一种无局放自升压多变比标准电压互感器和试验方法
阅读说明：本技术 一种无局放自升压多变比标准电压互感器和试验方法 (Partial discharge-free self-boosting multi-transformation-ratio standard voltage transformer and test method ) 是由 林聪� 何兆磊 谭太洋 李波 刘清蝉 何傲 朱梦梦 程富勇 李腾斌 孙军 于 2021-06-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无局放自升压多变比标准电压互感器和试验方法,涉及电能计量技术领域。将升压器和标准电压互感器集成一体化设计,该电压互感器包括升压器线包、标准器线包和补偿线包,可用于实现6kV、10kV、20kV、35kV四个电压等级共8个变比的电压互感器误差测量和局放、耐压试验,减少了互感器试验装置试验设备的数量,保证8个变比的准确度等级都达到0.01级,且标准器和升压器自身局放量小于5pC,保证多项试验的高效、准确实施。(The invention discloses a non-partial discharge self-boosting multi-transformation-ratio standard voltage transformer and a test method, and relates to the technical field of electric energy metering. With the integrated design of booster and standard voltage transformer, this voltage transformer includes the booster solenoid, the etalon solenoid and compensates the solenoid, can be used to realize 6kV, 10kV, 20kV, the voltage transformer error measurement and the partial discharge of the total 8 transformation ratios of four voltage classes of 35kV, withstand voltage test, the quantity of mutual-inductor test device test equipment has been reduced, the degree of accuracy grade of guaranteeing 8 transformation ratios all reaches 0.01 level, and the volume of partial discharge of etalon and booster oneself is less than 5pC, guarantee the high efficiency of multinomial experiment, the accurate implementation.)
技术领域
本发明涉及电能计量技术领域，具体涉及一种无局放自升压多变比标准电压互感器和试验方法。
背景技术
电压互感器是电能计量装置的重要组成部分，是电能表电压信号的来源，其准确性对于电网的电力贸易结算起着重要作用，依据计量检定规程必须对其进行强制检定，为进行产品的质量把控，还需进行电压互感器的全性能检测，包括耐压、局放等试验项目。电压互感器检定及全性能检测需要升压电源、标准电压互感器和误差测量装置等设备，其中标准电压互感器的测量准确性和稳定性将直接影响到电压互感器检定结果，所以检定电压互感器误差对标准器的准确性、稳定性等性能有较高的要求。
配网电压互感器主要包括6kV、10kV、20kV、35kV四个电压等级，开展检定或检测工作需要与之对应的6kV/100V、10kV/100V、35kV/100V、共8个变比的标准电压互感器以及升压电源。
为减少试验设备数量，提高电压互感器全性能试验的效率，有单位提出将电压互感器各项性能试验的试验设备集中化设计，如需将工频耐压、感应耐压试验、局放试验、误差试验设备集成一体化设计，其需攻克的核心问题是满足这些试验要求的升压器和标准电压互感器。如升压器和标准电压互感器采用一体化设计，受电磁干扰影响，标准电压互感器的准确性难以保障，如升压器和标准电压互感器采用分离设计，试验接线复杂，且设备体积大、质量重，试验系统搭建复杂，工作效率低。
开展6kV、10kV、20kV、35kV四个电压等级电压互感器的误差一体化试验，要求标准电压互感器包括6kV/100V、10kV/100V、 35kV/100V、共8个变比，且8个变比均能满足0.02及以上准确度要求，能升压至42kV。因变比数量多，8个变比共用一次绕组，小变比的一次匝数和大变比的一次匝数需要共用，增加了标准电压互感器一次、二次绕组的电阻及漏抗，增大了误差，设计难度较大，暂未见满足该条件的多变比标准电压互感器。
开展6kV、10kV、20kV、35kV四个电压等级电压互感器的局放、耐压试验，要求升压器能升压至95kV，如升压器与标准电压互感器采用一体化设计，则标准电压互感器也需满足95kV绝缘要求，相较做误差试验的42kV绝缘要求，将标准电压互感器的耐受电压提升了2倍以上，标准互感器的一次匝数和二次绕组匝数提升，电阻和漏抗进一步增大，而标准电压互感器要求在电压下，满足0.02级及以上准确度要求。因标准电压互感器实际工作在低磁密的条件下，最低电压工作电压仅为95kV最高工作电压的千分之七，设计难度相较单独的标准电压互感器大幅提升，并且将升压器与标准电压互感器一体化设计，升压器将会对标准电压互感器产生强磁场干扰，随着负荷的增大，干扰增大，进一步增加了标准电压互感器的设计难度，暂未见满足该条件的自升压多变比标准电压互感器。开展电压互感器的局放试验，对于试验环境局放量有严格的要求，其中试验设备升压器即主要的环境局放量产生者，试验要求环境局放量应最大程度地小于20pC，当前未见满足该试验局放要求的自升压一体化标准电压互感器装置。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种无局放自升压多变比标准电压互感器和试验方法，将升压器与多变比高精度标准电压互感器一体化设计，绝缘满足95kV要求，6kV/100V、10kV/100V、 35kV/100V、共8个变比下误差满足0.01级要求，且自身局放量小于5pC，达到局放试验要求，满足6kV、10kV、20kV、35kV四个电压等级的电压互感器误差、耐压、局放等一体化试验的需要，最大程度减少试验设备数量、重量和体积，降低试验接线复杂度，提高试验效率及准确可靠性。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种无局放自升压多变比标准电压互感器，包括升压器线包、标准器线包和补偿线包；
所述升压器线包包括升压输入绕组、升压测量绕组、升压输出绕组以及升压铁芯；升压输入绕组均匀绕制于升压铁芯上，升压测量绕组均匀绕制于输入绕组上，升压输出绕组均匀绕制于测量绕组上；
所述标准器线包包括标准铁芯、标准一次绕组、标准多抽头二次绕组以及补偿线包；标准多抽头二次绕组均匀绕制于标准铁芯上，若干抽头引出，其中一个抽头为头端、另一个抽头为尾端，标准一次绕组均匀绕制于标准二次绕组上；
所述升压输出绕组输出端与标准一次绕组输入端并联；
所述补偿线包包括补偿绕组、补偿铁芯、补偿一次绕组和若干补偿二次绕组，其中补偿绕组一端线圈绕制于标准铁芯上，补偿一次绕组另一端线圈与补偿绕组一端线圈并联，若干补偿二次绕组绕制于补偿铁芯上，补偿一次绕组另一端线圈绕制于补偿二次绕组上；通过对补偿线包对标准电压互感器8个变比实施补偿，提高了标准电压互感器的精度。
上述补偿二次绕组输出端与二次端子盒输出端子连接，使得8个变比准确度等级都达到0.01级，且局放量小于5pC。
进一步地，所述二次端子盒包括(35kV/100V)、(20kV/100V)、(10kV/100V)、(6kV/100V)、0V、接地端子，其中，(35kV/100V)和共用同一个端子，(20kV/100V)和 共用同一个端子，(10kV/100V)和共用同一个端子，(6kV/100V)和共用同一个端子；
补偿二次绕组第一端子与标准多抽头二次绕组第一抽头连接，补偿二次绕组第二端子引出接入二次端子盒输出端子；
补偿二次绕组第三端子与标准多抽头二次绕组第二抽头连接，补偿二次绕组第四端子引出接入二次端子盒输出端子；
补偿二次绕组第五端子与标准多抽头二次绕组第三抽头连接，补偿二次绕组第六端子引出接入二次端子盒输出端子；
补偿二次绕组第七端子与标准多抽头二次绕组第四抽头连接，补偿二次绕组第八端子引出接入二次端子盒输出端子。
进一步地，所述互感器还包括导电杆、外筒、连接法兰、二次端子盒、均压球、套管、屏蔽筒和屏蔽极板；标准器线包和补偿线包安装于外筒中，升压输出绕组的高压端与导电杆连接，导电杆穿心套管后与均压环连接；
升压器线包与导电杆连接，导电杆穿过套管中心与均压球连接，将试验一次电压引出，导电杆与套管中间还设置有屏蔽筒，均匀套管内部电场，套管通过连接法兰与外筒连接。所述套管满足100kV绝缘要求。
本发明中，按照工频50Hz设计标准电压互感器的基本误差。本发明中，所述升压器和标准电压互感器的绝缘按照多倍频设计；其中升压器的工作频率为50Hz～400Hz，最高电压可达100kV。通过该设计方式，在保障绝缘要求的前提下，减小了标准电压互感器的工作电压，从而减小了标准电压互感器线包的阻抗和漏磁，进一步提高了标准电压互感器的精度；
进一步地，所述外筒为7字型结构，由横桶和竖桶两部分组成，升压器线包安装于横桶部分，标准器线包安装于竖桶部分；所述横桶一侧通过法兰与套管连接；所述外筒内充有0.3MPa～0.4MPa SF6气体，构成一个GIS气室。
进一步地，所述升压器、标准器线包下方、前后、左、右侧均安装有屏蔽极板，均匀并优化了升压器和标准电压互感器所在气室的电场分布，减小了升压器和标准电压互感器GIS气室的局部放电；同时屏蔽极板阻挡了升压器的磁场汇入标准电压互感器线包磁路，减小了升压器对标准电压互感器的磁场干扰，进一步保障了标准电压互感器的精度
进一步地，所述导电杆与套管中间层设置有屏蔽筒，优化了套管内的电场分布，减小了套管内的局部放电；
进一步地，所述外筒的竖桶下方安装有支架，抬高了套管的对地高度，使得外筒对地高度满足100kV绝缘要求。
本发明还涉及的一种试验方法，使用上述的无局放自升压多变比标准电压互感器进行开展电压互感器误差试验或重复性试验或极性试验；或者局放试验、电压互感器工频耐压试验。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明将升压器和标准电压互感器集成一体化设计，可以同时开展6kV、10kV、20kV、35kV共8个变比的电压互感器误差测量、耐压试验和局放试验，减少了试验设备的数量，最大程度地较小了一体化试验装置的体积和复杂度，试验时无需频繁更换设备，采用高磁密、低损耗材质的R型铁芯，磁路好、稳定度高，保证了设备的准确可靠性性能；本发明按照工频50Hz设计标准器的工作基本误差，按照多倍频设计升压器及标准电压互感器的绝缘，阻抗、漏抗最小化设计，通过改变频率来升高电压，实现了电场、磁场的最优化设计，并设置有补偿线包，保障了(35kV/100V)、(20kV/100V)、 (10kV/100V)、(6kV/100V)、 共8个变比，准确度等级都达到0.01级，且局放量小于5pC。本发明集成度高、功能性强，既可用于互感器的误差试验、极性试验、重复性试验，还可用于电压互感器的无局放升压试验、工频耐压升压试验，非常适用于配网电压互感器检定系统或者全性能试验系统的小型化、集成化设计。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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申请的一些实施例，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：无局放自升压多变比高精度标准电压互感器结构图；
图2：无局放自升压多变比高精度标准电压互感器升压器部分结构图；
图3：无局放自升压多变比高精度标准电压互感器升压器部分原理图；
图4：升压器原理图；
图5:标准电压互感器原理图；
图6：补偿线包原理图；
1-升压器线包；2-标准电压互感器线包；3-补偿线包；4-升压输入绕组；5-升压监视绕组；6-升压输出绕组；7、升压铁芯；8-标准一次绕组；9-标准铁芯；10-标准多抽头二次绕组；11-补偿绕组；12-补偿铁芯；13-补偿一次绕组；14-补偿二次绕组S7'-S7”；15-补偿二次绕组S8'-S8”；16-补偿二次绕组S9'-S9”；17-补偿二次绕组S10'-S10”；18-导电杆、19-外筒、20-支架、21-连接法兰、22-二次端子盒、23-均压球、24-套管、25-屏蔽筒、26-屏蔽极板。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参见图1、2、3所示，本发明实施例提供的一种无局放自升压多变比高精度标准电压互感器，具体包括升压器线包1、标准器线包2、导电杆18、外筒19、支架20、连接法兰21、二次端子盒22、均压球23、套管24、屏蔽筒25、屏蔽极板26。
如图1、2所示，升压器线包1与标准器线包2、屏蔽极板26置于外筒内，外筒19内充有SF6气体；其中屏蔽极板安装于升压器线包和标准器线包的下方、前后、左、右侧以均匀内部电场，升压器线包与导电杆连接18，导电杆穿过套管中心与均压球23连接，将试验一次电压引出，导电杆与套管中间还设置有屏蔽筒，均匀套管内部电场，套管通过连接法兰21与外筒19连接；支架20安装于外筒底部，以保障高压出线点23的绝缘距离。
如图3、4所示，升压器线包由升压输入绕组S1-S2 4、菱格薄膜、升压测量绕组N1-N2 5、升压输出绕组S3-S4 6以及升压铁芯7组成；升压输入绕组S1-S24均匀绕制于升压铁芯7上，升压测量绕组N1-N2 5均匀绕制于输入绕组上，升压输出绕组S3-S4 6均匀绕制于测量绕组上；各绕组层间均用菱格薄膜绝缘；升压输出绕组S3-S4最高电压为42kV，升压测量绕组N1-N2 5输出0～100V电压，接测量表计用于监视试验电压。
如图5、6所示，标准器线包3由标准铁芯9、菱格薄膜、标准一次绕组S5-S68、标准多抽头二次绕组S7-S8-S9-S10 10以及补偿线包组成。标准多抽头二次绕组S7-S8-S9-S10 10均匀绕制于标准铁芯上，抽头S7、S8、S9、S10引出，S10为头端、S7为尾端，其中标准一次绕组S5-S6 8均匀绕制于标准二次绕组上，各绕组层间均用菱格薄膜绝缘；升压输出绕组S3-S4与标准一次绕组S5-S6并联，S3与S5连接，S4与S6连接；
补偿线包由补偿绕组16、补偿铁芯12、1个补偿一次绕组11和4个补偿二次绕组14、15、16、17组成，其中补偿绕组K1-K2仅1匝，绕制于标准铁芯9上，补偿一次绕组K3-K4N匝与K1-K2并联，所述补偿二次绕组S7'-S7”、补偿二次绕组S8'-S8”、补偿二次绕组S9'-S9”、补偿二次绕组S10'-S10”绕制于补偿铁芯12上，补偿一次绕组K3-K4绕制于补偿二次绕组上。
二次端子盒包括(35kV/100V)、(20kV/100V)、(10kV/100V)、(6kV/100V)、0V、接地端子；所述补偿二次绕组S7'端子与标准多抽头二次绕组S7抽头连接，补偿二次绕组S7”引出接入二次端子盒(35kV/100V)、输出端子；所述补偿二次绕组S8'端子与标准多抽头二次绕组S8抽头连接，补偿二次绕组S8”引出接入二次端子盒(20kV/100V)、输出端子；所述补偿二次绕组S9'端子与标准多抽头二次绕组S9抽头连接，补偿二次绕组S9”引出接入二次端子盒(10kV/100V)、输出端子；所述补偿二次绕组S10'端子与标准多抽头二次绕组S10抽头连接，补偿二次绕组S10”引出接入二次端子盒(6kV/100V)、输出端子，S11引出接地。
通过标准二次绕组与补偿绕组的连接，最终输出(35kV/100V)、 (20kV/100V)、(10kV/100V)、 (6kV/100V)、8个变比，准确度等级均达到0.01级，且升压器的局放量小于5pC，可用于电压互感器的无局放试验升压。
1、使用本发明开展电压互感器误差试验或重复性试验或极性试验：
将本发明以及被试电压互感器接地端子均接地，再将无局放自升压多变比标准电压互感器的升压输入绕组S1-S2与调压电源连接，套管与被试电压互感器高压出线端子连接，二次端子盒中二次端子与互感器校验仪a、x端子连接，二次端子盒中二次端子的低压端与被试电压互感器二次绕组低压端短接，二次端子盒中二次端子的高压端与互感器校验仪的K端子连接，被试电压互感器二次绕组高压端与互感器校验仪D端子连接。至此完成试验接线。
(1)开展电压互感器误差试验时，控制调压电源升压，在电压上升至80％额定电压、100％额定电压、120％额定电压时分别记录各电压点时误差，再下降至电压回零，在80％额定电压、100％额定电压时，分别记录误差，试验结束。误差值在误差限制范围内，则该试验满足试验要求。
(2)开展电压互感器重复性试验，控制调压电源升压，在电压上升至100％额定电压，记录该电压点时误差，再下降至电压回零，重复6次及以上该操作，记录每次操作在100％额定电压点的误差，计算6次试验误差值的标准差，标准差小于1个修约间隔及满足试验要求。
(3)开展电压互感器极性试验时，控制调压电源升压至5％左右额定电压，通过互感器校验仪判断并记录被试电压互感器极性，再下降至电压回零，试验结束。
2、使用本发明开展电压互感器局放试验和工频耐压试验：
将本发明以及被试电压互感器接地端子均接地，再将无局放自升压多变比标准电压互感器的升压输入绕组S1-S2与调压电源连接，升压器的测量绕组与万用表连接，局部放电测量装置与无局放自升压多变比标准电压互感器并联，套管与被试电压互感器高压出线端子连接。至此完成试验接线。控制调压电源升压规程规定的预加电压，至少保持60s，降压使电压达到局部放电测量电压1.2倍额定电压，绕后在30s内测量相应的局部放电量，当局部放电量不超过50pC时，满足试验要求。
3、使用本发明开展电压互感器工频耐压试验：
将本发明以及被试电压互感器接地端子均接地，再将无局放自升压多变比标准电压互感器的升压输入绕组S1-S2与调压电源连接，升压器的测量绕组与万用表连接，套管与被试电压互感器高压出线端子连接，至此完成试验接线。控制调压电源升压并监视万用表，当升压至耐压试验规定电压时，在该电压持续60s，绕组不对地放电、击穿则试验满足要求。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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