一種高壓直流輸電閥組件的電壓測量裝置的製作方法

2023-07-22 03:11:31 1

專利名稱：一種高壓直流輸電閥組件的電壓測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於測量測試技術領域，尤其涉及一種高壓直流輸電閥組件電壓測
量裝置。
背景技術：
高壓直流輸電換流閥由多個閥組件和電抗器串聯而成，每個閥組件由5 7個 晶閘管串聯壓裝而成，同時每個晶閘管兩端並有RC保護電路，結構十分複雜。由於換 流閥屬吊裝結構，各組件上電壓易受到層層間、層地間雜散參數的影響，導致各組件上 電壓分布不均，靠近高壓端的閥組件會因承受電壓過高而加速老化，致使整個換流閥損 壞。在進行雷電衝擊、操作衝擊、陡波前衝擊等過電壓試驗時，迫切需要精確測量各閥 組件上的電壓值，以確定電壓分布是否均勻。阻容並聯分壓原理是一種常用於高電壓測量的方法，等效電路如圖1所示，其 特點在於R1ZiR2 = C2ZiC1時，阻容分壓器不受頻帶限制，可以從直流到很高的頻率，電容 與電阻之間不必配合。由於被測電壓達到數萬伏，分壓器的高壓臂電阻和電容不但需要 考慮絕緣、散熱和防止電暈等一系列問題，而且需要考慮對被測電路產生的影響，因而 往往需要採用很大的高壓臂電阻(如10ΜΩ)和極小的高壓臂電容(如0.5pF)，以減小對 被測電路的影響、減小分壓器的功率，但極小的高壓臂電容極難獲得。國內西安交通大學的趙中原、方志等人研製了一種如圖2所示的測量裝置，該 裝置的高壓臂5置於有機玻璃罩2中，有機玻璃罩2外套有一鋁罩6，鋁罩的外側設有低 壓電極引線端4，高壓臂的左端連接高壓電極引線端1、右端連接低壓臂7，通過連接在 低壓臂右端的測量引出線8將測量信號輸出，其中高壓臂5的外部帶有傘形屏蔽環3，低 壓臂7為圓筒狀。該裝置研究了高壓臂屏蔽環3的直徑、深度、角度等參數對分壓器性能 的影響，並做了優化設計。但由於該裝置中的高壓臂屬油浸式結構，會產生易漏油、維 護困難、體積大的缺陷，高壓臂上的電壓分布仍不均勻，高壓臂上的電壓分布如圖3所
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實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種測量範圍廣、寬頻帶、誤差小、體積 小、穩定可靠的高壓直流輸電閥組件電壓測量裝置。為解決上述技術問題，本實用新型提出了一種高壓直流輸電閥組件的電壓測量 裝置，包括由上至下依次連接的上圓板電極、高壓臂電阻、下圓板電極和低壓臂，所述 高壓臂電阻的上端設有高壓引線端、其下端套設有絕緣墊套，所述下圓板電極通過絕緣 墊套與高壓臂電阻進行絕緣連接。其中，所述低壓臂包括帶有下端蓋的屏蔽殼和置於屏蔽殼內的電路板，所述電 路板上封裝有相互並聯的低壓臂電阻和低壓臂電容。其中，所述低壓臂電阻由貼片電阻並聯而成。
3[0009]其中，所述低壓臂電容由電容並聯而成。其中，所述低壓臂電阻採用四個貼片電阻，低壓臂電容採用四個電容，每個貼 片電阻均與一個電容並聯成四組阻容結構，所述四組阻容結構相互並聯且對稱分布在圓 盤式電路板上。其中，所述上圓板電極和下圓板電極採用不鏽鋼圓盤，且其邊緣加工成圓弧形。其中，所述高壓臂電阻採用柱狀玻璃膜釉電阻。其中，所述屏蔽殼為不鏽鋼圓筒狀。本實用新型的有益效果在於1)該裝置的可靠性高、穩定性好，測量範圍課達到士50kV，且具備良好的線性度。2)該裝置測量頻帶可達到0 10MHz，高低頻響應良好，測量最大誤差為 2.48%,小於高壓測量標準要求的3%。3)該裝置採用特殊的工型對稱圓板電極(即在高壓臂電阻的上、下端分別安裝 有上圓板電極和下圓板電極)結構，解決了極小電容的獲取問題，該結構體積小，重量 輕，便於維護。

圖1是現有技術中阻容分壓器的等效電路圖；圖2是現有技術中閥組件電壓測量裝置的結構示意圖；其中1-高壓電機引線 端，2-有機玻璃罩，3-屏蔽環，4-低壓電極引線端，5-高壓臂電阻，6-鋁罩，7-低壓 臂電阻，8-測量引出線；圖3是圖2所示測量裝置中高壓臂電阻上的電壓分布圖；圖4是本實用新型測量裝置的結構示意圖；其中，21-上圓板電極，22-高壓臂 電阻，23-下圓板電極，24-高壓引線端，25-電路板，26-低壓臂電阻，27-低壓臂電 容，28-彈簧，29-銅片，210-屏蔽殼，211-絕緣墊套，212-下端蓋；圖5是本實用新型測量裝置的等效電路圖；圖6是本實用新型中高壓臂電阻上的電壓分布圖；圖7是低壓臂電阻和低壓臂電容在電路板上的連接示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的閥組件電壓測量裝置做進一步詳細的說明。如圖4所示，本實用新型的高壓直流輸電閥組件的電壓測量裝置包括由上至下 依次連接的上圓板電極21、高壓臂電阻22、下圓板電極23和低壓臂，所述上圓板電極 21、高壓臂電阻22和下圓板電極23組成工型對稱結構。高壓臂電阻的上端設有一高壓 引線端24、其下端套設有絕緣墊套211，下圓板電極23通過絕緣墊套211與高壓臂電阻 22進行絕緣連接，高壓臂電阻22的下端通過引線與低壓臂內的電路板相連接，電路板下 端與設在屏蔽殼210內的彈片結構相連接，該彈片結構由彈簧28和銅片29組成。該測量裝置基於阻容並聯分壓原理，採用工型對稱式圓板電極結構，其示意圖和等效電路如圖4和圖5所示，寬大的上圓板電極21和下圓板電極23增大了其與高壓臂 電阻22之間的電容，補償了高壓臂電阻的對地電容，從而使得高壓臂電阻上的電壓分布 均勻，巧妙利用高壓臂電阻22與上、下圓板電極21、23的空間電容Cn、C12作為高壓電 容，從而獲得約0.3pF的高壓臂電容，解決了極難獲取極小電容的難題。高壓臂電阻22選用柱狀玻璃膜釉電阻，其阻值10ΜΩ、極限電壓75kV、容量 75W、長期耐受最高工頻電壓(有效值)為27.4kV、有效絕緣長度200mm、直徑25mm、 溫度係數小於150X10_6/°C。高壓臂電阻暴露在空氣中，電阻沿面閃絡電壓(峰值)為 60kV,因此，不會發生電阻內部擊穿和沿面閃絡，安全可靠。對於50kV衝擊電壓，電 阻上的功耗為12.5mJ，無需特殊設計冷卻系統，維護方便。上、下圓板電極設計成厚度 為5mm，直徑為IOOmm的不鏽鋼圓盤，且其邊緣加工成弧形，下圓板電極23通過一直 徑40mm、厚15mm的絕緣墊套211與高壓電阻銜接，該絕緣墊套211套設於高壓臂電阻 22的下部。經計算，上述結構的工頻擊穿電壓(峰值)為68kV，試驗過程中不會出現電 暈放電。如圖6所示，採用上述設計的測量裝置在50kV的衝擊電壓下，高壓臂電阻上各 點的電壓分布十分均勻。低壓臂包括帶有下端蓋212的屏蔽殼210以及置於屏蔽殼內的電路板25、彈簧 28和銅片29，該電路板上封裝有相互並聯的低壓臂電阻26和低壓臂電容27。本例中的 低壓臂電阻26設計為300 Ω，由4隻1.2kQ貼片電阻並聯而成，對稱封裝在圓盤式電路 板25上，消除了寄生電感的影響。低壓臂電容27設計成lOOOOpF、IOOOpF> IOOpF> 20pF四隻電容的並聯結構，亦對稱封裝在圓盤式電路板上，以分散電容電流並克服大電 容測量頻帶較低的缺點。如圖7所示，封裝在電路板25上的低壓臂電阻26和低壓臂電 容27的最佳結構為將每個1.2kQ的貼片電阻分別與一個低壓臂電容27並聯形成四組 阻容結構，然後再將這四組阻容結構相互並聯並對稱封裝在圓盤式電路板25上。採用上 述圖7所示結構，可使得該測量裝置所輸出的電壓恰好滿足後端接收器(用於接收該裝置 所發信號)的輸入電壓士 1.5V。此外，本裝置設計了厚2mm、直徑40mm的低壓端不鏽鋼圓筒型屏蔽殼210，該 屏蔽殼避免了外界電磁幹擾對晶片電路的影響，確保了輸出信號的真實性和準確性，所 述電路板25可選用PCB板。該屏蔽殼210的底端帶有一下端蓋212，在安裝時可將先開 啟下端蓋，將電路板25和彈片結構置於屏蔽殼210中且通過引線將電路板25與高壓臂底 端相連，再將下端蓋212關閉即可。經實驗驗證，採用上述結構的高壓直流輸電閥組件電壓測量裝置具有體積小、 可靠性高、穩定性好、維護簡便等優點，其測量範圍可達士50kV，頻帶0 10MHz，實 測分壓比33464 1，測量最大誤差為2.48%，完全能夠滿足換流閥試驗的測量需要。最後應當說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限 制，儘管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應 當理解依然可以對本實用新型的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本實 用新型精神和範圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍 當中。
權利要求1.一種高壓直流輸電閥組件的電壓測量裝置，其特徵在於該裝置包括由上至下依 次連接的上圓板電極(21)、高壓臂電阻(22)、下圓板電極(23)和低壓臂，所述高壓臂電 阻的上端設有高壓引線端(24)、其下端套設有絕緣墊套(211)，所述下圓板電極(23)通 過絕緣墊套(211)與高壓臂電阻(22)進行絕緣連接。
2.根據權利要求1所述的電壓測量裝置，其特徵在於所述低壓臂包括帶有下端蓋 (212)的屏蔽殼(210)和置於屏蔽殼內的電路板(25)，所述電路板上封裝有相互並聯的低 壓臂電阻(26)和低壓臂電容(27)。
3.根據權利要求2所述的電壓測量裝置，其特徵在於所述低壓臂電阻(26)由貼片 電阻並聯而成。
4.根據權利要求2所述的電壓測量裝置，其特徵在於所述低壓臂電容(27)由電容 並聯而成。
5.根據權利要求2所述的電壓測量裝置，其特徵在於所述低壓臂電阻(26)採用四 個貼片電阻，低壓臂電容(27)採用四個電容，每個貼片電阻均與一個電容並聯成四組阻 容結構，所述四組阻容結構相互並聯且對稱分布在圓盤式電路板(25)上。
6.根據權利要求1-5任一所述的電壓測量裝置，其特徵在於所述上圓板電極(21) 和下圓板電極(23)採用不鏽鋼圓盤，且其邊緣加工成圓弧形。
7.根據權利要求1-5任一所述的電壓測量裝置，其特徵在於所述高壓臂電阻(22) 採用柱狀玻璃膜釉電阻。
8.根據權利要求2-5任一所述的電壓測量裝置，其特徵在於所述屏蔽殼(210)為不 鏽鋼圓筒狀。
專利摘要本實用新型屬於測量測試技術領域，尤其涉及一種高壓直流輸電閥組件電壓測量裝置。該電流測量裝置包括由上至下依次連接的上圓板電極、高壓臂電阻、下圓板電極和低壓臂，所述高壓臂電阻的上端設有高壓引線端、其下端套設有絕緣墊套，所述下圓板電極通過絕緣墊套與高壓臂電阻進行絕緣連接。該測量裝置具有體積小、可靠性高、穩定性好、維護簡便等優點，其測量範圍可達±50kV，頻帶0～10MHz，實測分壓比33464∶1，測量最大誤差為2.48％，完全能夠滿足換流閥試驗的測量需要。
文檔編號G01R31/00GK201804055SQ20102024377
公開日2011年4月20日 申請日期2010年6月25日 優先權日2010年6月25日
發明者張春雨, 李成榕, 李躍, 王高勇, 程養春 申請人:中國電力科學研究院, 華北電力大學