基于电容与阻容分压器并联的电子式电压互感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于电磁测量技术领域，尤其涉及一种可同时测量电网电压基波和谐 波的电子式电压互感器，具体地说是一种基于电容与阻容分压器并联的电子式电压互感 器。
【背景技术】
[0002] 电子式电压互感器是一种电压传感器，主要用于电网电压的测量。电子式电压 互感器是传统的电磁式电压互感器更新换代的产品，它的基本技术要求由国家标准GB/ T20840. 7-2007《互感器第7部分：电子式电压互感器》规定。
[0003] 电子式电压互感器主要由一次电压转换器和信号处理与传输系统构成，一次电压 转换器产生与电网高电压相对应的信号，信号处理与传输系统将一次电压转换器的输出信 号转换成适合传输系统的信号，并通过传输系统传送给二次设备。电子式电压互感器的一 次电压转换器通常采用电阻分压器、电容分压器、阻容分压器或光学装置，其中电阻分压 器、电容分压器及阻容分压器结构简单且易于实现，因而被广泛采用。将这些一次电压转换 器的低电压输出信号乘上相应的额定电阻分压比、额定电容分压比或额定阻容分压比，就 可以得到一次电压的数值。但是电阻和电容的温漂和标称误差严重影响着电阻分压比、电 容分压比或阻容分压比的准确性和稳定度，因此很难保证长期运行时一次电压测量的准确 度。虽然可以尽量使得电阻分压器及电容分压器的高压元件和低压元件具有相同的温度特 性，但是不能从根本上解决电阻和电容离散性的问题。另外，利用电阻分压器、电容分压器 及阻容分压器检测电网电压时无法对分压器的高压电阻和高压电容进行准确的在线检测， 这不利于互感器的长期安全运行。本实用新型将电容与阻容分压器并联构成一种一次电压 转换器。与电阻分压器、电容分压器及阻容分压器等一次电压转换器的单个低电压输出信 号不同，基于电容与阻容分压器并联的一次电压转换器具有两个低电压输出信号，对这两 个低电压输出信号进行处理和计算，就可以得到一次电压的测量值。这种基于电容与阻容 分压器并联的电子式电压互感器避免了电容和电阻的温漂和标称误差对传感准确度带来 的严重影响问题，并且可以对高压电容进行在线检测，提高了电子式电压互感器长期运行 的安全性，这样的基于电容与阻容分压器并联的一次电压转换器的电子式电压互感器未见 有专利和其它文献报道。
【发明内容】
[0004] 本实用新型所要解决现有技术存在的上述技术问题，旨在提供一种基于电容与阻 容分压器并联的电子式电压互感器，它能实现对一次电压基波分量和谐波分量的准确测 量，并且能在线监测高压电容，为互感器的长期安全运行提供保证。
[0005] 为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：基于电容与阻容分压器并 联的电子式电压互感器，它包括第一电容、第二电容、二极气体放电管、第一电力二极管、第 二电力二极管、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第一电阻、第二电阻、 第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、信号调理电路、模数转换器、微处理器和通讯接 口；第一电容的一端分别与二极气体放电管的一端、第一电力二极管的阳极、第二电力二 极管的阴极、第一电阻的一端和第一运算放大器的反相输入端相连接，二极气体放电管的 另一端、第一电力二极管的阴极、第二电力二极管的阳极以及第一运算放大器的同相输入 端分别与地相连接，第一电阻的另一端分别与第一运算放大器的输出端和第四电阻的一端 相连接，第一电容的另一端与第二电容的一端相连接，该连接端与地构成电子式电压互感 器的一次电压输入端口，第二电容的另一端分别与第二电阻的一端和第二运算放大器的同 相输入端相连接，第二电阻的另一端与地相连接，第二运算放大器的输出端分别与第二运 算放大器的反相输入端、第三电阻的一端和信号调理电路的第一输入端相连接，第三电阻 的另一端分别与第五电阻的一端和第三运算放大器的反相输入端相连接，第四电阻的另一 端分别与第六电阻的一端和第三运算放大器的同相输入端相连接，第六电阻的另一端与地 相连接，第五电阻的另一端分别与第三运算放大器的输出端和信号调理电路的第二输入端 相连接，信号调理电路的接地端与地相连接，信号调理电路的两路相互独立的信号调理通 道分别将第一输入端和第二输入端输入的两个电压信号进行信号调理，两路信号调理通道 的输出端分别连接模数转换器的两个输入端，微处理器接受来自模数转换器的两路数字信 号，然后按设计的计算公式进行计算处理并将结果输入通讯接口，通讯接口的输出端口为 电子式电压互感器数字量输出的二次端口。
[0006] 下面对本技术方案的原理做进一步说明。
[0007] 假定一次电压为单一的正弦波电压，由于第一运算放大器同相输入端与反相输入 端之间的电压几乎为零，一次电压A加在第一电容(^上，同时&也加在第二电容c2与第二 电阻&构成的阻容分压器上，那么有：
【主权项】
1. 基于电容与阻容分压器并联的电子式电压互感器，包括第一电容（1)、第二电容 (7)、二极气体放电管（2)、第一电力二极管（3)、第二电力二极管（4)、第一运算放大器（5)、 第二运算放大器（9)、第三运算放大器（14)、第一电阻（6)、第二电阻（8)、第三电阻（10)、 第四电阻（11)、第五电阻（12)、第六电阻（13)、信号调理电路（15)、模数转换器（16)、微处 理器（17)和通讯接口（18)，其特征在于第一电容（1)的一端分别与二极气体放电管（2) 的一端、第一电力二极管（3)的阳极、第二电力二极管（4)的阴极、第一电阻（6)的一端和 第一运算放大器（5)的反相输入端相连接，二极气体放电管（2)的另一端、第一电力二极管 (3)的阴极、第二电力二极管⑷的阳极以及第一运算放大器（5)的同相输入端分别与地 相连接，第一电阻（6)的另一端分别与第一运算放大器（5)的输出端和第四电阻（11)的一 端相连接，第一电容（1)的另一端与第二电容（7)的一端相连接，该连接端（P)与地（N)构 成电子式电压互感器的一次电压输入端口，第二电容（7)的另一端分别与第二电阻（8)的 一端和第二运算放大器（9)的同相输入端相连接，第二电阻（8)的另一端与地相连接，第二 运算放大器（9)的输出端分别与第二运算放大器（9)的反相输入端、第三电阻（10)的一端 和信号调理电路（15)的第一输入端相连接，第三电阻（10)的另一端分别与第五电阻（12) 的一端和第三运算放大器（14)的反相输入端相连接，第四电阻（11)的另一端分别与第六 电阻（13)的一端和第三运算放大器（14)的同相输入端相连接，第六电阻（13)的另一端与 地相连接，第五电阻（12)的另一端分别与第三运算放大器（14)的输出端和信号调理电路 (15)的第二输入端相连接，信号调理电路（15)的接地端与地相连接，信号调理电路（15)的 两路相互独立的信号调理通道分别将第一输入端和第二输入端输入的两个电压信号进行 信号调理，两路信号调理通道的输出端分别连接模数转换器（16)的两个输入端，微处理器 (17)接受来自模数转换器（16)的两路数字信号，然后进行计算处理并将结果输入通讯接 口（18)，通讯接口的输出端口（A、B)为电子式电压互感器数字量输出的二次端口。
2. 如权利要求1所述的基于电容与阻容分压器并联的电子式电压互感器，其特征在于 所述的第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻采用纯阻性精密电 阻，其温度漂移率需低于5ppm/°C。
3. 如权利要求1所述的基于电容与阻容分压器并联的电子式电压互感器，其特征在于 所述的第一电容和第二电容采用额定频率为50Hz、电容值误差在3%以内且温度从-30°C 到70°C时电容值变化率为5%以内的高压电容。
4. 如权利要求1所述的基于电容与阻容分压器并联的电子式电压互感器，其特征在于 所述的模数转换器采用lOOkSPS、双极性和同步采样的24位ADC芯片。
5. 如权利要求1-4任何一项所述的基于电容与阻容分压器并联的电子式电压互感器， 其特征在于所述的通讯接口采用RS485通讯方式。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于电容与阻容分压器并联的电子式电压互感器，它包括第一电容、第二电容、二极气体放电管、第一电力二极管、第二电力二极管、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、信号调理电路、模数转换器、微处理器和通讯接口；本实用新型的互感器利用电容和阻容分压器并联构成一次传感器，通过对该一次传感器输出的两路信号进行计算处理，实现了一次电压基波分量和谐波分量的测量，克服了电阻分压器、电容分压器及阻容分压器等一次传感器的元件标称误差及温漂等引起的准确度误差问题，并且能在线监测高压电容，为互感器的长期安全运行提供保证。
【IPC分类】G01R15-06, G01R19-25
【公开号】CN204514990
【申请号】CN201520149074
【发明人】谢岳
【申请人】中国计量学院
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年3月16日