CN112904253B - 一种带有温度自校准的电子式测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种带有温度自校准的电子式测量装置，包括：GIS金属外壳、高压导体和M个电压测量单元，其中，M为大于或等于1的正整数；各所述电压测量单元包括金属传感片、第一开关、第二开关、第一测量电阻、第二测量电阻、测压模块和电压显示器；测压模块用于测量所述第一测量电阻两端的电压和所述第二测量电阻两端的电压；电压显示器用于采用温度自校准方法，根据所述第一测量电阻两端的电压和所述第二测量电阻两端的电压计算所述高压导体的最终电压，并显示最终电压，综合考虑了温度对测量电阻阻值的影响，因此提高了测量高压导体电压的准确性。

Description

一种带有温度自校准的电子式测量装置

技术领域

本发明涉及局部放电监测技术领域，特别是涉及一种带有温度自校准的电子式测量装置。

背景技术

电能是国家的经济命脉所在，与人们的日常生活息息相关。近年来，我国电力工业正在飞速发展，电压等级也在不断提高。全封闭式气体绝缘变电站(Gas InsulatedSubstations,简称GIS)因采用了绝缘性能和灭弧性能较高的六氟化硫(SF6)气体作为绝缘和灭弧介质，故在电力系统中的应用越来越广泛。准确测量GIS内部高压导体的电压等级变得尤为重要，而因为传统传感器使用复杂，价格昂贵，因此提出一种高精度，低成本的电压测量方法在实际工程中意义极大。

卢斌先教授，张继安和李海鸣在之前提出的一种独立式架空线工频电压测量方法及装置，采用并联方式与架空线相连接，金属传感片位于低电位，具有成本低，安装方便，抗电磁干扰能力强等优点，但其未曾考虑温度会影响测量电阻阻值，因此测量得出的电压与实际电压存在误差。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种带有温度自校准的电子式测量装置，以实现准确测量GIS内部高压导体的电压。

为实现上述目的，本发明提供了一种带有温度自校准的电子式测量装置，所述电子式测量装置包括：

GIS金属外壳、高压导体和M个电压测量单元，其中，M为大于或等于1的正整数；各所述电压测量单元包括金属传感片、第一开关、第二开关、第一测量电阻、第二测量电阻、测压模块和电压显示器；所述GIS金属外壳与大地连接，所述第一测量电阻的一端和所述第二测量电阻的一端均与所述金属传感片连接，所述第一测量电阻的另一端与所述第一开关的一端连接，所述第二测量电阻的另一端与所述第二开关的一端连接，所述第一开关的另一端和所述第二开关的另一端均与GIS剩余部分连接，所述测压模块分别与所述第一测量电阻的一端、所述第一开关的另一端和所述电压显示器连接；

所述GIS金属外壳用于盛放高压导体；

从所述GIS金属外壳上切割所述金属传感片，并将切割后的所述金属传感片放回所述GIS金属外壳原切割位置处；所述金属传感片与GIS剩余部分之间的缝隙用绝缘材料填充；所述GIS剩余部分为切去所述金属传感片之后所述GIS金属外壳上剩余的部分；

所述测压模块用于测量所述第一测量电阻两端的电压和所述第二测量电阻两端的电压；

所述电压显示器用于采用温度自校准方法，根据所述第一测量电阻两端的电压和所述第二测量电阻两端的电压计算所述高压导体的最终电压，并显示最终电压。

可选地，所述电压显示器用于采用温度自校准方法，根据所述第一测量电阻两端的电压和所述第二测量电阻两端的电压计算所述高压导体的电压，具体包括：

采用有限元方法计算第一电容C₁和第二电容C₂；所述第一电容C₁为所述高压导体与所述金属传感片之间的部分电容；所述第二电容C₂为所述金属传感片与所述GIS剩余部分之间的绝缘缝隙中的部分电容；

闭合所述第一开关，断开所述第二开关，利用所述测压模块测得所述第一测量电阻两端电压U₁，然后闭合所述第二开关，断开所述第一开关，利用所述测压模块测得所述第二测量电阻两端电压U₂；

令所述第一测量电阻的初始值R₁ ⁽⁰⁾为1MΩ，利用测得U₁、C₁、C₂和R₁ ⁽⁰⁾计算出初始时高压导体电压E⁽⁰⁾；

利用E⁽⁰⁾、U₂、C₁和C₂计算出所述第二测量电阻的初始值R₂ ⁽⁰⁾，再根据所述第二测量电阻对应的温度曲线查得R₂ ⁽⁰⁾对应的温度T⁽⁰⁾；

根据所述第一测量电阻对应的温度曲线查得T⁽⁰⁾对应的阻值R₁ ⁽¹⁾，利用U₁、C₁、C₂和R₁ ⁽¹⁾计算出第一次迭代的高压导体电压E⁽¹⁾；

利用E⁽¹⁾、U₂、C₁和C₂计算出所述第二测量电阻第一次迭代的阻值R₂ ⁽¹⁾，再根据所述第二测量电阻对应的温度曲线查得R₂ ⁽¹⁾对应的温度T⁽¹⁾；

不断迭代，直到|R₁ ^(k+1)-R₁ ^(k)|<＝θ，θ为设定的实数，则认为满足精度要求，停止迭代，将第k次迭代的高压导体电压E^(k)作为最终电压。

可选地，在“采用有限元方法计算所述第一电容C₁和所述第二电容C₂”之前，还包括：

构建等效电路模型；所述等效电路模型包括：第一开关、第二开关、第一测量电阻、第二测量电阻、第一电容、第二电容和电压源；所述电压源的一端接地，所述电压源的另一端与所述第一电容的另一端连接，所述第一电容的一端均与所述第二电容的另一端、所述第一开关的另一端和所述第二开关的另一端连接，所述第一开关的一端与所述第一测量电阻的另一端连接，所述第二开关的一端与所述第二测量电阻的另一端连接，所述第二电容的一端、所述第一测量电阻的一端和所述第二测量电阻的一端均接地。

可选地，所述绝缘材料为聚酰亚胺薄膜或环氧树脂。

可选地，所述金属传感片为圆形金属传感片。

可选地，所述电子式测量装置还包括：

电缆，用于连接所述测压模块和所述电压显示器。

可选地，所述第二测量电阻为温敏测量电阻。

可选地，所述第一测量电阻为1M欧姆，所述第二测量电阻的取值范围为1k～3M欧姆。

可选地，所述第一测量电阻对应的温度曲线和第二测量电阻对应的温度曲线均是出厂时厂家给定的。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开的一种带有温度自校准的电子式测量装置采用温度自校准方法，根据第一测量电阻两端的电压和第二测量电阻两端的电压计算所述高压导体的最终电压，综合考虑了温度对测量电阻阻值的影响，因此提高了测量高压导体电压的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例子式测量装置结构图；

图2为本发明实施例等效电路模型原理图；

图3为本发明实施例采用温度自校准方法计算所述高压导体的最终电压流程图；

其中，1.测压模块，2.第一测量电阻，3.第二测量电阻，4.绝缘材料，5.GIS金属外壳，6.金属传感片，7.高压导体，8.第一开关，9.电压显示器，10.电缆，11.第二开关。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种带有温度自校准的电子式测量装置，以实现准确测量GIS内部高压导体的电压。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供一种带有温度自校准的电子式测量装置，所述电子式测量装置包括：

GIS金属外壳5、高压导体7和M个电压测量单元，其中，M为大于或等于1的正整数；各所述电压测量单元包括金属传感片、第一开关8、第二开关11、第一测量电阻2、第二测量电阻3、测压模块1和电压显示器9；所述GIS金属外壳5与大地连接，所述第一测量电阻2的一端和所述第二测量电阻3的一端均与所述金属传感片连接，所述第一测量电阻2的另一端与所述第一开关8的一端连接，所述第二测量电阻3的另一端与所述第二开关11的一端连接，所述第一开关8的另一端和所述第二开关11的另一端均与GIS剩余部分连接，所述测压模块1分别与所述第一测量电阻2的一端、所述第一开关8的另一端和所述电压显示器9连接。

所述GIS金属外壳5用于盛放高压导体7；从所述GIS金属外壳5上切割所述金属传感片，并将切割后的所述金属传感片放回所述GIS金属外壳5原切割位置处；所述金属传感片与GIS剩余部分之间的缝隙用绝缘材料4填充；所述GIS剩余部分为切去所述金属传感片之后所述GIS金属外壳5上剩余的部分；所述测压模块1用于测量所述第一测量电阻2两端的电压和所述第二测量电阻3两端的电压；所述电压显示器9用于采用温度自校准方法，根据所述第一测量电阻2两端的电压和所述第二测量电阻3两端的电压计算所述高压导体7的最终电压，并显示最终电压。

作为一种实施方式，本发明所述电子式测量装置还包括：电缆10，用于连接所述测压模块1和所述电压显示器9。

上述实施例中，所述绝缘材料4为聚酰亚胺薄膜或环氧树脂；所述绝缘材料4用于实现所述GIS金属外壳与所述金属传感片绝缘；所述金属传感片为圆形金属传感片；所述第一测量电阻2为普通测量电阻，所述第二测量电阻3为温敏测量电阻；所述第一测量电阻2为1M欧姆，所述第二测量电阻3的取值范围为1k～3M欧姆。

如图3所示，本发明所述电压显示器9用于采用温度自校准方法，根据所述第一测量电阻2两端的电压和所述第二测量电阻3两端的电压计算所述高压导体7的电压，具体包括：

采用有限元方法计算第一电容C₁和第二电容C₂。所述第一电容C₁为所述高压导体与所述金属传感片之间的部分电容；所述第二电容C₂为所述金属传感片与所述GIS剩余部分之间的绝缘缝隙中的部分电容。

闭合所述第一开关k₁，断开所述第二开关k₂，利用所述测压模块测得所述第一测量电阻R₁两端电压U₁，然后闭合所述第二开关k₂，断开所述第一开关k₁，利用所述测压模块测得所述第二测量电阻R₂两端电压U₂。

令所述第一测量电阻R₁的初始值R₁ ⁽⁰⁾为1MΩ，利用测得U₁、C₁、C₂和R₁ ⁽⁰⁾计算出初始时高压导体电压E⁽⁰⁾。

利用E⁽⁰⁾、U₂、C₁和C₂计算出所述第二测量电阻R₂的初始值R₂ ⁽⁰⁾，再根据所述第二测量电阻R₂对应的温度曲线查得R₂ ⁽⁰⁾对应的温度T⁽⁰⁾。

根据所述第一测量电阻R₁对应的温度曲线查得T⁽⁰⁾对应的阻值R₁ ⁽¹⁾，利用U₁、C₁、C₂和R₁ ⁽¹⁾计算出第一次迭代的高压导体电压E⁽¹⁾。

利用E⁽¹⁾、U₂、C₁和C₂计算出所述第二测量电阻R₂第一次迭代的阻值R₂ ⁽¹⁾，再根据所述第二测量电阻R₂对应的温度曲线查得R₂ ⁽¹⁾对应的温度T⁽¹⁾。

不断迭代，直到|R₁ ^(k+1)-R₁ ^(k)|<＝θ，θ为设定的实数，则认为满足精度要求，停止迭代，将第k次迭代的高压导体电压E^(k)作为所述电压源E输出的最终电压。本实施例中，所述第一测量电阻R1对应的温度曲线和第二测量电阻R2对应的温度曲线均是出厂时厂家给定的。

在“采用有限元方法计算所述第一电容C₁和所述第二电容C₂”之前还包括：构建等效电路模型；如图2所示，所述等效电路模型包括：第一开关k₁、第二开关k₂、第一测量电阻R₁、第二测量电阻R₂、第一电容C₁、第二电容C₂和电压源E；所述电压源E的一端接地，所述电压源E的另一端与所述第一电容C₁的另一端连接，所述第一电容C₁的一端均与所述第二电容C₂的另一端、所述第一开关k₁的另一端和所述第二开关k₂的另一端连接，所述第一开关k₁的一端与所述第一测量电阻R₁的另一端连接，所述第二开关k₂的一端与所述第二测量电阻R₂的另一端连接，所述第二电容C₂的一端、所述第一测量电阻R₁的一端和所述第二测量电阻R₂的一端均接地。

本实施例中，所述高压导体为通过高电压的金属导体，所述GIS金属外壳的内部为空心圆柱结构，用于填充有六氟化硫气体；所述第一开关8和所述第二开关11均为远程遥控开关。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种带有温度自校准的电子式测量装置，其特征在于，所述电子式测量装置包括：

GIS金属外壳、高压导体和M个电压测量单元，其中，M为大于或等于1的正整数；各所述电压测量单元包括金属传感片、第一开关、第二开关、第一测量电阻、第二测量电阻、测压模块和电压显示器；所述GIS金属外壳与大地连接，所述第一测量电阻的一端和所述第二测量电阻的一端均与所述金属传感片连接，所述第一测量电阻的另一端与所述第一开关的一端连接，所述第二测量电阻的另一端与所述第二开关的一端连接，所述第一开关的另一端和所述第二开关的另一端均与GIS剩余部分连接，所述测压模块分别与所述第一测量电阻的一端、所述第一开关的另一端和所述电压显示器连接；

所述GIS金属外壳用于盛放高压导体；

从所述GIS金属外壳上切割所述金属传感片，并将切割后的所述金属传感片放回所述GIS金属外壳原切割位置处；所述金属传感片与GIS剩余部分之间的缝隙用绝缘材料填充；所述GIS剩余部分为切去所述金属传感片之后所述GIS金属外壳上剩余的部分；

所述测压模块用于测量所述第一测量电阻两端的电压和所述第二测量电阻两端的电压；

所述电压显示器用于采用温度自校准方法，根据所述第一测量电阻两端的电压和所述第二测量电阻两端的电压计算所述高压导体的最终电压，并显示最终电压；

所述电压显示器用于采用温度自校准方法，根据所述第一测量电阻两端的电压和所述第二测量电阻两端的电压计算所述高压导体的电压，具体包括：

采用有限元方法计算第一电容C₁和第二电容C₂；所述第一电容C₁为所述高压导体与所述金属传感片之间的部分电容；所述第二电容C₂为所述金属传感片与所述GIS剩余部分之间的绝缘缝隙中的部分电容；

闭合所述第一开关，断开所述第二开关，利用所述测压模块测得所述第一测量电阻两端电压U₁，然后闭合所述第二开关，断开所述第一开关，利用所述测压模块测得所述第二测量电阻两端电压U₂；

令所述第一测量电阻的初始值R₁ ⁽⁰⁾为1MΩ，利用测得U₁、C₁、C₂和R₁ ⁽⁰⁾计算出初始时高压导体电压E⁽⁰⁾；

利用E⁽⁰⁾、U₂、C₁和C₂计算出所述第二测量电阻的初始值R₂ ⁽⁰⁾，再根据所述第二测量电阻对应的温度曲线查得R₂ ⁽⁰⁾对应的温度T⁽⁰⁾；

根据所述第一测量电阻对应的温度曲线查得T⁽⁰⁾对应的阻值R₁ ⁽¹⁾，利用U₁、C₁、C₂和R₁ ⁽¹⁾计算出第一次迭代的高压导体电压E⁽¹⁾；

利用E⁽¹⁾、U₂、C₁和C₂计算出所述第二测量电阻第一次迭代的阻值R₂ ⁽¹⁾，再根据所述第二测量电阻对应的温度曲线查得R₂ ⁽¹⁾对应的温度T⁽¹⁾；

不断迭代，直到|R₁ ^(k+1)-R₁ ^(k)|<＝θ，θ为设定的实数，则认为满足精度要求，停止迭代，将第k次迭代的高压导体电压E^(k)作为最终电压。

2.根据权利要求1所述的带有温度自校准的电子式测量装置，其特征在于，在“采用有限元方法计算所述第一电容C₁和所述第二电容C₂”之前，还包括：

构建等效电路模型；所述等效电路模型包括：第一开关、第二开关、第一测量电阻、第二测量电阻、第一电容、第二电容和电压源；所述电压源的一端接地，所述电压源的另一端与所述第一电容的另一端连接，所述第一电容的一端均与所述第二电容的另一端、所述第一开关的另一端和所述第二开关的另一端连接，所述第一开关的一端与所述第一测量电阻的另一端连接，所述第二开关的一端与所述第二测量电阻的另一端连接，所述第二电容的一端、所述第一测量电阻的一端和所述第二测量电阻的一端均接地。

3.根据权利要求1所述的带有温度自校准的电子式测量装置，其特征在于，所述绝缘材料为聚酰亚胺薄膜或环氧树脂。

4.根据权利要求1所述的带有温度自校准的电子式测量装置，其特征在于，所述金属传感片为圆形金属传感片。

5.根据权利要求1所述的带有温度自校准的电子式测量装置，其特征在于，所述电子式测量装置还包括：

电缆，用于连接所述测压模块和所述电压显示器。

6.根据权利要求1所述的带有温度自校准的电子式测量装置，其特征在于，所述第二测量电阻为温敏测量电阻。

7.根据权利要求1所述的带有温度自校准的电子式测量装置，其特征在于，所述第一测量电阻为1M欧姆，所述第二测量电阻的取值范围为1k～3M欧姆。

8.根据权利要求1所述的带有温度自校准的电子式测量装置，其特征在于，所述第一测量电阻对应的温度曲线和第二测量电阻对应的温度曲线均是出厂时厂家给定的。

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