一種vfto測量系統的製作方法

2023-05-19 17:05:21 1

專利名稱：一種vfto測量系統的製作方法
技術領域：
本申請涉及VFTO測量領域，特別是涉及一種VFTO測量系統。
背景技術：
在GIS(Gas Insulated Switchgear，氣體絕緣變電站)中，對於隔離開關、接地開 關和斷路器的操作而引起的快速暫態過程(Very Fast Transient)將會對電力系統產生若 幹不良影響，尤其是隔離開關切合空載母線時，因其操作的概率和頻數比較大，操作周期比 較長，不可避免地造成VFTO (Very FastTransient Voltage,快速暫態過電壓)現象。GIS內 VFTO的等值頻率範圍為幾百kHZ(千赫)到近百MHZ(兆赫)，VFTO的上升時間可短至4 7ns (納秒)，幅值最高可達GIS內部原來電壓的2. 7倍。但是對於GIS而言，過高的VFTO 不僅會導致電力系統內部的隔離開關、間隙、支撐件發生閃絡，還會危及外部設備，給電力 系統造成巨大損失，嚴重影響著電力安全。因此準確測量VFTO成為研究和消除其危害的前 提。 現有技術中，有三種VFTO測量方法預埋電極法、微積分法以及套管末屏法。通 過對現有技術的研究，發明人發現，GIS內VFTO的等值頻率範圍為幾百kHZ(千赫)到近百 MHZ(兆赫)，而以上三種方法都只適用於某一頻率段的VFTO測量，因此在實際應用中都有 不同程度的局限性，無法滿足當前的測量需要。

發明內容
為解決上述技術問題，本申請實施例提供一種VFTO測量系統，以實現測量頻帶範
圍更大的VFTO，使得該系統可以更為普遍的適用，滿足當前測量需要，技術方案如下 —種VFTO測量系統，包括電壓傳感裝置、傳輸裝置和測量裝置； 所述電壓傳感裝置通過空間電場耦合分別與待測負載和手窗蓋板形成電容分壓
的高壓臂和低壓臂，感應待測負載的電壓； 所述傳輸裝置連接於所述電壓傳感裝置和測量裝置之間，用於將所述電壓傳感裝 置低壓臂上所感應的電壓傳輸至所述測量裝置； 其中，所述電壓傳感裝置包括GIS殼體手窗、耦合電極、介質薄膜、導出線、匹配 電阻、輸出接口和手窗蓋板； 耦合電極位於GIS殼體手窗內部，耦合電極第一側面面向GIS手窗內的導電桿，與 導電桿構成高壓臂，耦合電極第二側面面向GIS手窗開口，與手窗蓋板構成低壓臂；
介質薄膜緊貼於耦合電極的第二側面； 手窗蓋板固定於GIS殼體手窗，且在GIS手窗法蘭上的深度可調，所述手窗蓋板中 間有導出孔； 導出線中間連接有匹配電阻，一端穿過介質薄膜連接耦合電極，另一端通過手窗 蓋板上的導出孔，連接到電壓傳感裝置的輸出接口 。
優選的，所述電壓傳感裝置還包括密封介質板、第一密封墊圈和第二密封墊圈；
4
所述手窗蓋板由第一手窗蓋板和第二手窗蓋板組成，其中，第二手窗蓋板嵌於第 一手窗蓋板中，所述導出孔位於第二手窗蓋板上； 密封介質板蓋於所述第二手窗蓋板的導出孔上，所述第一密封墊圈位於第一手窗 蓋板和GIS殼體手窗之間，所述第二密封墊圈位於第一手窗蓋板和密封介質板之間。
優選的，所述耦合電極的形狀為圓形或橢圓形；所述耦合電極的厚度小於30rnm。
所述耦合電極面上任意兩點之間的最大距離m滿足m<< A 。，其中A 。是測量頻 帶的期望上限對應的波長。 所述耦合電極與GIS手窗腔體中軸線的距離大於GIS外殼的內半徑。
所述導出線連接在耦合電極上的位置滿足 當d滿足d << A 。時，導出線連接在耦合電極上的位置在電極中心；
當d不滿足d << A 。時，導出線連接在耦合電極上的位置滿足 1 J"。 ) M/" = O和''=T ; 其中，d是圓形電極的半徑或橢圓形電極的長軸長度，R是電極的半徑，r為引出線
位置與電極中心的距離，J。0是O階貝塞爾函數，a是O階貝塞爾函數第l個正零值點。 所述的介質薄膜電阻率，不小於10—15Q. cm ; 所述介質薄膜的厚度範圍在10 ii m 100 ii m之間； 所述介質薄膜在高頻和低頻下的介電常數值相同或相似，且沒有色散。
所述傳輸裝置為傳輸電纜；所述的傳輸電纜長度1滿足1C,<< C2 ; 其中，C纜為電纜的單位長穩態電容，C2為低壓臂電容。 所述電纜的規格為國標50歐或國標75歐。 所述測量裝置為示波器。 本申請提供的技術方案中，在GIS手窗內部設置了一個耦合電極，通過空間電場 耦合，分別形成了電容分壓的高壓臂電容和低壓臂電容，根據電容分壓原理，可以通過耦合 電極上感應到的電壓計算出待測負載的電壓，並通過對耦合電極形狀、面積、與導電桿距離 的調整、對介質薄膜材質、厚度的調整以及對導出線位置的調整，擴展測量頻帶帶寬，滿足 當前測量需要。


為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 申請中記載的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下， 還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。 圖1為本發明實施例VFTO測量系統的電路示意圖；
圖2為本發明實施例在理想情況下實現VFTO測量的電路示意圖；
圖3為本發明實施例VFTO測量系統中電壓傳感裝置的示意圖；
圖4為本發明實施例VFTO測量系統中電壓傳感裝置的另一種示意圖；
圖5為本發明實施例實現電壓傳感裝置設置方法的流程示意圖。
具體實施例方式
本發明實施例提供一種VFT0測量系統，能夠在更寬的頻帶帶寬下測量VFT0的值。
圖1為VFTO測量系統的電路圖，包括電壓傳感裝置IIO，傳輸裝置120以及測量 裝置130。 其中，傳輸裝置120—端連接電壓傳感裝置110，另一端連接測量裝置130。可以理 解的是，在實際應用中，該系統的電壓傳感裝置iio不需要與待測負載直接相連，而是通過 空間電場耦合感應到待測負載的電壓。基於電容分壓原理，電壓傳感裝置IIO中的GIS手 窗內，設置了一個耦合電極，該耦合電極通過空間電場與GIS內導電桿構成一個分布電容， 該電容相當於電容分壓器的高壓臂電容Q ;耦合電極經過介質薄膜實現與GIS手窗蓋板的 絕緣，構成一個電容，該電容相當於電容分壓器的低壓臂電容(:2。當GIS內導電桿上的電壓 為^時，根據電容分壓原理，耦合電極上會感應到一個與仏成特定關係的電壓仏。通過輸 出接口，將耦合電極上的電壓仏從GIS內部傳送到GIS外部，通過傳輸裝置120，送到測量 裝置130上，並由匹配電阻RT實現電壓傳感裝置110以及傳輸裝置120之間頻率的匹配。
如圖1所示，由於高低壓臂電容不可避免的會引入雜散電感和L2，因此，根據串 聯電路阻抗分壓原理，仏和U2的關係如下式所示
. /(^^^+ /o ，
& =_X -__ (i_w2ac2) c, ")
W_ /(丄+風+丄+ ,o = c, +c2 — ^c黒"2) 其中，I是電容分壓迴路上流經Q和C2的電流，"是角頻率。
頻率f和角頻率"的關係如下式
co = 2 Ji f 由式(1)可知，只有當1 >> "2L2C2且>> "^ (LA)時，即w《.
-時，有
cl ( 2 ) 此時^是與"無關的量。 由上述式(1)和式(2)可知，系統的分壓比與角頻率有關，幅頻特性也不是直線， 高頻輸出會有零點和極點，零點和極點的角頻率值直接影響測量帶寬。零點和極點的角頻 率和頻率值如下式所示零點& = 、|~r ,/ =丄、|^^ (3)
Y Z， C 2 2 7t Y丄2 C
6
極
佔
c, +c;
i
1
(4)
其中，根據實際應用情況，式(4)中高壓臂電容Q遠小於低壓臂電容CJ即高壓臂 阻抗遠大於低壓臂阻抗)。 由上式(3)和(4)可知，測量頻率的零點和極點不僅和高壓臂電容以及低壓臂電 容的大小有關，還和高低壓臂產生的雜散電感b和L2有關係，當高壓臂電容和低壓臂電容 一定的情況下，雜散電感越小，對測量頻率的影響越小，能夠測量的頻帶帶寬也越大；而在 降低雜散電感影響的情況下，調整高壓臂和低壓臂的電容，也能夠擴展測量的頻帶帶寬。
下面分析不考慮雜散電感和L2的理想情況，此時系統電路示意圖如圖2所示， 根據串聯電路阻抗分壓原理，仏和U2的關係如下式所示
. /丄 丄
仏
一 :
"Ml"
>c2
1
1
C
c,+c，
(5) 由上式(5)可以看出，不考慮雜散電感1^和1^的理想情況下，系統的幅頻特性是
一條與角頻率無關的直線，此時，分壓比只和高壓臂電容以及低壓臂電容的大小有關，只要
確定了高壓臂以及低壓臂電容，即確定了分壓比。此時測量的頻帶帶寬沒有限制。 傳輸裝置120為傳輸電纜，用於連接傳感裝置110與檢測裝置130。 其中，傳輸電纜的長度和波阻抗的選擇對所傳輸信號的暫態特性測量和高頻特性
都有影響。 檢測裝置130可以為示波器，其中，R為示波器的入口電阻，Cp為示波器的入口電 容。假設Uin為測量系統的待測電壓值，U。ut為示波器實際檢測到的電壓值。根據-3dB帶 寬定義和電壓傳感裝置低頻分壓關係得等式 _ X — 1
7
y.wq + >C2 +丄 求解得到低頻截止角頻率為
1
1
i (C,+C》2即低頻截止頻率為y;
1
1
(6) 由上式(6)可以得到，測量系統的低頻頻率測量範圍受到示波器入口電阻和低壓 臂電容C2的影響，而入口電阻是示波器的固有參數， 一般無法改變，因此可以通過增大低壓 臂電容C2，來降低低頻截止頻率的值，從而實現測量帶寬的增加。 從上述描述中可以得出，在實際中，本發明所提供的VFTO測量系統本身能夠測量 的頻帶帶寬很大，由於有雜散電感的影響，因此要通過一系列對電壓傳感裝置110，傳輸裝 置120以及測量裝置130的優化來進一步擴展頻帶帶寬，使之能夠滿足測量的要求。
為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面將結合具體實施方式
對本
發明作進一步的詳細說明。
實施例一 本發明所提供的VFTO測量系統中電壓傳感裝置如圖3所示，包括GIS殼體手窗 1、耦合電極2、介質薄膜3、導出線4、匹配電阻5、輸出接口 6和手窗蓋板7。
其中，耦合電極2位於GIS殼體手窗1內部，耦合電極2第一側面面向GIS手窗內 的導電桿，耦合電極2第二側面面向GIS手窗開口 (即面向手窗蓋板7的方向)；
介質薄膜3緊貼於耦合電極2的第二側面； 手窗蓋板7固定於GIS殼體手窗l，且在GIS手窗法蘭上的深度可調，所述手窗蓋 板7中間有導出孔； 導出線4中間連接有匹配電阻5，所述導出線的一端穿過介質薄膜3連接耦合電極
2，另一端通過手窗蓋板7上的導出孔，連接到電壓傳感裝置的輸出接口 6。 所述的匹配電阻5用於抑制高頻振蕩，實現電壓傳感裝置110與傳輸裝置120的
頻率匹配。
實施例二 本發明所提供的VFT0測量系統中另一種電壓傳感裝置如圖4所示，包括GIS殼 體手窗l、耦合電極2、介質薄膜3、導出線4、匹配電阻5、輸出接口6、第一手窗蓋板7a、第二 手窗蓋板7b、第一密封墊圈8a、第二密封墊圈8b以及密封介質板9。 在本實施例中，所述手窗蓋板由第一手窗蓋板7a和第二手窗蓋板7b組成，其中， 第一手窗蓋板7a與GIS殼體手窗1固定，第二手窗蓋板7b嵌於第一手窗蓋板7a中，且導 出孔位於第二手窗蓋板7b上； 密封介質板9蓋於所述第二手窗蓋板7b的導出孔上，所述第一密封墊圈8a位於 第一手窗蓋板7a和GIS殼體手窗1之間，所述第二密封墊圈8b位於第一手窗蓋板7a和密 封介質板9之間。 耦合電極2位於第二手窗蓋板7b和密封介質板9之間，耦合電極2的第一側面面 向GIS殼體手窗1內的導電桿，耦合電極2的第二側面面向GIS殼體手窗1開口方向；
介質薄膜3緊貼於耦合電極2的第二側面； 導出線4中間連接有匹配電阻5，所述導出線4的一端通過介質薄膜3連接耦合電 極2，另一端通過導出孔，連接到電壓傳感裝置的輸出接口 6。 由於GIS運行時管道內需要充有一定壓力的六氟化硫(SF6)氣體，並且需要保證 GlS管道的氣密性，所以上述裝置中相較實施例一所述的裝置，增加了第一密封墊圈8a、第 二密封墊圈8b以及密封介質板9，以保證GIS管道的氣密性，第二手窗蓋板7b則是保證了 在不影響GIS運行的情況下，即在GIS管道內氣壓不變的情況下，方便地安裝與拆除VFT0 測量系統。 上述兩個實施例中，耦合電極2、介質薄膜3、導出線4均可調，其中，通過對所述耦 合電極的面積、與導電桿距離的調整以及對介質薄膜材質、厚度的調整，可以增加測量頻帶 的帶寬；通過對所述耦合電極形狀的調整可以降低雜散電感的影響從而提高測量頻帶的帶 寬；對導出線位置的調整可以避免因對耦合電極以及介質薄膜的調整引起的鼓面諧振對測 量頻帶帶寬帶來的影響；通過上述調整，實現增加測量頻帶的帶寬，以滿足測量的需要。
實施例三 應用上述提供的VFTO測量系統，分別對電壓傳感裝置、傳輸裝置以及測量裝置進 行設置。 需要說明的是，對於電壓傳感裝置、傳輸裝置以及測量裝置的設置都是根據實際 情況來進行的，下述調整隻是給出了調整的一部分優選實施例，並不對本發明的保護範圍 造成限定。
1)對電壓傳感裝置進行設置包括 通過對所述耦合電極的面積、與導電桿的距離以及介質薄膜厚度、材質的調整，增 加測量頻帶的帶寬 調整耦合電極與導電桿的距離 根據上述的式(4)極點頻率的計算式可知，高壓臂電容越小越有利於頻率的提
高，由於耦合電極與導電桿之間的距離越小，高壓臂電容越大，因此結合待測負載所在的
GIS手窗的拔口深度，以不影響GIS安全運行為原則，確定耦合電極與導電桿之間的距離，
耦合電極到導電桿之間的距離應適當大，以減小高壓臂電容。 一般來說，電極與GIS腔體中
軸線的距離大於GIS外殼的內半徑；當該距離大於GIS手窗蓋板到腔體中軸線的距離，可以
設計特殊的手窗蓋板，等效地加長手窗拔口深度。 調整耦合電極的面積 耦合電極的面積越大，高壓臂電容和低壓臂電容越大，因此根據高壓臂電容和低 壓臂電容的要求，調整電極的面積。優選情況下，電極面上任意兩點之間的最大距離m應滿 足!11<< A。，其中、是測量頻帶的期望上限對應的波長；同時，在既定最大距離的m下， 需要較大的電極面積，因此電極的形狀以圓形或橢圓形為宜，此時圓形電極的直徑或橢圓 形電極的長軸長度d(相當於電極面上任意兩點之間的最大距離m)應滿足(1<< A。。 一 般情況下，d不大於30釐米。
調整介質薄膜的厚度 介質薄膜的厚度影響低壓臂電容的值和系統的分壓比，當薄膜厚度增大時會使
得低壓臂電容增加，根據測量系統對低壓臂電容的要求，調整介質薄膜的厚度，一般在
10um 100um之間； 選擇介質薄膜的材質 選擇介質薄膜要考慮介質材料的介電常數值、電阻率和頻率特性， 介電常數值主要影響的是低壓臂的電容值，因此在確定了低壓臂電容後，要通過
調整薄膜的選材使得低壓臂電容達到所確定的值； 此外，介質材料應具有較高的電阻率，一般應不小於10—15Q. cm ; 介質薄膜還應具有良好的頻率特性，即高頻和低頻的情況下均有相同或相似的介
電常數，且不能有色散，否則會使得低壓臂電容在不同頻率下有顯著變化，進而導致分壓比
在不同頻率上產生波動，最終影響測量帶寬。 根據上述需求，在實際應用中，可以選取括聚酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙 烯等作為介質薄膜的材質。 通過對所述耦合電極厚度的調整，降低雜散電感的影響從而提高測量頻帶的帶 寬
9
耦合電極一般由導電性能良好的金屬製成，耦合電極要和導電桿構成高壓臂電
容，又要和手窗蓋板構成低壓臂電容，在高低壓臂電容的軸向上，當耦合電極的尺度過大 時，即耦合電極的厚度過大時，相當於在電容之間串聯了一個電感，因此要儘量減小耦合電 極的厚度，以金屬箔或薄金屬板為宜，此時高壓臂和低壓臂電容之間的等效電感較小，考慮
實際情況，耦合電極的厚度應該小於30毫米。 另外，由於上述對耦合電極與介質薄膜的各項調整，可能會產生鼓面諧振從而影 響測量頻帶的帶寬，因此，需要通過對導出線在耦合電極上位置的調整來避免鼓面諧振帶 來的影響，當電極的的形狀為圓形或橢圓形，且直徑(或橢圓形的長軸)d滿足d <<入。 時，導出線在耦合電極上的位置在電極中心，當d不滿足d << A 。時，引出線在電極上的
位置由下式確定
formula see original document page 10
formula see original document page 10 其中，R是電極的半徑，r為引出線位置距離電極中心的距離，J。是O階貝塞爾 函數，a是O階貝塞爾函數第l個正零值點。例如當測量頻帶到GHz，電極的直徑為20cm 時，電極的引出線位置距離電極中心應為6. 3cm。
2)對傳輸裝置的設置包括
選擇合適規格的傳輸電纜。 其中，電纜的規格以國標50歐和75歐電纜為主，50歐電纜有利於提高測量裝置入 口頻帶帶寬；75歐電纜有利於避免由電纜長度引起的暫態過程。
選擇合適的傳輸電纜長度。 其中，電纜的長度和波阻抗的選擇對信號的暫態特性的測量和高頻特性都有影 響。電纜的長度過長，會使得系統的高頻特性發生變化，因此電纜的長度應該滿足以下關係 式 1C,< < C2，這裡1是電纜的長度，C糹，是電纜的單位長穩態電容，C2是低壓臂電容。
3)對測量裝置的設置包括 結合測量系統其他部分的頻帶帶寬，仿真校驗並選取示波器入口的電容參數。
其中，由於示波器的輸入阻抗並非為無窮大阻抗，高頻時由於有示波器入口電容 的存在，示波器輸入電壓會下降，即高頻頻帶會受到限制，但這種影響並非總能顯現，而入 口電容小的示波器成本相對要高，因此需要結合系統的實際測量需求，仿真校驗並選取示 波器入口電容的參數。例如，示波器入口電容的兩個典型值是13pF和25pF，根據實際測量 需求，當系統的測量頻帶在lOOMHz以內時，25pF的入口電容基本可以接受；當系統測量頻 帶超過lOOMHz時，則應當優先選用入口電容為13pF的示波器。
綜上所述，如圖5，對VFT0測量系統的設置步驟為
步驟2101 :確定VFTO測量系統的分壓比。 其中，根據待測負載的VFTO估計值或仿真值，以及測量設備的電壓測量範圍，確 定整個測量系統的分壓比，例如特高壓1100kV的GIS中的VFTO仿真值是2700kV(3倍的工頻電壓峰值)，規定k為仏和U2的比值，如果使用的示波器電壓測量範圍交流峰值為40V， 2700kV/40V = 6. 75萬，考慮到其中電器元件的影響，適當的將k設置為10萬，否則分壓信 號將會有超過示波器量程的危險。但是考慮到輸出信號應具有足夠的信噪比，工頻輸出信 號最好不小於IV， k不宜超過100萬。
步驟2102 :確定低壓臂電容的範圍。 根據測量系統對低頻帶寬的要求，粗略確定低壓臂電容的最小值C2—m旭，例如如 果測量系統的低頻頻帶達到工頻50Hz，示波器入口電阻為1MQ，則根據式(6): C2—mml =:r^~ = 3"F ，即低壓臂電容最小為3nF ; 根據測量要求，確定測量傳輸電纜的類型和長度。然後由1C,<< G，確定一個新 的低壓臂電容最小限度值C^min2。由於測量裝置入口電阻的影響，這裡(Vmin2的值可以適當 的人為放大。例如電纜選用2m的50歐電纜時，1C纜為0. 2nF， C2—min2可以用2nF。
由C2 > C2—minl且C2 >> C2—min2確定一個總體的低壓臂電容的最小限定值C2—min。
步驟2103 :確定耦合電極的面積、形狀雛形以及導出線在電極上的位置。 其中，根據平行板電容計算公式C二了，確定滿足C^min值所需要的最小電極面
積，其中，S為電容面積，d為構成電容的兩板之間的距離，e為介電常數；
初步確定耦合電極的面積後，結合GIS手孔處的基本結構，確定電極是圓形的金 屬箔或板，電極的直徑不能超過手孔法蘭的內徑，如果電極直徑超出範圍，應更換介電常數 更大，厚度更薄的介質材料；如果電極直徑遠未達到測量頻帶上限頻率的波長A量級，則 應當適當地調大電極面積；因為電極面積變大後，C2更大，測量系統就具有更好的低頻響應 能力。例如，將C2從3nF增大到6nF，則50Hz的響應誤差將從_3dB減小到-ldB。但必須 注意，考慮到式(3)，不能無限的放大G。另外，電極直徑遠未達到A量級時，電極引出線 位置在電極中心即可；如果電極直徑已經達到測量波長A量級，測量應考慮將電極引出線 的位置調整到合適值，具體的確定根據前文所示式(7)和式(8)所述計算公式。
步驟2104 :優化耦合電極的形狀。 根據電極的形狀雛形，進一步調整GIS內部的結構，應用有限元分析軟體，設計優
化電極局部形狀，並保證耦合電極不對GIS安全運行產出影響。 步驟2105 :確定耦合電極在GIS手窗中的位置，確定高壓臂電容。 其中，根據低壓臂電容的範圍和電容分壓比，由^=+(:2粗略確定高壓臂的期望
值C卜q，結合測量點手窗的拔口深度，選擇合適的電極安裝位置，計算不同位置時，耦合電極
和導電桿構成的高壓臂電容c卜j。 根據C卜,和(Vj的匹配情況，選定合適的電極安裝位置(主要指到導杆的不同距 離)。如果需要的Q很小，以致需要安裝的位置超出到GIS手窗法蘭以外，則首先應考慮減 小低壓臂電容G，重新設計。如果重新設計仍不能解決問題，則可以考慮設計特殊的手窗蓋 板，等效地增加手窗的拔口深度。 步驟2106 :裝配並校驗VFTO測量裝置的性能。 對所公開的實施例的上述說明，使本領域技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理 可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被 限制於本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範 圍。
權利要求
一種VFTO測量系統，其特徵在於，包括電壓傳感裝置、傳輸裝置和測量裝置；所述電壓傳感裝置通過空間電場耦合分別與待測負載和手窗蓋板形成電容分壓的高壓臂和低壓臂，感應到待測負載的電壓；所述傳輸裝置連接於所述電壓傳感裝置和測量裝置之間，用於將所述電壓傳感裝置低壓臂上所感應的電壓傳輸至所述測量裝置；其中，所述電壓傳感裝置包括GIS殼體手窗、耦合電極、介質薄膜、導出線、匹配電阻、輸出接口和手窗蓋板；耦合電極位於GIS殼體手窗內部，耦合電極第一側面面向GIS手窗內的導電桿，與導電桿構成高壓臂，耦合電極第二側面面向GIS手窗開口，與手窗蓋板構成低壓臂；介質薄膜緊貼於耦合電極的第二側面；手窗蓋板固定於GIS殼體手窗，且在GIS手窗法蘭上的深度可調，所述手窗蓋板中間有導出孔；導出線中間連接有匹配電阻，所述導出線的一端穿過介質薄膜連接耦合電極，另一端通過手窗蓋板上的導出孔，連接到電壓傳感裝置的輸出接口。
2. 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述電壓傳感裝置還包括密封介質板、 第一密封墊圈和第二密封墊圈；所述手窗蓋板由第一手窗蓋板和第二手窗蓋板組成，其中，第二手窗蓋板嵌於第一手 窗蓋板中，所述導出孔位於第二手窗蓋板上；密封介質板蓋於所述第二手窗蓋板的導出孔上，所述第一密封墊圈位於第一手窗蓋板 和GIS殼體手窗之間，所述第二密封墊圈位於第一手窗蓋板和密封介質板之間。
3. 根據權利要求1或2所述的系統，其特徵在於，所述耦合電極的形狀為圓形或橢圓 形；所述耦合電極的厚度小於30mm。
4. 根據權利要求3所述系統，其特徵在於，所述耦合電極面上任意兩點之間的最大距 離m滿足m〈〈 A。，其中、是測量頻帶的期望上限對應的波長。
5. 根據權利要求1或2所述的系統，其特徵在於，所述耦合電極與GIS手窗腔體中軸線 的距離大於GIS外殼的內半徑。
6. 根據權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述導出線連接在耦合電極上的位置滿足當(1滿足(1<<入。時，導出線連接在耦合電極上的位置在電極中心； 當d不滿足d << A 。時，導出線連接在耦合電極上的位置滿足工j。(^)'擊二o禾口r其中，d是圓形電極的半徑或橢圓形電極的長軸長度，R是電極的半徑，r為引出線位置 與電極中心的距離，J。0是O階貝塞爾函數，a是O階貝塞爾函數第l個正零值點。
7. 根據權利要求1或2所述的系統，其特徵在於，所述的介質薄膜電阻率，不小於 10—15Q. cm ;所述介質薄膜的厚度範圍在10 ii m 100 ii m之間； 所述介質薄膜在高頻和低頻下的介電常數值相同或相似，且沒有色散。
8. 根據權利要求1或2所述的系統，其特徵在於，所述傳輸裝置為傳輸電纜；所述的傳輸電纜長度1滿足化纜<< C2 ;其中，C,為電纜的單位長穩態電容，C2為低壓臂電容。
9. 跟據權利要求9所述的系統，其特徵在於，所述電纜的規格為國標50歐或國標75歐。
10. 根據權利要求1或2所述的系統，其特徵在於，所述測量裝置為示波器。
全文摘要
本申請公開了一種VFTO測量系統，包括電壓傳感裝置、傳輸裝置和測量裝置；所述電壓傳感裝置通過空間電場耦合分別與待測負載和手窗蓋板形成電容分壓的高壓臂和低壓臂，感應到待測負載的電壓；所述傳輸裝置連接於所述電壓傳感裝置和測量裝置之間，用於將所述電壓傳感裝置低壓臂上所感應的電壓傳輸至所述測量裝置；其中，所述電壓傳感裝置包括GIS殼體手窗、耦合電極、介質薄膜、導出線、匹配電阻、輸出接口和手窗蓋板。通過對耦合電極形狀、面積、與導電桿距離的調整、對介質薄膜材質、厚度的調整以及對導出線位置的調整，能夠擴展測量頻帶帶寬，滿足當前VFTO測量需要。
文檔編號G01R19/30GK101788603SQ201010119129
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月8日 優先權日2010年3月8日
發明者吳昊, 孫崗, 張博, 徐海瑞, 李成榕, 陳國強 申請人:華北電力大學;國家電網公司