[发明专利]带自校正及自构电场的单极式电压测量传感器及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统智能电网领域，具体是带自校正及自构电场的单极式电压测量传感器。

背景技术

现在作为电压传感器的有传统电磁式电压互感器，有源电子式电压互感器、光纤电压互感器等，但都各自存在局限性。传统电磁式电压互感器主要缺点：高压和超高压情况下绝缘困难，绝缘结构复杂，体积笨重，造价高；存在铁磁共振、磁饱和等现象，从而导致过电压信号失真，线性误差大；动态测量范围小，工作频率不高，很难捕捉到高频过电压信号。有源电子式电压互感器在结构上主要有两种结构：电阻式分压器和电容式分压器。电阻式分压器实际上存在着测量误差，其中分压器与其周围地电位的物体间存在的固有电场所引起的杂散电容，会引起一定的相位差，是造成测量误差的主要原因。电容分压器会因为温度和频率的改变而产生附加误差，且系统电压突变时的暂态过程过长，容易导致继电保护不能正常工作，还可能与系统中的感性元件形成谐振，出现过电压，危及设备及系统的正常运行；同时必须考虑其长期运行的可靠性、发热、阻抗匹配、交流冲击等一系列问题。光纤电压传感器主要有无源OVT、有源OVT两种。光纤传感器部分有复杂而不稳定的光学系统，可靠性与稳定性差，机械加工难度大，成本相对较高。有源光纤电压传感器需要在系统中安装高压分压器才能运行；无源光纤电压传感器的温度特性较差，测量精度受温度的影响较大，这也制约了其在电力系统中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的电压测量方式，新的电压传感器采用单极式测量，使得绝缘结构相对简单；提出了采用自构电场计算电压的方式，相比传统互感器，不存在饱和及谐振问题，动态测量范围宽，工作频率高，加工简单，成本较低，为输电线路、电气设备的电压测量及状态监测提供新的监测技术。

针对现有电压测量技术的缺点，本发明的带自校正及自构电场的单极式电压测量传感器，包括绝缘介质、高压电极、电场传感器、电压基准源和信号采集处理单元，其中：所述高压电极和电场传感器埋设在绝缘介质中，高压电极通过高压进线端连接高压探针获得电压信号；电场传感器采集高压电极所形成的电场信号，并将其转换为感应电压，输入信号采集处理单元进行处理。

高压进线端还通过开关与电压基准源连接，所述开关控制电压基准源的连接与断开实现传感器自校正测量。

所述信号采集处理单元收到的感应电压经信号预处理、模数转换和数据处理后，由无线传输发送到数据接收终端。所述数据接收终端包括无线接收和与其连接主机。

上述传感器的自校正测量方法包括的步骤如下：

a）接通电压基准源输入校准电压                                                。

b）电场传感器获得感应电压，经信号采集处理单元处理，计算出感应电场，计算公式如下：

         

式中：表示感应电场，ε表示介电常数，ω表示校准电压的角频率，表示输入电阻，C_M表示电场传感器外接的测量电容，表示的有效值。

c）计算校正因子k,并将校正因子k保存到数据接收终端，计算公式为：。

d）断开电压基准源，高压探针探测被测点电压，重复步骤b）的处理和计算，此时得到的为。

e）根据数据接收终端保存的校正因子k，获得被测电压，计算公式为：。

本发明的技术带来的有益效果：系统采用高低压分离的结构，电场信号通过非接触式方式获得，保证了低压控制电路的安全工作。电场传感器都采用PCB工艺制作完成，简化装配过程，易于规模化生产。高压电极和低压控制电路各自采用屏蔽措施，使自构的空间电场保持均匀且不受外部电磁环境的干扰，同时使得控制电路不受高压电场的影响，保证系统工作的稳定性，提高测量的准确性。本发明传感器测量范围宽、响应速度快、无磁饱和、结构简单、安装方便、制造成本较低。

附图说明

图1为本发明测量系统输入电压等效电路；

图2为本发明的结构图。

具体实施方式

如图2所示，带自校正及自构电场的单极式电压测量传感器，包括绝缘介质1、高压电极3、电场传感器4、电压基准源5和信号采集处理单元6，其中：所述高压电极3和电场传感器4埋设在绝缘介质1中，高压电极3通过高压进线端2连接高压探针获得电压信号；电场传感器4采集高压电极3所形成的电场信号，并将其转换为感应电压，输入信号采集处理单元6进行处理；高压进线端2还通过开关与电压基准源5连接，所述开关控制电压基准源5的连接与断开实现传感器自校正测量。