl阻值為0歐，電阻R2、 R3和R4的 阻值分別為lk、 lk和1M,電容Cl為20pF, C2為0. luF。 Ul的八腳接電源+12V、四腳接電 源-12V，輸入電纜B1的芯線接電阻R1—端，外部接地，電阻R1另一端接運(yùn)算放大器U1的 反相輸入端引腳二，運(yùn)算放大器U1的反相輸入端引腳二與二極管D1的陽極、D2的陰極、電 阻R2和電容Cl的一端相連，二極管Dl的陰極與D2的陽極與地相連，電阻R2和電容Cl的 另一端與運(yùn)算放大器U1的輸出端引腳一相連；電阻R3的一端接到運(yùn)算放大器U1的同相輸入 端引腳三，另一端連到地，運(yùn)算放大器U1的同相輸入端引腳五與電容C2、電阻R4的一端相 連，電容C2的另-端連接到運(yùn)算放大器U1的輸出引腳五，電阻R4的另一端連到地，運(yùn)算放 大器Ul的反相輸入端引腳六與輸出引腳七相連；模擬積分器包括模擬積分器包括運(yùn)算放大 器、電纜接頭、電阻及電容，運(yùn)算放大器U2的型號為AD712,電阻R5和R7為lk， R6和 R8為1M， C3和C4為O.luF;積分器的信號輸入通過導(dǎo)線接到I/V變換的輸出，積分器的輸 出接到信號輸出電纜B2芯線，積分器中的運(yùn)算放大器U2的引腳八與+12V電源相連、引腳 四與一12V電壓相連，U2的反相輸入端引腳二與電阻R5、 R6、電容C3的一端相連，電阻R5 的另一端連到運(yùn)算放大器U1的輸出引腳七上，電阻R6的另一端與電容C3的另一端相連，接 到運(yùn)算放大器U2的輸出引腳一上，電阻R7的一端與運(yùn)算放大器U2的同相輸入端引腳三相連， 另一端接地，電容C4的一端與電阻R8的一端相連，接到運(yùn)算放大器U2的同相輸入端引腳五
上，電容C4的另一端與運(yùn)算放大器U2的輸出端引腳一相連，電阻R8的另一端接地，運(yùn)算放 大器U2的反相輸入端引腳六與輸出引腳七相連，接到信號輸出同軸電纜B2芯線，同軸電纜 B2的外殼接地；電源變換電路將輸入的5V電源變換成運(yùn)算放大器需要的士12V電源，它包 括一個電源輸入接口和一個DC/DC變換器，5V電源的正極與DC/DC模塊U3的輸入引腳一、 二十四相連，負(fù)極與DC/DC模塊U3的輸入接地端引腳十二、十三相連，電容E1的正極與U3 的+12V輸出引腳第十一、第十四管腳相連，電容E2的正極與DC/DC模塊U3的-12V輸出引腳 第二、第二十三管腳相連，電容E2、 E3的負(fù)極與DC/DC模塊U3的輸出接地端引腳第三、十、 l-二、十五管腳相連。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
對實(shí)施例1的傳感器進(jìn)行以下測試
1、 工頻交流電壓測量試驗(yàn)。試驗(yàn)方法:用調(diào)壓器將工頻10kV電壓變換成20kV 200kV電 壓加到套管上，試驗(yàn)中采用TCF2000Z0.0012型電容分壓器作為標(biāo)準(zhǔn)測量系統(tǒng)，額定電壓
2000kV，額定分壓比3000: 1。
圖4為工頻電壓測量波形，波形A為分壓器輸出結(jié)果，波形B為本發(fā)明的電壓傳感器輸 出結(jié)果從中可以看出本發(fā)明電壓傳感器的輸出波形與電容分壓器的輸出波形幾乎一致。
圖5為在輸入工頻電壓為20kV 200kV時實(shí)施例1的傳感器的輸出線性度曲線圖，電壓 傳感器的線性擬合度0.9993，說明本發(fā)明的電壓傳感器測量工頻電壓時線性度良好。
2、 操作過電壓測量試驗(yàn)。試驗(yàn)方法:用沖擊發(fā)生器產(chǎn)生操作波加到套管上，試驗(yàn)中采用 TCF2000/0.0012型電容分壓器作為標(biāo)準(zhǔn)測量系統(tǒng)，額定電壓2000kV，額定分壓比3000: 1。
圖6為操作沖擊測量波形，波形C為電容分壓器輸出結(jié)果，波形D為實(shí)施例電壓傳感器 輸出結(jié)果，從中可以看出本發(fā)明電壓傳感器的輸出波形與電容分壓器的輸出波形幾乎一致， 其中電容分壓器測量的操作波的時間參數(shù)為146us/1940us，電壓傳感器測量的操作波的吋間 參數(shù)為146us/1930us。
圖7為在操作沖擊峰值為100kV 320kV下電壓傳感器測量峰值輸出的線性度曲線圖， 電壓傳感器傳感器的輸出線性擬合度0.9989，可以看出電壓傳感器測量操作沖擊時具有良好 的線性度。
根據(jù)本發(fā)明的電壓傳感器的原理和測量結(jié)果表明，本發(fā)明的一種交流電力系統(tǒng)電壓傳感 器能夠長期工作于工頻交流環(huán)境中，并且能承受較大的沖擊電壓；傳感器的輸出信號與電網(wǎng) 一次完全電氣隔離；具有體積小，重量輕、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)；測量工頻電壓信號精度可達(dá)到 l級，測量操作過電壓的峰值不確定度在±1%內(nèi)、時間參數(shù)的不確定在±3%范圍內(nèi)；故可廣 泛應(yīng)用于10kV 500kV電力系統(tǒng)電壓信號的采集。
權(quán)利要求
1、一種交流電力系統(tǒng)電壓傳感器，其特征在于由變電站容性設(shè)備1、電流線圈2、電子變換單元3、接地導(dǎo)線4、同軸電纜5組成，接地導(dǎo)線4一端與容性設(shè)備的末屏相連、另一端穿過電流線圈2接地，電流線圈2輸出端口與電子變換單元3輸入端口之間通過同軸電纜5連接，電子變換單元3的輸出通過同軸電纜5接到第三方的采集裝置上；電流線圈2由納米晶合金環(huán)形鐵芯、繞組、雙層屏蔽結(jié)構(gòu)、屏蔽外殼及同軸電纜接頭組成，在屏蔽外殼內(nèi)，從內(nèi)至外分別設(shè)置繞組、納米晶合金環(huán)形鐵芯及雙層屏蔽結(jié)構(gòu)，繞組繞在納米晶合金環(huán)形鐵芯上，雙層屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)置在線圈的上、下側(cè)面和外側(cè)面，雙層屏蔽結(jié)構(gòu)的內(nèi)層為銅皮、外層為鐵皮、厚度為0.3mm～0.5mm，兩屏蔽層間填充聚四氟乙烯薄膜，兩屏蔽層的外側(cè)均有1mm～1.5mm寬的縱向開槽，同軸電纜接頭設(shè)置在工程塑料外殼的外側(cè)面，繞組兩端分別與同軸電纜接頭兩端相連；電子積分變換單元3由電子線路板6、不銹鋼屏蔽盒7及螺釘8組成，電子線路板6通過螺釘8固定在不銹鋼屏蔽盒7中，電子線路板6上包括I/V變換單元、積分電路及電源變換，I/V變換電路包括前端保護(hù)電路、運(yùn)算放大器、同軸電纜接頭，電阻及電容，保護(hù)電路由二極管D1、D2組成，運(yùn)算放大器U1的第八個管腳接電源正12V、第四個管腳接電源負(fù)12V，輸入電纜接頭B1的芯線接電阻R1一端、B1的外部接地，電阻R1另一端接運(yùn)算放大器U1的反相輸入端第二個管腳，運(yùn)算放大器U1的反相輸入端第二個管腳與二極管D1的陽極、D2的陰極、電阻R2和電容C1的一端相連，二極管D1的陰極、D2的陽極與地相連，電阻R2和電容C1的另一端與運(yùn)算放大器U1的第一個管腳輸出端相連，電阻R3的一端接運(yùn)算放大器U1的同相輸入端第三個管腳，另一端接地，運(yùn)算放大器U1的同相輸入端第五個管腳與電容C2、電阻R4的一端相連，電容C2的另一端接到運(yùn)算放大器U1的第一個管腳，電阻R4的另一端接地，運(yùn)算放大器U1的反相輸入端第六個管腳與第七個管腳相連；模擬積分器包括運(yùn)算放大器、電纜接頭、電阻及電容，積分器的信號輸入通過導(dǎo)線接到I/V變換的輸出，積分器的信號輸入通過導(dǎo)線接到I/V變換的輸出，積分器的輸出接到信號輸出電纜B2芯線，積分器中的運(yùn)算放大器U2的引腳八與電源正12V相連、引腳四與電壓負(fù)12V相連，U2的反相輸入端引腳二與電阻R5、R6、電容C3的一端相連，電阻R5的另一端連到運(yùn)算放大器U1的輸出引腳七上，電阻R6的另一端與電容C3的另一端相連，接到運(yùn)算放大器U2的輸出引腳一上，電阻R7的一端與運(yùn)算放大器U2的同相輸入端引腳三相連，另一端接地，電容C4的一端與電阻R8的一端相連，接到運(yùn)算放大器U2的同相輸入端引腳五上，電容C4的另一端與運(yùn)算放大器U2的輸出端引腳一相連，電阻R8的另一端接地，運(yùn)算放大器U2的反相輸入端引腳六與輸出引腳七相連，接到信號輸出同軸電纜B2芯線，同軸電纜B2的外殼接地；電源變換電路將輸入的5V電源變換成運(yùn)算放大器需要的±12V電源，它包括一個電源輸入接口和一個DC/DC變換器，5V電源的正極與DC/DC模塊U3的輸入引腳一、二十四相連，負(fù)極與DC/DC模塊U3的輸入接地端引腳十二、十三相連，電容E1的正極與U3的+12V輸出引腳第十一、第十四管腳相連，電容E2的正極與DC/DC模塊U3的-12V輸出引腳第二、第二十三管腳相連，電容E2、E3的負(fù)極與DC/DC模塊U3的輸出接地端引腳第三、十、十二、十五管腳相連。
2、 按照權(quán)利要求1所述的一種交流電力系統(tǒng)電壓傳感器，其特征在于變電站容性設(shè) 備1采用變電站的變壓器電容套管，電容套管的電容值范圍為50 600pF,電流線圈2的繞 組為直徑0.19mm的漆包線繞制的匝數(shù)為200匝的繞組，雙層屏蔽厚度為0.5mm，兩屏蔽層 的外側(cè)均有1.5mm寬的縱向開槽，運(yùn)算放大器U1、 U2為AD712，保護(hù)電路的二極管D1、 D2為1N4007, I/V變換的電阻R2為2k， Cl為20pF，積分變換單元中積分電阻R5為lk,積分電容C3為O.luF。
3、 按照權(quán)利要求1所述的一種交流電力系統(tǒng)電壓傳感器，其特征在于變電站容性設(shè)備1采用電容式電流互感器，電流互感器的電容值范圍為100 1000pF，電流線圈2的繞組 為直徑0.15mm的漆包線繞制的匝數(shù)為500匝的繞組，雙層屏蔽厚度為0.5mm，兩屏蔽層的 外側(cè)均有l(wèi)mm寬的縱向開槽，運(yùn)算放大器Ul、 U2為AD712，保護(hù)電路的二極管Dl、 D2 為1N4007， 1/V變換的電阻R2為lk， Cl為20pF，積分變換單元中積分電阻R5為lk，積分 電容C3為O.luF。
4、 按照權(quán)利要求1所述的一種交流電力系統(tǒng)電壓傳感器，其特征在于變電站容性設(shè)備l采用電容式電壓互感器，電壓互感器的電容值范圍為3000 5000pF，電流線圈2的繞組 由直徑0.15mm的漆包線繞制的匝數(shù)為600匝的繞組，雙層屏蔽厚度為0.5mm，兩屏蔽層的 外側(cè)均有l(wèi)mm寬的縱向開槽，運(yùn)算放大器Ul、 U2為AD712，保護(hù)電路的二極管Dl、 D2 為1N4007, 1/V變換的電阻R2為lk， Cl為20pF，積分變換單元中積分電阻R5為lk，積分 電容C3為O.luF。
全文摘要
一種交流電力系統(tǒng)電壓傳感器，涉及一種交流電力系統(tǒng)電壓信號的獲取裝置。本發(fā)明的電壓傳感器由變電站容性設(shè)備、電流線圈、電子變換單元、接地導(dǎo)線、同軸電纜組成。由于本發(fā)明的電壓傳感器能夠長期工作于工頻交流環(huán)境中，并且能承受較大的沖擊電壓；傳感器的輸出信號與電網(wǎng)一次完全電氣隔離；具有體積小，重量輕、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)；測量工頻電壓信號精度可達(dá)到1級，測量操作過電壓的峰值不確定度在±1％內(nèi)、時間參數(shù)的不確定在±3％范圍內(nèi)；故可廣泛應(yīng)用于10kV～500kV電力系統(tǒng)電壓信號的采集。
文檔編號G01R19/00GK101187680SQ20071009287
公開日2008年5月28日 申請日期2007年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月24日
發(fā)明者劉偉明, 司馬文霞, 炬 唐, 姚陳果, 張曉星, 林 杜, 王有元, 陳偉根 申請人:重慶大學(xué)