一种基于电容分压的电子式电压
摘要：提出一种新型的电子式电压互感器，它结合了光纤和式电压互感器的优点，一定程度上解决了高压传输系统中的绝缘和抗电磁干扰等传统难题。
关键词：双cpu；光纤；电子式电压互感器
1 引言
电压互感器是电力系统中一次与二次电气回路之间*的连接设备，其作用是实现一次、二次系统的电气隔离，把一次侧的高电压变换成适合于继电保护装置和电气测量仪表等工作的低电压。随着电力系统超高压输变电的发展，传统的电磁式电压互感器（potentialtransformer，简称pt）的体积变得越来越大，造价高，存在铁磁谐振等严重问题，给pt的防爆和电力系统的安全运行带来困难，在高压电力系统中pt逐步被电容式电压互感器［1，2］（capacitive voltage transformer，简称cvt）所取代。cvt相对电磁型电压互感器，具有防铁磁谐振、性能价格比较高以及运行维护工作量较小等明显优势，成为高电压等级系统中的主要测量装置。光学电压互感器（optical voltagetransformer，简称ovt）是集晶体物理、光电子技术、光纤技术、高电压技术和微机技术于一体的*产品，具有绝缘性能优越、抗*力强以及无铁芯等很多传统互感器*的优点，特别适合于电力系统的微机化测量保护和无人值班电站，是新一代电压互感器的主导研究方向。我国在80年代也参与ovt的开发和研制，并在电网中挂网运行，取得了宝贵经验。但其实用化、产业化过程中仍存在一些工艺和技术的问题，其可靠性和稳定性还有待于提高。本文提出了一种新型的易于实用化的电压互感器——电子式电压互感器（electronic voltagetransformer，简称evt），它采用了成熟的电容分压技术却不含铁芯线圈；充分利用了光纤的优良特性，却无需考虑复杂的工艺及稳定性等问题，可以说，evt集cvt和ovt的主要优点于一身。
2 电子式电压互感器
电子式电压互感器采用了*的光纤技术，实现了高低电压之间真正的电隔离，巧妙地解决了高压传输系统中传输与隔离的矛盾［3，4］。其基本设计思想是：采用光纤传输被测信号，使互感器一、二次侧之间只有光的联系而无电的联系；采用成熟的电容分压技术而去掉铁芯单元，降低故障率；采用信息融合技术［5］等进行软件补偿处理，提高了系统的精度和稳定性。
系统可分为三大部分：电容分压器、室外电子单元、室内主控装置，如图1所示。采用电容分压器获取信号，通过电容器串并联组合将电网高电压进行分压，降至100v以下，以便于高压侧电子单元对其进行前端处理、采样，后再通过电／光转换耦合进光纤。采用光纤实现高压侧与低压侧的隔离，并将被测信号传输到低压侧主控室，经过光电转换恢复出被传数据，从而进行软件方面的补偿处理。电容分压器和高压侧电子单元都工作在室外，受温度影响较大，所以系统同时把温度信号通过光纤传到主控室，将电压信号和温度值进行融合处理，以补偿温度对系统的影响，提高系统的测量准确度和稳定性。同时系统留有两种信号接口，既可以将数字量直接送到微机保护系统，也可对模拟式继保装置进行控制，便捷快速地与继电保护系统融为一体。
3 结构简介
3．1 电容分压器
电容分压器是系统的信号获取单元，通过电容器串并联组合将电网高电压进行分压。这里主要考虑两方面误差：一是电容分压器置于室外，大范围的温度变化会直接影响电容分压器的分压比，使其不稳定，从而影响测量准确度；二是电容器的分压引入的相位差。可以采用电容器串并联组合的方式来分压，以减少温度对分压比的影响；软件上把温度作为系统中一个重要参数与电压信号进行信息融合，以消除温度变化对整个系统的影响。
3．2高压侧电子单元
高压侧的电子单元是整个系统的“外核”，如图2所示。主要包括信号预处理模块、a／d转换、一片*先出存储器（fifo，idt7203）、两个单片机（at89c51）及光发射模块等。为提高采样精度，选用bb公司的16位高速ad采样芯片ads7805，每周期（1／50hz）采样64个点。为提高系统实时性，采用了两个单片机，其中一个专门负责采样，并将数据暂存在fifo中；而另一个单片机专门负责数据传输，其主要任务是把fifo中的数据快速地通过光纤传输给主控室，同时它还要控制温度，并把温度信号传输到主控室。为了保证（准）实时性，要满足在个单片机采样一周期（0．02s）的时间内，第二个单片机要传完一周期所采的64个数据（16位），同时还要兼顾温度传感器的测量及温度值传输。温度传感器采用ds18b20，该芯片采用一线技术，接线简单，转换速度快，测量结果直接就是数字信号（温度值）。整个单元工作在强电磁干扰环境中，因而不但要满足处理的速度和精度，同时还要具有较强的抗*力。
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电压互感器是电力系统中一次与二次电气回路之间*的连接设备，其作用是实现一次、二次系统的电气隔离，把一次侧的高电压变换成适合于继电保护装置和电气测量仪表等工作的低电压。随着电力系统超高压输变电的发展，传统的电磁式电压互感器（potentialtransformer，简称pt）的体积变得越来越大，造价高，存在铁磁谐振等严重问题，给pt的防爆和电力系统的安全运行带来困难，在高压电力系统中pt逐步被电容式电压互感器［1，2］（capacitive voltage transformer，简称cvt）所取代。cvt相对电磁型电压互感器，具有防铁磁谐振、性能价格比较高以及运行维护工作量较小等明显优势，成为高电压等级系统中的主要测量装置。光学电压互感器（optical voltagetransformer，简称ovt）是集晶体物理、光电子技术、光纤技术、高电压技术和微机技术于一体的*产品，具有绝缘性能优越、抗*力强以及无铁芯等很多传统互感器*的优点，特别适合于电力系统的微机化测量保护和无人值班电站，是新一代电压互感器的主导研究方向。我国在80年代也参与ovt的开发和研制，并在电网中挂网运行，取得了宝贵经验。但其实用化、产业化过程中仍存在一些工艺和技术的问题，其可靠性和稳定性还有待于提高。本文提出了一种新型的易于实用化的电压互感器——电子式电压互感器（electronic voltagetransformer，简称evt），它采用了成熟的电容分压技术却不含铁芯线圈；充分利用了光纤的优良特性，却无需考虑复杂的工艺及稳定性等问题，可以说，evt集cvt和ovt的主要优点于一身。
2 电子式电压互感器
电子式电压互感器采用了*的光纤技术，实现了高低电压之间真正的电隔离，巧妙地解决了高压传输系统中传输与隔离的矛盾［3，4］。其基本设计思想是：采用光纤传输被测信号，使互感器一、二次侧之间只有光的联系而无电的联系；采用成熟的电容分压技术而去掉铁芯单元，降低故障率；采用信息融合技术［5］等进行软件补偿处理，提高了系统的精度和稳定性。
系统可分为三大部分：电容分压器、室外电子单元、室内主控装置，如图1所示。采用电容分压器获取信号，通过电容器串并联组合将电网高电压进行分压，降至100v以下，以便于高压侧电子单元对其进行前端处理、采样，后再通过电／光转换耦合进光纤。采用光纤实现高压侧与低压侧的隔离，并将被测信号传输到低压侧主控室，经过光电转换恢复出被传数据，从而进行软件方面的补偿处理。电容分压器和高压侧电子单元都工作在室外，受温度影响较大，所以系统同时把温度信号通过光纤传到主控室，将电压信号和温度值进行融合处理，以补偿温度对系统的影响，提高系统的测量准确度和稳定性。同时系统留有两种信号接口，既可以将数字量直接送到微机保护系统，也可对模拟式继保装置进行控制，便捷快速地与继电保护系统融为一体。
3 结构简介
3．1 电容分压器
电容分压器是系统的信号获取单元，通过电容器串并联组合将电网高电压进行分压。这里主要考虑两方面误差：一是电容分压器置于室外，大范围的温度变化会直接影响电容分压器的分压比，使其不稳定，从而影响测量准确度；二是电容器的分压引入的相位差。可以采用电容器串并联组合的方式来分压，以减少温度对分压比的影响；软件上把温度作为系统中一个重要参数与电压信号进行信息融合，以消除温度变化对整个系统的影响。
3．2高压侧电子单元
高压侧的电子单元是整个系统的“外核”，如图2所示。主要包括信号预处理模块、a／d转换、一片*先出存储器（fifo，idt7203）、两个单片机（at89c51）及光发射模块等。为提高采样精度，选用bb公司的16位高速ad采样芯片ads7805，每周期（1／50hz）采样64个点。为提高系统实时性，采用了两个单片机，其中一个专门负责采样，并将数据暂存在fifo中；而另一个单片机专门负责数据传输，其主要任务是把fifo中的数据快速地通过光纤传输给主控室，同时它还要控制温度，并把温度信号传输到主控室。为了保证（准）实时性，要满足在个单片机采样一周期（0．02s）的时间内，第二个单片机要传完一周期所采的64个数据（16位），同时还要兼顾温度传感器的测量及温度值传输。温度传感器采用ds18b20，该芯片采用一线技术，接线简单，转换速度快，测量结果直接就是数字信号（温度值）。整个单元工作在强电磁干扰环境中，因而不但要满足处理的速度和精度，同时还要具有较强的抗*力。
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