一种高电位电压传感器的制作方法

1.本实用新型涉及电网故障诊断技术领域，尤其涉及一种用于分布式电网故障诊断系统的高电位电压传感器。


背景技术：

2.现有的分布式电网故障诊断系统由故障监测终端和后台构成，图1是现有技术中分布式电网故障诊断系统的系统框架图，图2是现有技术中分布式电网故障诊断系统的监测装置的布置示意图。如图1和2所示，监测装置1（即故障监测终端）沿输电线路2部署，当输电线路2出现故障后，监测装置1采集故障电流上送后台，后台包括电网故障诊断系统3，由后台完成定位计算及诊断分析并进行信息发布。
3.现有技术中，分布式电网故障诊断系统只采集电流量作为后台计算的基础数据源，而没有对电压量进行采集，主要原因是难以解决高电位电压采集问题；相对于电流传感器只需要套接在线路上，即可实现电流信号采集，电压传感模块需要地电位作为参考，就需要体积重量较大的绝缘结构，电力系统常见电压采集是通过铁磁式电压互感器或分压器实现的，这两种方式都体积、重量都难以满足线上安装要求。因此，现有的分布式电网故障定位装置都没有电压传感模块。由于缺少电压量的信息，现有的分布式电网故障诊断系统用于多分支及配电网线路时，故障定位的可靠性相对降低，故障识别及诊断的可靠性难以进一步提升，从系统功能来说，也无法实现过电压监测。
4.图3是现有技术中分布式电网故障诊断系统的信息流程图，如图3所示，现有技术中，分布式电网故障诊断系统的信息流程包括：步骤s01，数据采集；步骤s02，故障判别；步骤s03，数据储存；步骤s04，组包发送。其中故障判别是其中最重要的环节，现有电网故障诊断系统用于多分支、配电网线路故障定位时，可靠性偏低，这是由于与高电压等级线路相比，配电网线路故障电流较小导致故障判别较为困难，但电压跌落较为明显，若能增加电压量采集能显著提高装置故障判别可靠性。从技术角度看，综合电压、电流量能进一步提升故障识别可靠性，例如（雷击故障电流上升电压下降、而接地故障电流上升但电压跌落），扩展装置数据应用场景。此外，电网过电压监测以及负荷监测等需求，电压量更是必不可少的。现有技术实现对电压的监测，一种方法是在分布式故障监测装置的下方部署电压传感模块，当系统检测到电压突变时候通知高电位的监测装置，电压、电流数据通过时钟同步进行故障判别分析，这种电压、电流分别采集的方式需要硬件具备较大的存储缓存及通讯通道。在实际工程实施时，设备成本显著提高、且装置可靠性受到较大影响。另一种方法是，通过电场传感器基本原理，利用两个极板之间电势差判别电场，但由于两极板间距较小，传统的电场传感器仅能实现带电检测，难以准确测量电压量，为解决上述问题，提出通过微机电结构放大电势差的方式（即mems传感器）测量电场。但这种电场存在两个问题：1）暂态响应：mems电场传感器信号带宽受限（一般不大于1khz），使其无法采集暂态电压（难以定位、过电压监测）；2）mems电场传感器在未做良好屏蔽情况下，电场测量值受相邻相、相邻线路影响，难以保证较好的测量精度，故障识别、诊断可靠性及精度都受影响。
5.因此，针对以上不足，本实用新型涉及一种用于分布式电网故障诊断系统的高电位电压传感器。对电流、电压信号进行采集、判断故障并授时，系统综合电压、电流数据，可就地完成初始故障时刻计算、故障识别以及诊断分析，从而进一步提升电网故障定位及识别的可靠性。


技术实现要素：

6.本实用新型要解决的技术问题在于现有技术中，分布式电网故障诊断系统只采集电流量作为后台计算的基础数据源，而没有对电压量进行采集，分布式电网故障诊断系统用于多分支及配电网线路时，故障定位的可靠性相对降低，故障识别及诊断的可靠性难以进一步提升，从系统功能来说，也无法实现过电压监测；针对现有技术中的缺陷，提供一种用于分布式电网故障诊断系统的高电位电压传感器，对电流、电压信号进行采集。
7.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种设置在分布式电网故障诊断系统中的监测主体中的高电位电压传感器，所述电压传感模块用于监测所述输电线路的电压，获得电压信息；
8.所述电压传感模块包括测量电极、测量电容，所述测量电极设置在所述监测主体的底部区域，所述测量电容设置在所述测量电极的上方；所述测量电容的一端与所述输电线路电连接，所述测量电容的另一端与所述测量电极电连接。
9.可选地，所述监测主体，所述监测主体套设于输电线路上；所述输电线路所在的与地面平行的平面为安装平面，所述电压传感模块位于所述安装平面以下。
10.可选地，监测主体的构成为：位于安装平面以上的部分由第一金属材料构成；测量电容所在的区域由第二金属材料构成；测量电极所在的区域由非金属材料构成。
11.可选地，第二金属材料包覆测量电容的包覆厚度至少为1cm。
12.可选地，测量电容与监测主体的外壳通过非金属材料连接。
13.可选地，第一金属材料与第二金属材料均为铝合金。
14.可选地，测量电极距离地面的高度为h，测量电极自身长度为h，则h>20h。
15.可选地，监测主体的横截面为圆形，监测主体的圆心与输电线路的圆心重合设置。
16.可选地，测量电极的对地电容为c0，测量电容的电容值为c1，变比系数为μ，则有c1=μ
×
c0，测量电容两端的电压为u1，则输电线路的电压u0满足如下关系：u0≈μ
×
u1；其中，5000≤μ≤25000。
17.可选地，通过电磁仿真工具计算测量电极的对地电容。
18.实施本实用新型的用于分布式电网故障诊断系统中的高电位电压传感器，具有以下有益效果：对电流、电压信号进行采集、判断故障并授时，系统综合电压、电流数据，以便完成初始故障时刻计算、故障识别以及诊断分析，从而进一步提升电网故障定位及识别的可靠性。
附图说明
19.图1是现有技术中分布式电网故障诊断系统的系统框架图；
20.图2是现有技术中分布式电网故障诊断系统的监测装置的布置示意图；
21.图3是本实用新型所述适用的分布式电网故障诊断系统的监测主体4套设于输电
线路2上的安装示意图；
22.图4是本实用新型分布式电网故障诊断系统的安装示意图；
23.图5是本实用新型分布式电网故障诊断系统的结构示意图；
24.图6是本实用新型的用于分布式电网故障诊断系统中的监测主体的高电位电压传感器的结构示意图；
25.图7是本实用新型的用于分布式电网故障诊断系统中的监测主体的结构构成示意图；
26.图8是本实用新型的用于分布式电网故障诊断系统的测量电容与监测主体的外壳连接示意图；
27.图9是本实用新型所适用的分布式电网故障诊断系统的计算原理图。
28.图中：1：监测装置；2：输电线路；3：电网故障诊断系统；4：监测主体；5：取能模块；6：采集模块；7：电流传感模块；8：电压传感器；81：测量电极；82：测量电容；83：导线。
具体实施方式
29.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.图4是本实用新型分布式电网故障诊断系统中的电网故障监测装置的安装示意图；图5是本实用新型分布式电网故障诊断系统中的电网故障监测装置的结构示意图；图6是本实用新型的用于分布式电网故障诊断系统中的中的电网故障监测装置的结构示意图。
31.如图3所示，本实用新型所述适用的分布式电网故障诊断系统的监测主体4套设于输电线路2上。
32.如图4
‑
6所示，本实用新型所述适用的分布式电网故障诊断系统的监测主体4包括：电流传感模块7，电流传感模块7设置在监测主体4的内部，电流传感模块7用于监测输电线路2的电流，获得电流信息；电压传感模块8，电压传感模块8设置在监测主体4的内部，电压传感模块8用于监测输电线路2的电压，获得电压信息；采集模块6，采集模块6用于接收电流信息以及电压信息；取能模块5，取能模块5用于对电流传感模块7、电压传感模块8、采集模块6供能。
33.如图5所示，电压传感模块8包括测量电极81、测量电容82、导线83，测量电极81设置在监测主体4的底部区域，测量电容82设置在测量电极81的上方；测量电容82的一端与输电线路2电连接，测量电容82的另一端与测量电极81电连接。
34.本实用新型实施例提出的分布式电网故障诊断系统，采用内置双传感器的分布式电网故障诊断设计方案，装置采用双传感器设计，包括了内置式电流传感器和电压传感模块8，采集器负责电流、电压信号采集、故障判别及授时，由于装置综合电压、电流数据可就地完成初始故障时刻计算、故障识别以及诊断分析，从而进一步提升电网故障定位及识别的可靠性。
35.图7是本实用新型分布式电网故障诊断系统的监测主体4的构成示意图；如图7所
示，本实用新型实施例提供的分布式电网故障诊断系统中，输电线路2所在的与地面平行的平面为安装平面，电压传感模块8位于安装平面以下；监测主体4的构成为：位于安装平面以上的部分由第一金属材料构成；测量电容82所在的区域由第二金属材料构成；测量电极81所在的区域由非金属材料构成。第一金属材料与第二金属材料均为铝合金。
36.图8是本实用新型分布式电网故障诊断系统的测量电容82与监测主体4的外壳连接示意图；如图8所示，本实用新型实施例提供的分布式电网故障诊断系统中，测量电容82与监测主体4的外壳通过非金属材料连接。监测主体4的横截面为圆形，监测主体4的圆心与输电线路2的圆心重合设置。
37.本实用新型实施例提供的分布式电网故障诊断系统中，第二金属材料包覆测量电容82的包覆厚度至少为1cm。在本发明中，测量电极81布置在监测主体4内部，此时装置外壳形成了一个屏蔽结构，抑制了来自相邻相电压影响。内置式电压传感模块8位于装置外壳金属屏蔽下，并且略微深入屏蔽1cm，抑制了外部干扰及相邻相对电压传感模块8测量的影响。
38.本实用新型实施例提供的分布式电网故障诊断系统中，测量电极81距离地面的高度为h，测量电极81自身的高度为h，则h>20h，测量电极81位于监测主体4下方，为长方形，典型设计为40cm
×
20cm。根据电磁场理论，当导体距离零电位点足够远（大于导体尺寸20倍，例如导体为40cm方形金属板时，距离地面超过8m即可），导体对地杂散电容为稳定值。
39.图9是本实用新型分布式电网故障诊断系统的计算原理图；如图9所示，本实用新型实施例提供的分布式电网故障诊断系统中，测量电极81的对地电容为c0，测量电容82的电容值为c1，变比系数为μ，则有c1=μ
×
c0，测量电容82两端的电压为u1，则输电线路2的电压u0满足如下关系：u0≈μ
×
u1；其中，5000≤μ≤25000，优选μ=20000。分布式电网故障诊断系统通过测量电极81、测量电容82构造一种内置式电压传感模块8，该电压传感模块8利用金属孤立导体效应构造稳定的杂散电容，并通过杂散电容、测量电容82构造了电容分压结构，实现高电位电压采集，由于杂散电容的电容值较小，该电压传感模块8具有较好的暂态响应特性。在高压导线和测量电极81中间串联一个测量电容82，此时测量电极81、测量电容82就构成了完整的电容分压结构；通过检测测量电容82两端电压即可获得线路电压值。在一个具体实施例中，测量电极81的对地电容为c0，通过ansys等电磁仿真工具可得其对地电容约为0.15pf，若按20000:1变比设计，测量电容82的电容值为3nf，测量电容82两端的电压为u1，则此时输电线路2的电压约为20000
×
u1。
40.综上所述，本实用新型提出了内置双传感器的分布式故障诊断系统，首先是提出了内置式电压传感模块8设计，利用测量极板对地杂散电容和测量电容82构造电容分压结构，实现电压测量；在此基础上，装置采集单元实现电流、电压同步监测、采集，从而提高了故障定位、诊断的可靠性，以及增加过电压监测功能。
41.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。