[实用新型]电容式高压电流互感器介质损失角正切值在线监测仪

说明书

技术领域：本实用新型属于电工学领域。

背景技术：理论分析和工程实践都证明：电容式高压电流互感器的初级与末电屏之间有一个以电容Cx为主的电抗参量Zx，Zx等效于一个电阻Rx和一个电容Cx串联，即Zx＝Rx+(iωCx)^-1，理论分析可知，高压电流互感器介质损失角正切值tgδ＝ωRxCx，其中ω＝2πf，f是工频高压电源的频率，在我国f＝50Hz；在正常运行时，互感器的初级串接在高压输电线中，末电屏通过导线与电网地线相接。互感器介质损失角正切值tgδ是检验和监测互感器质量的重要参数，在离线检测时，工程上常常使用QS₁型西林电桥进行测量，此电桥的测量原理是：待测元件阻抗Zx＝Rx+(iωCx)^-1，其两端接在P1和P2点上，可变电阻Rp1的两端接在P2和P3点上，电容器Cn的两端接在P4和P5点上，电阻器Rn和可变电容器Ca并联，其两端分别接在P5和P3点上，P3点与电网地线相接，检流计G的两端分别接在P2和P5点上；测量时，把P1和P4点连接在一起，工频10KV可变电源跨接在P1和P3点上，调整Rp1和Ca，使G的指示为零，这时Rx＝Rp1(Ca/Cn)，Cx＝(CnRn)/Rp1.这种电桥由于使用高压器件，体积庞大，安装困难，操作平台电压高，不安全，无法进行在线测量，而电力系统故障报告中，常常有因高压电流互感器损坏而影响电网安全运行的事例，因此，研究一种电容式高压电流互感器介质损失角正切值tgδ的在线测量仪表，是非常必要的。

发明内容：本实用新型所要解决的技术问题是：在QS₁型西林电桥的基础上进行改进，设计一种新的测量仪表，所用元器件体积小、耐压等级≤100V、安装方便，操作平台电压水平低，安全可靠，可以对电容式高压电流互感器的介质损失角正切值tgδ进行在线测量。

本实用新型采用如下的技术方案，取电容式高压电流互感器初级与末电屏之间的等效阻抗Zx＝Rx+(iωCx)^-1，互感器的初级串接在高压输电线中，其初始点为P1点，P1点对大地的电压U1即电网高压线的相电压，互感器的末电屏与P2点相接，可变电阻Rp1的两端分别接在P2和P3点上，电容器Cn的两端分别接在P4和P5点上，电阻器Rn的两端分别接在P5和P3点上，P3点与电网地线相接，检流计G的两端分别接在P2和P5点上，变电站已有的高压电压互感器的一个低压输出绕组的一端接P4点，另一端接P3点，P4点对大地的电压U2，U2＝U1/m＝100V/3^1/2≈57.7V，其中m是高压电压互感器的变压比，由电压互感器的性能指标可知，P1和P4点电压的相位相同(注意电压互感器输出绕组的相位方向不能接反)；电阻器R1的一端接P5点，另一端接运算放大器N1的同相输入端，N1的反相输入端和其输出端同时接在P6点上，电阻器R2的两端分别接在P6和P7点上，电阻器R3一端接P7点，另一端接运算放大器N2的反相输入端，N2的同相输入端接P3点，N2的输出端接P8点，接成可变电阻的电位器Rp2的两端分别接P7和P8点，电容器C1的两端分别接在P5和P8点上；N1和N2的电源用±15V直流电源；运算放大器N1、N2、Rp2和相关的阻容元件组成电容倍增器电路，从P5点看，其等效电容量Ca＝(1+Rp2/R2)C1；理论分析可知，在检流计G的指示＝0时，Rx＝{mCa/Cn+m-1}Rp1，Cx＝(CnRn)/(mRp1)，根据m值选取合适的Cn和Rn的值，调整Rp1和Rp2，使G＝0，按上述公式算出Rx和Cx的值，再根据tg δ＝ωRxCx算出电容式高压电流互感器介质损失角正切值tgδ的值。本实用新型与QS₁型西林电桥不同之处有两点：①P4点与高压电压互感器的低压输出绕组相接，而不是像原电桥那样与P1点一起接在高压电源上，②用运算放大器N1、N2和相关的阻容元件组成电容倍增器电路，这样使测量桥路的调整更方便，可变电容量Ca的变化范围更大，也避免了大容量可变电容器制造困难的难题。

由于采用了上述方案，本实用新型使用了低压元器件组成测量桥路，体积小，安装方便，操作安全，可以对电容式高压电流互感器的介质损失角正切值进行在线监测。

附图说明：图1是本实用新型的电原理图。

具体实施方式：下面结合附图对本实用新型做进一步说明。以用于110KV电网的电流互感器监测为例，参数m＝1100，理论计算和实测结果表明，按下述的数据选用元件是合适的：Rp1用10W10Ω有刻度的多圈电位器，取Cn＝0.47μF，耐压100V，取Rn＝7Ω2W；其他的器件都是一般的电子学常用器件，没有特殊要求，只是电位器Rp2的把柄上应该有刻度，便于读数。在整个测试过程中，P2和P5点的对地电压都小于1V，只要P3点可靠接地，操作安全可靠。