一种感应显示型电子式电压互感系统及其检测电压的方法

摘要

本发明公开一种感应显示型电子式电压互感系统，其包括显示器和一个以上的电子式电压互感器；所述电子式电压互感器包括圆柱形的绝缘铸件，绝缘铸件一端面设有第一接口，另一端面设有第二接口，绝缘铸件内靠近第一接口端设有第一球形电极，第一球形电极与第一接口一端电连接，第一接口另一端与高压设备中的高压母排电连接；绝缘铸件内靠近第二接口端分别设有第二球形电极和信号处理器；所述信号处理器一端与所述第二球形电极电连接，另一端与显示器电连接。本发明利用由两球形电极即可检测得到高压带电体所带电压，取消了模拟信号的传送环节，彻底排除了模拟信号传送过程的各种不可控干扰因素的影响，大大提高了系统稳定性与测量精度。

权利要求

1.一种感应显示型电子式电压互感系统，其特征在于：其包括显示器和一个以上的电子式电压互感器，显示器与各电子式电压互感器电连接；所述电子式电压互感器包括圆柱形的绝缘铸件，绝缘铸件一端面设有第一接口，另一端面设有第二接口，绝缘铸件内靠近第一接口端设有第一球形电极，第一球形电极与第一接口一端电连接，第一接口另一端与高压设备中的高压母排电连接；绝缘铸件内靠近第二接口端分别设有第二球形电极和信号处理器；所述信号处理器一端与所述第二球形电极电连接，该信号处理器另一端与显示器电连接；所述第一球形电极的半径小于第二球形电极半径。

2.根据权利要求1所述的感应显示型电子式电压互感系统，其特征在于：所述第一球形电极的半径为1-10mm,所述第二球形电极的半径为20-30mm。

3.根据权利要求1所述的感应显示型电子式电压互感系统，其特征在于：所述信号处理器内设有电压检测单元。

4.根据权利要求1所述的感应显示型电子式电压互感系统，其特征在于：所述第一球形电极和第二球形电极之间的最小距离大于10mm。

5.根据权利要求1所述的感应显示型电子式电压互感系统，其特征在于：所述第二接口接地，所述信号处理器接地。

6.根据权利要求1所述的感应显示型电子式电压互感系统，其特征在于：所述电子式电压互感器为1个或3个。

7.根据权利要求1所述的感应显示型电子式电压互感系统，其特征在于：所述的绝缘铸件为环氧树脂铸件、电木铸件或高压硅胶铸件。

8.根据权利要求1-7之一所述的感应显示型电子式电压互感系统检测电压的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)将电子式电压互感器的第一接口另一端与高压设备中的高压母排电连接，并通过第二接口将电子式电压互感器安装在高压设备内作为高压母排的支撑；

2)高压设备在通电状态下，高压母排形成高压电场；由于第一球形电极和第二球形电极均为球形且第一球形电极与高压母排电连接，第一球形电极和第二球形电极形成不均匀电场；在形成的不均匀电场中，由于第一球形电极曲率半径小于第二球形电极，第一球形电极表面具有较强的电场强度；在强电场强度的作用下，距离第一球形电极表面微米级的区域产生电离层，导致第一球形电极和第二球形电极之间形成迁移电流；

3)信号处理器检测第二球形电极上的迁移电流对应的电压大小，由于迁移电流对应的电压与高压母排的带电电压正相关，从而将检测的电压值换算成高压母排的带电电压信号，信号处理器将处理得到的电压信号发送给显示器。

9.根据权利要求8所述的感应显示型电子式电压互感系统检测电压的方法，其特征在于：所述信号处理器处理得到的电压信号包括电压有效值信号和电压模拟信号。

10.根据权利要求8所述的感应显示型电子式电压互感系统检测电压的方法，其特征在于：所述信号处理器中设有电阻，所述电阻与第二球形电极电连接，通过电阻测得迁移电流的电压值。

说明书

一种感应显示型电子式电压互感系统及其检测电压的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种感应显示型电子式电压互感系统。

背景技术

[0002] 传统的高压计量一般采用电磁感应式的高压感应器进行检测，在高压环境中存在许多弊端。具体为：⑴为适应高压绝缘要求，造成检测装置体积大、重量重，安装使用不便，绝缘结构复杂容易发生工艺缺陷，存在安全隐患。⑵由于电磁线圈的铁芯谐振易造成互感器炸裂事故。⑶由于铁磁材料非线性、磁饱和效益、漏磁等影响，易产生测量误差，甚至造成保护误动。⑷检测得到的模拟信号在长距离传输中容易受干扰，并且测量系统由多级组成，造成测量精度下降。

[0003] 由于传统高压检测存在诸多弊端，随着科学技术的发展，十几年来各种非传统、电子式的电压测量方式进入了科研开发阶段，现有的电子式传感装置可分为分压式及光学式两种类型。分压式测量一般为电容分压及电阻分压两种，分压式装置由于与高压带电体直接接触，存在安全隐患。电容式测量系统还存在检测电压加倍的现象，对保护系统也是一种干扰。另外分压元件易受元件老化，温度等外界干扰，稳定性差，互换性差，难以实现产品化。光学式结构，由于结构复杂，同样存在稳定性差，互换性差等问题且价格更高。实践证明此类的电子互感器，由于存在致命缺陷，难以实用化。

[0004] 而目前出现的非接触式传感器(即感应式传感器)采用感应高压电场信号的原理，将传感器装在高压设备内作为带电体(高压母排)的支撑，接收带电体的电场信号，再将接收的电压信号发送给控制器。虽然这种方式较前两种方式更为安全，但易受空气湿度、传感器与带电体安装距离等因素的影响，使检测到的电压误差较大。

发明内容

[0005] 为此，需要提供一种不受湿度影响、无需采用铁心线圈、检测精度高、稳定性好的感应显示型电子式电压互感系统及其检测电压的方法。

[0006] 为实现上述目的，发明人提供了一种感应显示型电子式电压互感系统，其包括显示器和一个以上的电子式电压互感器，显示器与各电子式电压互感器电连接；所述电子式电压互感器包括圆柱形的绝缘铸件，绝缘铸件一端面设有第一接口，另一端面设有第二接口，绝缘铸件内靠近第一接口端设有第一球形电极，第一球形电极与第一接口一端电连接，第一接口另一端与高压设备中的高压母排电连接；绝缘铸件内靠近第二接口端分别设有第二球形电极和信号处理器；所述信号处理器一端与所述第二球形电极电连接，该信号处理器另一端与显示器电连接。

[0007] 进一步，所述第一球形电极的半径为1-10mm，所述第二球形电极的半径为20-30mm。

[0008] 进一步，所述信号处理器内设有电压检测单元，所述电压检测单元为电阻。

[0009] 进一步，所述第一球形电极和第二球形电极之间的最小距离大于10mm，从而避免第一球形电极和第二球形电极被电压击穿。

[0010] 进一步，所述第二接口接地，所述信号处理器接地。

[0011] 进一步，所述电子式电压互感器为1个或3个。

[0012] 进一步，所述的绝缘铸件为环氧树脂铸件、电木铸件或高压硅胶铸件。

[0013] 本发明还提供所述的感应显示型电子式电压互感系统检测电压的方法，所述方法包括以下步骤：

[0014] 1)将电子式电压互感器的第一接口另一端与高压设备中的高压母排电连接，并通过第二接口将电子式电压互感器安装在高压设备内作为高压母排的支撑；

[0015] 2)高压设备在通电状态下，高压母排形成高压电场；由于第一球形电极和第二球形电极均为球形且第一球形电极与高压母排电连接，第一球形电极和第二球形电极形成不均匀电场；在形成的不均匀电场中，由于第一球形电极曲率半径小于第二球形电极，第一球形电极表面具有较强的电场强度；在强电场强度的作用下，距离第一球形电极表面微米级的区域产生电离层，导致第一球形电极和第二球形电极之间形成迁移电流；

[0016] 3)信号处理器检测第二球形电极上的迁移电流对应的电压大小，由于迁移电流对应的电压与高压母排的带电电压正相关，从而将检测的电压值换算成高压母排的带电电压信号，信号处理器将处理得到的电压信号发送给显示器。

[0017] 进一步，所述信号处理器处理得到的电压信号包括电压有效值信号和电压模拟信号。

[0018] 进一步，所述信号处理器中设有电阻，所述电阻与第二球形电极电连接，通过电阻测得迁移电流的电压值。

[0019] 本发明的有益效果为：

[0020] (1)采用非接触测量电压方式，无铁芯谐振、绝缘击穿等隐患，安全性得到绝对保证。

[0021] (2)与现有设备相比，本发明采用一体化的检测结构，电子式电压互感器可直接获得检测电压值，经换算，显示器直接显示高压设备的带电电压，检测设备简单，无需多个设备传输，检测精度高，稳定性好。

[0022] (3)电子式电压互感器结构小巧，简化二次布线，安装维护方便。

[0023] (4)检测后的电压信号采用数字化传输至显示器，抗干扰能力强。

[0024] (5)可实现取消PT柜，节省电力用地，节省用户投资。

附图说明

[0025] 图1为具体实施例1的感应显示型电子式电压互感系统的结构示意图。

[0026] 附图标记说明：

[0027] 1、显示器；2、电子式电压互感器；21绝缘铸件；22、第一接口；23、第二接口；24、第一球形电极；25、第二球形电极；26信号处理器；27、电阻；3、高压母排。

具体实施方式

[0028] 为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

[0029] 请参阅图1，本实施例一种感应显示型电子式电压互感系统，其包括显示器1和一个以上的电子式电压互感器2，显示器1与各电子式电压互感器2电连接；所述电子式电压互感器2包括圆柱形的绝缘铸件21，绝缘铸件21一端面设有第一接口22，另一端面设有第二接口23，绝缘铸件21内靠近第一接口端设有第一球形电极24，第一球形电极24与第一接口22一端电连接，第一接口22另一端与高压设备中的高压母排3电连接；绝缘铸件21内靠近第二接口端分别设有第二球形电极25和信号处理器26；所述信号处理器26一端与所述第二球形电极25电连接，该信号处理器另一端与显示器1电连接。

[0030] 在一优选实施例中，所述绝缘铸件21为环氧树脂铸件、电木铸件或高压硅胶铸件。在其他实施例中，还可以采用其他常规的绝缘材料制备形成绝缘铸件。另外，绝缘铸件21的形状也不仅限于圆柱形，还可以是其他常规形状，例如立方体等。

[0031] 实施例2，本发明还公开了实施例1中的感应显示型电子式电压互感系统检测电压的方法，所述方法包括以下步骤：

[0032] 1)将电子式电压互感器的第一接口22另一端与高压设备中的高压母排3电连接，并通过第二接口23将电子式电压互感器安装在高压设备内作为高压母排的支撑；电子式电压互感器2可以为一个或三个，可用于测量单相电压或三相电压。当设置三个电子式电压互感器测量三相电压时，每个电子式电压互感器对应测量其中一相电压，各电子式电压互感器2与高压设备中的对应相电压的高压母排3电连接。

[0033] 2)高压设备在通电状态下，高压母排3形成高压电场；由于第一球形电极24和第二球形电极25均为球形且第一球形电极24与高压母排3电连接，第一球形电极24和第二球形电极25形成不均匀电场；在形成的不均匀电场中，由于第一球形电极24半径小于第二球形电极25，第一球形电极24表面具有较强的电场强度；在强电场强度的作用下，距离第一球形电极表面微米级的区域产生电离层(一般会在几十微米的区域产生电离层)，从而使第一球形电极24和第二球形电极25之间形成迁移电流；

[0034] 3)信号处理器26检测第二球形电极25上的迁移电流对应的电压大小，由于迁移电流对应的电压与高压母排3的带电电压成较为稳定的正相关关系，从而将检测的电压值换算成高压母排的带电电压信号，信号处理器26将处理得到的电压信号发送给显示器1进行显示。所述信号处理器26处理得到的电压信号包括电压有效值信号和电压模拟信号。根据用户的需求，可以在显示器1上显示电压有效值的数值。在需要对高压设备故障检测等场合中，则可以发送电压模拟信号到显示器，显示器则可以显示电压的波形图，从而供用户进行相位分析，便于找出故障原因等。

[0035] 在一优选实施例中，所述信号处理器26中设有电阻27，所述电阻27与第二球形电极25电连接，通过电阻测得迁移电流的电压值。当迁移电流流过电阻时，通过电阻的阻值，可推算出通过的电压值，从而得到迁移电流对应的电压值。

[0036] 在具体应用中，可预先对电子式电压互感器2进行校正。先将电子式电压互感器2安装在已知电压值的高压设备内，然后根据信号处理器检测到的电压值，得到检测电压值与实际电压值之间的换算关系。连续检测5-10次，不断校正换算值。用其他已知电压值的高压设备再次校正，将电子式电压互感器采用3个以上已知电压值的高压设备进行校正，得到最终的检测电压值与实际电压值之间的换算关系。

[0037] 本实施例根据上述电场效应原理，由两球形电极即可检测得到高压带电体所带电压，完全排除了传统互感器所固有的各种干扰因素，为后继的电压测量，故障波形分析，相位信息，电能计算，保护分析等提供了真实可靠的信息来源。

[0038] 在本实施例中，将信号处理器26与两检测电极均内置在同一绝缘铸件21内，由于环氧树脂有良好的高压绝缘性能，保证非接触电极间的绝缘强度，安全性得到保证。其次信号处理器可直接得到检测电压值，取消了模拟信号的传送环节，彻底排除了模拟信号传送过程的各种不可控干扰因素的影响，大大提高了系统稳定性与测量精度。

[0039] 在一优选实施例中，所述第一球形电极24的半径为1-10mm，所述第二球形电极25的半径为20-30mm。因第一球形电极24的半径小于第二球形电极25半径，所以在第一球形电极24和第二球形电极25形成的不均匀电场中，第一球形电极24表面易产生较强的电场强度。

[0040] 在一优选的实施例中，所述第一球形电极24和第二球形电极25之间的最小距离大于10mm。为了避免两球形电极被电压击穿，所以两球形电极之间必须有一定的安全距离。因此，两球形电极间的最小的安全距离需大于10mm。

[0041] 进一步，所述第二接口23接地，所述信号处理器26接地，使得两球形电极与第二接口或信号处理器形成完整的回路。

[0042] 进一步，所述电子式电压互感器2为1个或3个。根据具体的检测需求，当检测单相电压时，则采用一个电子式电压互感器2，当需要检测三相电压时，则采用3个电子式电压互感器。实际上，本发明的电子式电压互感器2可根据需求随意设置个数，然后所有电子式电压互感器共用一个显示器，显示器可显示多组电压值。

[0043] 进一步，所述的高压设备为高压开关柜或高压计量柜。

[0044] 本发明采用上述检测系统及方法，具有以下优点：

[0045] (1)采用非接触测量电压方式，无铁芯谐振、绝缘击穿等隐患，安全性得到绝对保证。

[0046] (2)现有的电压互感器的检测流程一般为：电子信号采集、模拟信号传输、一次转换、传输系统、二次转换等步骤，需要电子信号采集设备、模拟信号传输设备、信号转换设备等，不仅需要的设备多，成本高，且经过线路传输，易产生干扰，影响测量精度。与现有设备相比，本发明采用一体化的检测结构，电子式电压互感器可直接获得检测电压值，经换算，显示器直接显示高压设备的带电电压，检测设备简单，无需多个设备传输，检测精度高。

[0047] (3)电子式电压互感器结构小巧，简化二次布线，安装维护方便。

[0048] (4)检测后的电压信号采用数字化传输至显示器，抗干扰能力强。

[0049] (5)可实现取消PT柜，节省电力用地，节省用户投资。

[0050] 需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。