CN102169754A - 电流电压互感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电流电压互感器，涉及电网领域，为解决对智能电网的电力设备进行监测的技术问题而发明。所述电流电压互感器，包括：第一电流互感器，包括：绕在铁芯上的第一线圈，用于供高压输电线穿过，所述第一线圈的两端输出测量用电流信号；第一电阻，连接在所述第一线圈的两端；电压互感器，包括：高压臂电阻，所述高压臂电阻的第一端与所述高压输电线连接；低压臂电阻，所述低压臂电阻的第一端与所述地连接，所述低压臂电阻的第二端与所述高压臂电阻的第二端连接，所述低压臂电阻的第一端和第二端之间输出测量用电压信号。本发明能够用于智能电网的管理。

Description

电流电压互感器

技术领域

本发明涉及互感器领域，特别是指一种电流电压互感器。

背景技术

随着智能电网建设的推进，如何对智能电网的电力设备进行在线监测，成为亟待解决的问题。在智能电网的建设过程中，实时监测电网的运行参数是基础，而测量高压线路的电流和电压则是基础的基础，只有实现了电压和电流的测量，才能进一步计算出功率，谐波等其他参数。目前的测量方法主要是利用电磁式互感器，其缺陷是输出信号很强，例如电流互感器输出的是1安培或者5安培的电流信号，电压互感器输出的是100V的交流信号。这些输出信号不能直接传递给后端监测设备仪表，而是需要进行二次转换，把信号降低到电子设备可以测量的5V左右的电压信号，才能进行模拟数字转换(AD转换)。这样，由于增加了二次转换，会导致测量精度降低；也使得系统更加复杂，故障率提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电流电压互感器，能够对智能电网的电力设备进行监测，并且输出的信号比较小，能够直接传送给后续监测设备。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：

一方面，提供一种电流电压互感器，包括：

第一电流互感器，包括：绕在铁芯上的第一线圈，用于供高压输电线穿过，所述第一线圈的两端输出测量用电流信号；第一电阻，连接在所述第一线圈的两端；

电压互感器，包括：高压臂电阻，所述高压臂电阻的第一端与所述高压输电线连接；低压臂电阻，所述低压臂电阻的第一端与所述地连接，所述低压臂电阻的第二端与所述高压臂电阻的第二端连接，所述低压臂电阻的第一端和第二端之间输出测量用电压信号。

所述第一线圈由并绕的多根导线、多根导线编织的软电缆、空心铜管或空心铝管制成。

所述铁芯由铁基纳米晶带材料构成。

所述第一电阻的阻值在30-100欧姆之间。

所述的电流电压互感器，还包括：第二电流互感器，包括：

绕在骨架上的第二线圈，用于供高压输电线穿过，所述第二线圈的两端输出第二保护用电流信号；所述第二线圈平行于所述第一线圈设置；所述骨架是非磁性材料；

第二电阻，连接在所述第二线圈的两端。

所述高压臂电阻和所述低压臂电阻的阻值在5MΩ-100MΩ之间。

另一方面，提供一种电流电压互感器，包括：

第一电流互感器，包括：绕在铁芯上的第一线圈，用于供高压输电线穿过，所述第一线圈的两端输出测量用电流信号；第一电阻，连接在所述第一线圈的两端；

电压互感器，包括：高压臂电阻，所述高压臂电阻的第一端与所述高压输电线连接；低压臂电阻，所述低压臂电阻的第一端与所述地连接，所述低压臂电阻的第二端与所述高压臂电阻的第二端连接，所述低压臂电阻的第一端和第二端之间输出测量用电压信号；

两个中空圆柱体；第一中空圆柱体设置在第二中空圆柱体上，所述第一中空圆柱体的轴线平行于地面；所述第二中空圆柱体的轴线垂直于地面；

所述第一线圈设置在所述第一中空圆柱体的空腔内，并且所述第一线圈平行于所述第一中空圆柱体的底面，使得所述高压输电线穿过所述第一中空圆柱体的空腔和所述第一线圈；

所述第一电阻、所述高压臂电阻以及所述低压臂电阻设置在所述第二中空圆柱体的空腔内；

所述两个中空圆柱体由绝缘材料组成。

所述的电流电压互感器，还包括：第二电流互感器，包括：绕在骨架上的第二线圈，用于供高压输电线穿过，所述第二线圈的两端输出第二保护用电流信号；所述第二线圈平行于所述第一线圈设置；所述骨架是非磁性材料；

第二电阻，连接在所述第二线圈的两端；

所述第二线圈设置在所述第一中空圆柱体的空腔内；所述第二电阻设置在所述第二中空圆柱体的空腔内。

本发明的实施例具有以下有益效果：

上述方案中，提供一种电流电压互感器，能够分别输出电流信号和电压信号，能够对智能电网的电力设备进行在线监测，相比与现有技术中使用电磁式互感器的方法，输出的信号比较小，能够直接传送给后续监测设备。

附图说明

图1为本发明为所述的电流电压互感器的电路原理示意图；

图2为本发明为所述的电流电压互感器的主视图；

图3为本发明所述的电流电压互感器的侧视图；

图4为本发明所述的电流电压互感器的俯视图；

图5为本发明所述的电流电压互感器的立体图；

图6为本发明所述的电流电压互感器的应用场景。

具体实施方式

为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1所示，为本发明所述的一种电流电压互感器的电路原理示意图，包括：

第一电流互感器，包括：绕在铁芯上的第一线圈4，用于供高压输电线1穿过，所述第一线圈4的两端输出测量用电流信号；第一电阻5，连接在所述第一线圈4的两端；

电压互感器，包括：高压臂电阻10，所述高压臂电阻10的第一端与所述高压输电线1连接；低压臂电阻8，所述低压臂电阻8的第一端与所述地连接，所述低压臂电阻8的第二端与所述高压臂电阻10的第二端连接，所述低压臂电阻8的第一端和第二端之间输出测量用电压信号。

所述第一线圈7由并绕的多根导线、多根导线编织的软电缆、空心铜管或空心铝管制成。

所述铁芯由铁基纳米晶带材料构成。

所述第一电阻8的阻值在30-100欧姆之间。

所述的电流电压互感器，还包括：第二电流互感器，包括：

绕在骨架上的第二线圈2，用于供高压输电线1穿过，所述第二线圈2的两端输出第二保护用电流信号；所述第二线圈2平行于所述第一线圈4设置；所述骨架是非磁性材料；

第二电阻7，连接在所述第二线圈的两端。

所述高压臂电阻10和所述低压臂电阻8的阻值在5MΩ-100MΩ之间。

图1中示出了两组第一电流互感器和两组电压互感器。

以下结合图2至图5描述本发明所述的电流电压互感器的实物。图2为本发明所述的电流电压互感器的主视图；图3为本发明所述的电流电压互感器的侧视图；图4为本发明所述的电流电压互感器的俯视图；图5为本发明所述的电流电压互感器的立体图；电流电压互感器包括：

两个中空圆柱体；第一中空圆柱体20设置在第二中空圆柱体30上，所述第一中空圆柱体20的轴线平行于地面；所述第二中空圆柱体30的轴线垂直于地面；

所述第一线圈4设置在所述第一中空圆柱体20的空腔内，并且所述第一线圈4平行于所述第一中空圆柱体20的底面，使得所述高压输电线1穿过所述第一中空圆柱体20的空腔和所述第一线圈4；

所述第一电阻5、所述高压臂电阻10以及所述低压臂电阻8设置在所述第二中空圆柱体30的空腔内；

所述两个中空圆柱体30、20由绝缘材料组成。

所述第二线圈2设置在所述第一中空圆柱体20的空腔内；所述第二电阻7设置在所述第二中空圆柱体30的空腔内。

所述电压互感器还包括：屏蔽电极(图中未示出)，设置在高压臂电阻10的外侧。

所述电压互感器还包括：过电压保护装置(图中未示出)，所述过电压保护装置的第一端与所述低压臂电阻8的第二端连接，所述过电压保护装置的第二端与所述低压臂电阻8的第一端连接。所述过电压保护装置设置在所述第二中空圆柱体30的空腔内。

本发明提供一种专用于架空配电线路的一体式电子式电流电压互感器。其内置3组线圈和2套分压器，具有以下有益效果：

(1)、可以直接替代电线杆上的支柱绝缘子

(2)、内置电流互感器，输出为电子式信号(4V，无功率)

(3)、电流互感器部分可以输出两组测量用电流信号(0～500A，0.2％)，一组保护用电流信号(0～20kA，3％)

(4)、内置电压互感器，输出为电子式信号(2V，无功率)

(5)、电压互感器部分可以输出两组测量用电压信号(0～45kV，0.2％)

(6)、可以做成开口式，安装方便。

以下描述电子式电流互感器的原理。

本发明中，电子式电流互感器采用的是罗柯夫斯基(Rogowski)线圈和轻载线圈(LPCT)的原理。利用Rogowski线圈测量大电流信号，用于继电保护，可测量的电流的线性范围最高可达20kA。利用LPCT测量工作电流，用于计量和测量，线性范围为0～630A。

Rogowski线圈由于采用了非磁性的骨架，因此不存在磁饱和现象。当一次电流通过Rogowski线圈时，线圈会产生与一次电流I1的时间微分成比例的二次电压E。将二次电压E进行时间积分处理，就可以获得与一次电流成比例的电压信号U。通过微处理器将信号U进行变换、处理，即可将一次电流信息变成模拟量和数字量输出。

轻载线圈由一次绕阻、小铁芯和损耗最小化的二次绕组组成。二次绕组上连接着取样电阻R，二次电流I2在取样电组R两端的电压降U2与一次电流I1成比例。LPCT铁心选用微晶非晶合金，具有高导磁、高灵敏度、无磁滞的特性。

以下描述电子式电压互感器的原理。

电子式电压互感器采用的是电阻分压方式进行工作。EVT(电压互感器)由高压臂电阻、低压臂电阻、屏蔽电极、过电压保护装置组成。通过分压器将一次电压转换成与一次电压和相位成比例的小电压信号。采用屏蔽电极改善电场分布状况和杂散电容的影响。在二次输出端并联一个高灵敏过电压保护装置，防止二次输出端开路时将二次侧电压提高。

以下说明ECT(电流互感器)和EVT在电力系统中的应用，如图6所示，为EVT和ECT在数字化变电站内的应用。在数字式变电站建设中，利用EVT测量的电压信号和利用ECT测量的电流信号可以直接送入到采集单元，在采集单元里，电流和电压信号被直接转化为数字信号。然后通过总线把数字信号送到合并器，最后被送到数字变电站的监控软件中，进一步进行计量、测量和保护。

电子式互感器是数字化变电站建设的重要技术支持，同时在电力测量和保护等领域也有着广阔的应用前景。与传统电磁式互感器相比，电子式电流电压互感器具有以下优势。

(1)、测量范围广。

电子式互感器的频响范围宽、测量线性范围广、线性度好，在有效量程内，电流互感器准确级达到0.2S/5P级，电压互感器测量准确级可达到0.2/3p级。

(2)、应用方式灵活。

电子式互感器输出的都是小电压信号，一般为1.5V～4V，这个信号可方便地与数字式仪表、微机测控保护设备接口，无需进行二次转换，从而可以降低系统应用的复杂度，减少了测量误差，提高了设备的稳定性和准确度。

(3)、安全可靠。

电子式互感器均不含铁芯(或含小铁芯)，不会出现饱和现象。即便是电流互感器二次开路时也不会产生高电压，电压互感器二次短路时不会产生大电流，无过电流击穿的危险，也不会产生铁磁谐振，从而保证了人身及设备的安全。

(4)、体积小，功耗低。

电子式互感器体积小、重量轻，能有效的节省空间，功耗极小，节电效果十分显著，具有环保产品的特征。

(5)、多用途。

电子式电流互感器集测量和保护于一身，能快速、完整、准确地将一次信息传送给计算机进行数据处理或与数字化仪表等测量、保护装置相连接，实现计量、测量、保护、控制、状态监测。电子式电压互感器同时作为带电显示装置实现一次电压数字化在线监测，并可作为支持绝缘子使用。

(6)、使用寿命长。

由于电子式互感器自身是低功耗的，自身线圈不会产生发热，保证了互感器的使用寿命。安装使用简单方便，运行无需维护，使用寿命大于30年。

以下表格为传统电磁式互感器与电子式电流电压互感器比较：

本发明的电子式电流电压互感器，其输出信号可以为4V的电子信号，免去二次转换，能够直接传送给后续监测设备。本发明的电流电压互感器合二为一，体积和重量大大减小，可以使得制造成本降低，并且在实际安装和使用中，给用户提供了更多便利。

如图1所示的应用场景中，本发明的电流电压互感器输出信号为多路电子式模拟信号，其中包括测量用电流二次信号两路，保护用电流二次信号一路；测量用电压二次信号两路。所有输出信号都是隔离独立的。这种输出信号适合用于配电线路的测量和故障监测。可以实现架空线路的零序电流和零序电压的测量。可用于架空线路短路和接地故障的监测。

在实际应用中，第1路测量用电流二次信号用于电流的测量，而第2路测量用的电流二次信号可相互首尾连接，这样就得到了线路的零序电流信号，零序电流信号可用于检测配电线路是否发生单相接地故障。保护用电流二次信号用于测量线路发生短路或者过流故障时，瞬时通过的大电流(可高达20000安培)。

第1路测量用电压二次信号，用于测量线路的电压。而第2路测量用电压二次信号则将接地的公共端连接，并且串接入一个阻值合适的电阻，电阻另一端接大地，这样就串接入的小电阻上即可测量到零序电压信号。利用这种方式可以解决架空配电线路无法测量零序电压和零序电流的难题。

本发明的电流电压互感器适用于架空配电线路的测量，故障监测。可以与电度计量、柱上开关控制器、高压无功补偿装置等设备配套实用。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电流电压互感器，其特征在于，包括：

第一电流互感器，包括：绕在铁芯上的第一线圈，用于供高压输电线穿过，所述第一线圈的两端输出测量用电流信号；第一电阻，连接在所述第一线圈的两端；

电压互感器，包括：高压臂电阻，所述高压臂电阻的第一端与所述高压输电线连接；低压臂电阻，所述低压臂电阻的第一端与所述地连接，所述低压臂电阻的第二端与所述高压臂电阻的第二端连接，所述低压臂电阻的第一端和第二端之间输出测量用电压信号。

2.根据权利要求1所述的电流电压互感器，其特征在于，所述第一线圈由并绕的多根导线、多根导线编织的软电缆、空心铜管或空心铝管制成。

3.根据权利要求1所述的电流电压互感器，其特征在于，所述铁芯由铁基纳米晶带材料构成。

4.根据权利要求1所述的电流电压互感器，其特征在于，所述第一电阻的阻值在30-100欧姆之间。

5.根据权利要求1所述的电流电压互感器，其特征在于，还包括：第一第二电流互感器，包括：

绕在骨架上的第二线圈，用于供高压输电线穿过，所述第二线圈的两端输出第二保护用电流信号；所述第二线圈平行于所述第一线圈设置；所述骨架是非磁性材料；

第二电阻，连接在所述第二线圈的两端。

6.根据权利要求5所述的电流电压互感器，其特征在于，

所述高压臂电阻和所述低压臂电阻的阻值在5MΩ-100MΩ之间。

7.根据权利要求1所述的电流电压互感器，其特征在于，所述电压互感器还包括：屏蔽电极，设置在高压臂电阻的外侧。

8.根据权利要求1至7任一项所述的电流电压互感器，其特征在于，所述电压互感器还包括：过电压保护装置，所述过电压保护装置的第一端与所述低压臂电阻的第二端连接，所述过电压保护装置的第二端与所述低压臂电阻的第一端连接。

9.一种电流电压互感器，其特征在于，包括：

第一电流互感器，包括：绕在铁芯上的第一线圈，用于供高压输电线穿过，所述第一线圈的两端输出测量用电流信号；第一电阻，连接在所述第一线圈的两端；

电压互感器，包括：高压臂电阻，所述高压臂电阻的第一端与所述高压输电线连接；低压臂电阻，所述低压臂电阻的第一端与所述地连接，所述低压臂电阻的第二端与所述高压臂电阻的第二端连接，所述低压臂电阻的第一端和第二端之间输出测量用电压信号；

两个中空圆柱体；第一中空圆柱体设置在第二中空圆柱体上，所述第一中空圆柱体的轴线平行于地面；所述第二中空圆柱体的轴线垂直于地面；

所述第一线圈设置在所述第一中空圆柱体的空腔内，并且所述第一线圈平行于所述第一中空圆柱体的底面，使得所述高压输电线穿过所述第一中空圆柱体的空腔和所述第一线圈；

所述第一电阻、所述高压臂电阻以及所述低压臂电阻设置在所述第二中空圆柱体的空腔内；

所述两个中空圆柱体由绝缘材料组成。

10.根据权利要求9所述的电流电压互感器，其特征在于，还包括：第二电流互感器，包括：

绕在骨架上的第二线圈，用于供高压输电线穿过，所述第二线圈的两端输出第二保护用电流信号；所述第二线圈平行于所述第一线圈设置；所述骨架是非磁性材料；

第二电阻，连接在所述第二线圈的两端；

所述第二线圈设置在所述第一中空圆柱体的空腔内；所述第二电阻设置在所述第二中空圆柱体的空腔内。

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