本實用新型涉及電磁測量裝置，尤其涉及一種能同時測量零序電壓和提供電源的帶電源輸出的電容分壓式零序電壓互感器。

背景技術(shù)：

零序電壓互感器用于測量電網(wǎng)的三相零序電壓，它主要用于監(jiān)測三相供電電壓的不平衡度以及單相金屬接地和缺相等故障。現(xiàn)有技術(shù)使用三個星型聯(lián)結(jié)的單相電磁式電壓互感器，星型聯(lián)結(jié)的中性點通過第四個單相電壓互感器接地，從而獲得零序電壓信號。在互感器安裝在戶外時，需要這些單相電磁式電壓互感器提供單相電源，供線路保護裝置、斷路器開關(guān)機構(gòu)和信息傳輸裝置等現(xiàn)場設(shè)備使用，因此現(xiàn)有技術(shù)方案產(chǎn)品為使用了四個電源用單相電壓互感器的組合體，這就造成了產(chǎn)品材料消耗多、體積和重量龐大，整體產(chǎn)品電氣性能差，局部放電測試合格率低。從原理分析可知，要準(zhǔn)確測量零序電壓互感器，需要這些單相電磁式電壓互感器的特性一致，這對互感器的制造提出了較高的要求。實際上，各單相電磁式電壓互感器供電負(fù)荷隨實際情況會發(fā)生變化，所以很難一致，這就造成了零序電壓測量不準(zhǔn)確。這種四個單相電磁式電壓互感器組成的零序電壓測量系統(tǒng)不容易準(zhǔn)確校準(zhǔn)，目前往往采用單獨對四個單相電磁式電壓互感器進行校準(zhǔn)的方法。此外，電磁式電壓互感器本身呈現(xiàn)感性，與線路容性分量作用易誘發(fā)諧振，從而造成諧振過電壓發(fā)熱燒毀，運行故障率較高。本實用新型提出了一種能同時測量零序電壓和提供電源的帶電源輸出的電容分壓式零序電壓互感器，它具有三個相同的電容分壓器，電容分壓器的高壓臂阻抗由高壓臂電容串聯(lián)一個小電阻構(gòu)成，電容分壓器的低壓臂阻抗由零序電容串聯(lián)一個小電阻構(gòu)成，利用三個高壓臂阻抗取代現(xiàn)有技術(shù)方案產(chǎn)品的三個星型聯(lián)結(jié)的單相電磁式電壓互感器，利用低壓臂零序阻抗取代第四個單相電壓互感器，構(gòu)成零序電壓測量系統(tǒng)的一次傳感器，這個低壓臂零序阻抗是由三個電容分壓器的低壓臂阻抗和一個公共低壓臂阻抗并聯(lián)而成的。同時利用一個電源電壓互感器單獨提供電源，該電源電壓互感器供電負(fù)載的變化不會影響零序電壓測量系統(tǒng)一次傳感器的測量準(zhǔn)確度。三個相同的電容分壓器可作為標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計制作和裝配，并且可以方便地對單個電容分壓器的電壓分壓比進行校驗和補償，有利于一次傳感器的質(zhì)量控制。而對于制作完成的帶電源輸出的一次傳感器，可以通過對每一相檢測的方法進行校驗。目前這樣的帶電源輸出的電容分壓式零序電壓互感器未見有專利和文獻報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型主要目的在于提供一種帶電源輸出的電容分壓式零序電壓互感器，它能輸出與零序電壓成線性比例關(guān)系的數(shù)字量，用于監(jiān)視三相線路供電電壓不平衡及單相金屬接地和缺相等故障，同時能提供電源，供線路保護裝置、斷路器開關(guān)機構(gòu)和信息傳輸裝置等現(xiàn)場設(shè)備使用。

本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的，一種帶電源輸出的電容分壓式零序電壓互感器，包括A相電容分壓器、B相電容分壓器、C相電容分壓器、電源電壓互感器、公共低壓臂阻抗、保護與信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器和RS485通訊接口；A相電容分壓器、B相電容分壓器、C相電容分壓器、電源電壓互感器和公共低壓臂阻抗構(gòu)成互感器的帶電源輸出的一次傳感器；A相電容分壓器由A相高壓臂阻抗和A相低壓臂阻抗串聯(lián)組成，A相高壓臂阻抗由A相高壓臂電容串聯(lián)一個A相高壓臂小電阻構(gòu)成，A相低壓臂阻抗由A相低壓臂電容串聯(lián)一個A相低壓臂小電阻構(gòu)成，B相電容分壓器由B相高壓臂阻抗和B相低壓臂阻抗串聯(lián)組成，B相高壓臂阻抗由B相高壓臂電容串聯(lián)一個B相高壓臂小電阻構(gòu)成，B相低壓臂阻抗由B相低壓臂電容串聯(lián)一個B相低壓臂小電阻構(gòu)成，C相電容分壓器由C相高壓臂阻抗和C相低壓臂阻抗串聯(lián)組成，C相高壓臂阻抗由C相高壓臂電容串聯(lián)一個C相高壓臂小電阻構(gòu)成，C相低壓臂阻抗由C相低壓臂電容串聯(lián)一個C相低壓臂小電阻構(gòu)成，A相高壓臂阻抗、B相高壓臂阻抗和C相高壓臂阻抗的阻抗值相同，A相低壓臂阻抗、B相低壓臂阻抗和C相低壓臂阻抗的阻抗值可以不相同，A相低壓臂阻抗、B相低壓臂阻抗、C相低壓臂阻抗和公共低壓臂阻抗的阻抗值可以為斷開狀態(tài)的無窮大，但是不能同時為無窮大；保護與信號調(diào)理電路具有兩個信號輸入端和一路信號輸出端口，保護與信號調(diào)理電路由放電管、壓敏電容、電壓跟隨器、差分放大電路和低通濾波電路組成；A相高壓臂阻抗的一端與A相電壓和電源電壓互感器一次線圈的同名端相連接，A相高壓臂阻抗的另一端與A相零序電壓測量輸出端和A相低壓臂阻抗的一端相連，A相低壓臂阻抗的另一端接地，B相高壓臂阻抗的一端與B相電壓和電源電壓互感器一次線圈的非同名端相連接，B相高壓臂阻抗的另一端與B相零序電壓測量輸出端和B相低壓臂阻抗的一端相連，B相低壓臂阻抗的另一端接地，C相高壓臂阻抗的一端與C相電壓相連接，C相高壓臂阻抗的另一端與C相零序電壓測量輸出端和C相低壓臂阻抗的一端相連，C相低壓臂阻抗的另一端接地，電源電壓互感器二次線圈的同名端與帶電源輸出的一次傳感器的一個電源輸出端相連，電源電壓互感器二次線圈的非同名端與帶電源輸出的一次傳感器的另一個電源輸出端相連，帶電源輸出的一次傳感器的兩個電源輸出端構(gòu)成了帶電源輸出的電容分壓式零序電壓互感器的電源輸出端口，公共低壓臂阻抗的一端、A相零序電壓測量輸出端、B相零序電壓測量輸出端、C相零序電壓測量輸出端和一次傳感器的零序電壓測量輸出端相連，一次傳感器的零序電壓測量輸出端與保護與信號調(diào)理電路的第一信號輸入端連接在一起，公共低壓臂阻抗的另一端接地，保護與信號調(diào)理電路的第二信號輸入端與地相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器將來自保護與信號調(diào)理電路的電壓信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號，微處理器接收零序電壓數(shù)字信號，并通過RS485通訊接口輸出。

下面對本技術(shù)方案的原理做進一步說明。

假定A相高壓臂阻抗Z_A、B相高壓臂阻抗Z_B和C相高壓臂阻抗Z_C的阻抗值相等，即Z_A＝Z_B＝Z_C＝Z₁，ω為電網(wǎng)頻率，C₁為高壓臂阻電容，R₁為高壓臂阻小電阻。由A相低壓臂阻抗Z_A0、B相低壓臂阻抗Z_B0、C相低壓臂阻抗Z_C0和公共低壓臂阻抗Z_g0構(gòu)成的低壓臂零序阻抗為Z₀，C₀為低壓臂阻電容，R₀為低壓臂阻小電阻。那么對于信號調(diào)理電路的第一信號輸入端的電壓有：

$\frac{{\stackrel{\·}{U}}_A-{\stackrel{\·}{U}}_0}{Z_1}+\frac{{\stackrel{\·}{U}}_B-{\stackrel{\·}{U}}_0}{Z_1}+\frac{{\stackrel{\·}{U}}_C-{\stackrel{\·}{U}}_0}{Z_1}=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_0}{Z_0}---\left(1\right)$

即

${\stackrel{\·}{U}}_0=\frac{Z_0}{Z_1+3C_0}({\stackrel{\·}{U}}_A+{\stackrel{\·}{U}}_B+{\stackrel{\·}{U}}_C)---\left(2\right)$

從式(2)可以看出，為按一定比例輸出的三相零序電壓。

對于電源電壓互感器，其一次線圈兩端所加電壓為A相和B相之間的線電壓那么二次線圈兩端的輸出電壓為K為電源電壓互感器的變比。由于電源電壓互感器直接與A相電壓和B相電壓相連，它不影響由A相電容分壓器、B相電容分壓器、C相電容分壓器和公共低壓臂阻抗構(gòu)成的零序電壓傳感系統(tǒng)測量的準(zhǔn)確度。

由式(2)可見，該互感器一次傳感器的零序電壓信號傳感比由電容分壓器的阻抗值決定，因此可分別對高壓臂阻抗與低壓臂阻抗構(gòu)成的分壓比進行檢測，這樣就方便地對單個電容分壓器的零序電壓分壓比進行校驗或誤差調(diào)整，分壓比誤差可以通過對低壓臂阻抗串并聯(lián)電容及電阻元件來調(diào)整。而對于制作完成的帶電源輸出的電容分壓式零序電壓互感器的帶電源輸出的一次傳感器，可以通過輪流對每一相單獨施加電壓，檢測每一相的電壓分壓比，此時的實際低壓臂阻抗是由三個電容分壓器的低壓臂阻抗和一個公共低壓臂阻抗并聯(lián)而成的。

作為優(yōu)選，A相電容分壓器、B相電容分壓器和C相電容分壓器均為一體制作；A相電容分壓器、B相電容分壓器和C相電容分壓器的高壓臂阻抗和低壓臂阻抗采用相同結(jié)構(gòu)、相同材料和相同制作工藝過程制作完成，高壓臂阻抗流過的額定電流為1mA。

作為優(yōu)選，A相電容分壓器、B相電容分壓器和C相電容分壓器分別進行真空環(huán)氧樹脂澆注，并且A相電容分壓器、B相電容分壓器和C相電容分壓器分別固定在同一塊金屬接地板上。

作為優(yōu)選，在零序電壓測量準(zhǔn)確度要求優(yōu)于1級時，A相低壓臂阻抗、B相低壓臂阻抗和C相低壓臂阻抗的阻抗值相等，且不采用公共低壓臂阻抗。

作為優(yōu)選，在零序電壓測量準(zhǔn)確度要求低于或等于1級時，A相低壓臂阻抗、B相低壓臂阻抗和C相低壓臂阻抗的阻抗值為零值，此時采用公共低壓臂阻抗輸出零序電壓比例分量。

作為優(yōu)選，零序電壓的額定測量輸出電壓值為6.5V，額定負(fù)載為20MΩ。

本實用新型帶電源輸出的電容分壓式零序電壓互感器可用于額定電壓高達35kV，頻率為50Hz的三相電網(wǎng)零序電壓的測量。當(dāng)發(fā)生單相金屬接地時，一次傳感器的零序電壓的最大額定測量輸出電壓值為6.5V，最大額定負(fù)載為10MΩ，三相電網(wǎng)零序電壓的測量準(zhǔn)確度均可達0.2級。

本實用新型帶來的有益效果是，(1)帶電源輸出的電容分壓式零序電壓互感器主要由三個相同的電容分壓器構(gòu)成，電容分壓器由高壓臂阻抗和低壓臂阻抗串聯(lián)而成。與由四個單相電磁式電壓互感器組成的傳統(tǒng)帶零序電壓輸出的電磁式三相組合電壓互感器相比較，帶電源輸出的電容分壓式零序電壓互感器具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、安裝方便等優(yōu)點，并且零序電壓傳感系統(tǒng)的損耗很小；(2)由于電容分壓器的高壓臂阻抗和低壓臂阻抗一體制作完成，高壓臂電容和低壓臂電容采用相同的材料和工藝，高壓臂小電阻和低壓臂小電阻為相同材質(zhì)電阻，因此同一電容分壓器上的高壓臂阻抗和低壓臂阻抗的溫度漂移率具有較好的一致性；(3)傳統(tǒng)帶零序電壓輸出的電磁式三相組合電壓互感器需要制作性能相同的四只單相電磁式電壓互感器，而帶電源輸出的電容分壓式零序電壓互感器只需要制作三個相同的電容分壓器，以及一只單相電磁式電壓互感器，制作工藝相對簡單，有利于質(zhì)量的控制；(4)相比于傳統(tǒng)帶零序電壓輸出的電磁式三相組合電壓互感器，帶電源輸出的電容分壓式零序電壓互感器的誤差補償方法簡單，只需通過對低壓臂阻抗進行串并聯(lián)電容及電阻元件就可以實現(xiàn)調(diào)整。(5)設(shè)計制作時使得三個電容分壓器的高壓臂阻抗的阻抗值相等，保證了零序電壓測量的準(zhǔn)確性。另外，利用電源電壓互感器對外提供電源，該電源電壓互感器不會對零序電壓傳感系統(tǒng)造成影響，于是克服了傳統(tǒng)帶零序電壓輸出的電磁式三相組合電壓互感器進行零序電壓測量時由于單相電磁式電壓互感器之間特性及供電負(fù)載大小的差異引起的誤差問題；(6)通過對單個電容分壓器的分壓比檢測，以及對制作完成的帶電源輸出的電容分壓式零序電壓互感器的一次傳感器的每一相分壓比的檢測，可以方便地進行零序電壓分壓比的校驗和誤差調(diào)整。

附圖說明

圖1是本實用新型的一種原理結(jié)構(gòu)圖。

圖中：1為A相電容分壓器，2為B相電容分壓器，3為C相電容分壓器，4為電源電壓互感器，5為公共低壓臂阻抗，6為保護與信號調(diào)理電路，7為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，8為微處理器，9為RS485通訊接口，10為A相高壓臂阻抗，11為A相低壓臂阻抗，12為B相高壓臂阻抗，13為B相低壓臂阻抗，14為C相高壓臂阻抗，15為C相低壓臂阻抗，16為帶電源輸出的一次傳感器。

具體實施方式

下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體說明。

實施例：如圖1所示，本實用新型是帶電源輸出的電容分壓式零序電壓互感器。

A相電容分壓器1、B相電容分壓器2、C相電容分壓器3、電源電壓互感器4、公共低壓臂阻抗5、保護與信號調(diào)理電路6、模數(shù)轉(zhuǎn)換器7、微處理器8和RS485通訊接口8；A相電容分壓器1、B相電容分壓器2、C相電容分壓器3、電源電壓互感器4和公共低壓臂阻抗5構(gòu)成互感器的帶電源輸出的一次傳感器；A相電容分壓器1由A相高壓臂阻抗10和A相低壓臂阻抗11串聯(lián)組成，A相高壓臂阻抗10由A相高壓臂電容串聯(lián)一個A相高壓臂小電阻構(gòu)成，A相低壓臂阻抗11由A相低壓臂電容串聯(lián)一個A相低壓臂小電阻構(gòu)成，B相電容分壓器2由B相高壓臂阻抗12和B相低壓臂阻抗13串聯(lián)組成，B相高壓臂阻抗12由B相高壓臂電容串聯(lián)一個B相高壓臂小電阻構(gòu)成，B相低壓臂阻抗13由B相低壓臂電容串聯(lián)一個B相低壓臂小電阻構(gòu)成，C相電容分壓器3由C相高壓臂阻抗14和C相低壓臂阻抗15串聯(lián)組成，C相高壓臂阻抗14由C相高壓臂電容串聯(lián)一個C相高壓臂小電阻構(gòu)成，C相低壓臂阻抗15由C相低壓臂電容串聯(lián)一個C相低壓臂小電阻構(gòu)成，A相高壓臂阻抗10、B相高壓臂阻抗12和C相高壓臂阻抗14的阻抗值相同，A相低壓臂阻抗11、B相低壓臂阻抗13和C相低壓臂阻抗15的阻抗值可以不相同，A相低壓臂阻抗11、B相低壓臂阻抗13、C相低壓臂阻抗15和公共低壓臂阻抗5的阻抗值可以為斷開狀態(tài)的無窮大，但是不能同時為無窮大；保護與信號調(diào)理電路6具有兩個信號輸入端和一路信號輸出端口，保護與信號調(diào)理電路6由放電管、壓敏電容、電壓跟隨器、差分放大電路和低通濾波電路組成；A相高壓臂阻抗10的一端與A相電壓和電源電壓互感器4的一次線圈同名端相連接，A相高壓臂阻抗10的另一端與A相零序電壓測量輸出端和A相低壓臂阻抗11的一端相連，A相低壓臂阻抗11的另一端接地，B相高壓臂阻抗13的一端與B相電壓和電源電壓互感器4的一次線圈非同名端相連接，B相高壓臂阻抗12的另一端與B相零序電壓測量輸出端和B相低壓臂阻抗13的一端相連，B相低壓臂阻抗13的另一端接地，C相高壓臂阻抗14的一端與C相電壓相連接，C相高壓臂阻抗14的另一端與C相零序電壓測量輸出端和C相低壓臂阻抗15的一端相連，C相低壓臂阻抗15的另一端接地，電源電壓互感器4的二次線圈同名端與帶電源輸出的一次傳感器16的一個電源輸出端相連，電源電壓互感器4的二次線圈非同名端與帶電源輸出的一次傳感器16的另一個電源輸出端相連，帶電源輸出的一次傳感器16的兩個電源輸出端構(gòu)成了帶電源輸出的電容分壓式零序電壓互感器的電源輸出端口，公共低壓臂阻抗5的一端、A相零序電壓測量輸出端、B相零序電壓測量輸出端、C相零序電壓測量輸出端和一次傳感器16的零序電壓測量輸出端相連，一次傳感器16的零序電壓測量輸出端與保護與信號調(diào)理電路6的第一信號輸入端連接在一起，公共低壓臂阻抗5的另一端接地，保護與信號調(diào)理電路6的第二信號輸入端與地相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器7將來自保護與信號調(diào)理電路6的電壓信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號，微處理器8接收零序電壓數(shù)字信號，并通過RS485通訊接口9輸出。

本實施例具體設(shè)計參數(shù)為：額定電壓10kV，額定頻率50Hz，當(dāng)發(fā)生單相金屬接地時，一次傳感器16的零序電壓測量輸出端的額定電壓值為6.5V，額定負(fù)載為20MΩ，準(zhǔn)確度為0.5級，A相高壓臂電容、B相高壓臂電容和C相高壓臂電容的電容值均為100pF，A相高壓臂小電阻、B相高壓臂小電阻和C相高壓臂小電阻的電阻值均為0.5MΩ，A相低壓臂電容、B相低壓臂電容和C相低壓臂電容的電容值均為0.089μF，A相低壓臂小電阻、B相低壓臂小電阻和C相低壓臂小電阻的電阻值均為0.564kΩ，公共低壓臂阻抗5的阻抗值為斷開狀態(tài)的無窮大。帶電源輸出的電容分壓式零序電壓互感器的零序電壓數(shù)字量輸出的額定值為2D41H，微處理器8采用工作頻率為300MHz的數(shù)字信號處理器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器7采用16位ADC，保護與信號調(diào)理電路6中各低通濾波器的截止頻率為2KHz，模數(shù)轉(zhuǎn)換器7的采樣頻率為100KHz。

本實用新型說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。

應(yīng)該理解到的是：上述實施例只是對本實用新型的說明，而不是對本實用新型的限制，任何不超出本實用新型實質(zhì)精神范圍內(nèi)的實用新型創(chuàng)造，均落入本實用新型的保護范圍之內(nèi)。