专利名称：快速暂态过电压测量用电容传感器标定系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电容传感器技术领域，特别涉及一种快速暂态过电压测量用电容传感 器标定系统。
背景技术：
快速暂态过电压(VFT0，Very Fast Transient Over-voltage)测量用电容传感器 标定系统是为了检测电容传感器的性能是否满足要求和确定电容传感器的分压比。现有常用的VFTO测量用电容传感器的标定系统如图1所 示，包括陡脉冲发生器 101、同轴电缆102、衰减器103、电容传感器104、第一示波器105和第二示波器106。其工作 原理是，陡脉冲发生器101是作为信号源，用于产生电压脉冲，电压脉冲通过同轴电缆102 传送给衰减器103和电容传感器104，电压脉冲在衰减器103和电容传感器104上产生电 压，衰减器103是为了作为比较的基准。衰减器103上的电压可以通过与衰减器103连接 的第一示波器105观察到；电容传感器104上的电压可以通过与电容传感器104连接的第 二示波器106观察到。通过比较第一示波器105和第二示波器106上的电压波形和电压幅 值，便可以验证电容传感器104的性能和分压比。但是，目前这种VFTO测量用电容传感器标定系统中的陡脉冲发生器产生的电压 不够高，陡度不够，无法模拟VFTO发生的环境。而且，现有的标定系统没有使用气体绝缘金 属封闭开关设备(GIS，Gas Insulated Switchgear)，而实际系统中必然会有GIS刀闸操作， 现有技术只是使用了一个陡脉冲发生器来模拟GIS刀间操作所产生的脉冲波形，幅值和陡 度都和实际系统相差甚远。因此，现有技术中的在低压环境下标定出来的电容传感器无法 应用到实际的高压系统中，这样标定出来的电容传感器也无法满足VFTO响应时间的要求。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种快速暂态过电压测量用电容传感器标定系 统，能够准确标定VFTO测量用的电容传感器。本发明实施例提供一种快速暂态过电压测量用电容传感器标定系统，包括高压 陡脉冲发生器、锥形传输筒、电容传感器、电阻分压器、同轴电缆、第一示波器和第二示波 器；所述高压陡脉冲发生器，用于产生高压陡脉冲；所述高压陡脉冲通过所述锥形传 输筒传输至设置于气体绝缘金属封闭开关设备GIS上的所述电容传感器和电阻分压器；所 述锥形传输筒和GIS同轴连接在一起；所述电阻分压器通过同轴电缆将电阻分压信号传送至第一示波器；所述电容传感器通过同轴电缆将电容分压信号传送至第二示波器。优选地，所述锥形传输筒包括锥形传输内筒和锥形传输外筒；所述锥形传输内筒与所述GIS的内导体同轴设置，锥形传输内筒的底面半径与内 导体的半径相同；
所述锥形传输外筒与所述GIS的外壳同轴设置，锥形传输外筒的底面半径与所述 外壳的半径相同。优选地，所述电容传感器设置于所述GIS的外壳法兰上。优选地，所述电阻分压器穿过所述GIS的外壳设置于所述GIS的内导体上，与所述 电容传感器沿所述GIS的中心轴对称分布。优选地，还包括设置于所述GIS末端的匹配电阻。
优选地，还包括设置于GIS顶面，所述内导体和外壳之间的支柱绝缘子。优选地，所述第一匹配电阻和第二匹配电阻为辐射状水电阻。优选地，所述高压陡脉冲发生器包括可调高压直流电源、第一电阻、第二电阻、第 一电容和第一开关；所述可调高压直流电源的负极和正极之间依次包括串联的第一电阻、第一电容和 第二电阻；所述可调高压直流电源的正极接地；所述第一开关并联在地所述第一电阻和第一电容的公共端与之间；所述第一电容和第二电阻的公共端作为所述高压陡脉冲发生器的高压陡脉冲输 出端。优选地，所述高压陡脉冲发生器产生的高压陡脉冲的电压的幅值在5kV_100kV可 调，高压陡脉冲的上升时间小于或等于3ns。优选地，所述高压陡脉冲发生器产生的高压陡脉冲的脉宽为100ns。与现有技术相比，本发明具有以下优点该VFTO测量用电容传感器标定系统，通过锥形传输筒将陡脉冲产生器产生的高 压陡脉冲传输至设置于GIS筒上的电容传感器和电阻分压器；由于锥形传输筒可以使高压 陡脉冲波形产生的畸变变小，从而减轻高压陡脉冲由于传输过程受到的影响，并且锥形传 输筒的试验重复性好。该标定系统使用高压陡脉冲产生器作为信号源，这样更符合VFTO的 实际波形，另外将电容传感器和电阻分压器设置于GIS筒上，这样可在接近实际安装条件 的情况下，对电容传感器进行标定。


图1是现有技术中VFTO测量用电容传感器的标定系统的结构图；图2是本发明提供的VFTO测量用电容传感器的标定系统结构图；图3是本发明提供的VFTO测量用电容传感器标定系统的又一实施例结构图；图4是本发明实施例提供的陡脉冲发生器结构图。
具体实施例方式
为了使本领域技术人员更好地理解和实施本发明，下面介绍几个专业术语。高压陡脉冲发生器一种脉冲电压源，其上升时间小(本发明实施例中优选3ns)， 半峰值宽度达到一定要求(本发明实施例中约选择100ns)。锥形传输筒一种变半径的传输线，其波阻抗可以逐渐改变(变阻抗线)或保持不 变(本发明实施例中采用了等阻抗线，即保持不变)。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的具体实施方式
做详细的说明。参见图2，该图为本发明提供的VFTO测量用电容传感器的标定系统结构图。 本实施例提供的VFTO测量用电容传感器标定系统，包括高压陡脉冲发生器201、 锥形传输筒202、电容传感器203、电阻分压器204、同轴电缆205、第一示波器206和第二示 波器207。所述高压陡脉冲发生器201，用于产生高压陡脉冲；所述高压陡脉冲通过所述锥 形传输筒202传输至设置于GIS上的所述电容传感器203和电阻分压器204 ；所述锥形传 输筒202和GIS同轴连接在一起。本实施例中的高压陡脉冲发生器201的电压幅值在5kV_100kV可调，上升沿小于 或等于3ns。该高压陡脉冲发生器201标定所使用的电压高，最高可达到100kV，满足超高 压的标定要求。锥形传输筒202对波形产生的畸变较小，试验重复性好。所述电阻分压器204通过同轴电缆205将电阻分压信号传送至第一示波器206。所述电容传感器203通过同轴电缆205将电容分压信号传送至第二示波器207。本实施例提供的VFTO测量用电容传感器标定系统，以精确可调的宽范围高压陡 脉冲发生器201作为信号源，产生的脉冲电压经过锥形传输筒202同时传送给设置于GIS 上的电容传感器203和电阻分压器204，其中电阻分压器204上的电压作为基准电压，电容 传感器203上的电压与电阻分压器204上的电压比较，以此判断电容传感器的性能。电容 传感器203上的电压可以从第二示波器207上观测到，电阻分压器204上的电压可以从第 一示波器206上观测到。该VFTO测量用电容传感器标定系统，通过锥形传输筒将陡脉冲产生器产生的高 压陡脉冲传输至设置于GIS上的电容传感器和电阻分压器；由于锥形传输筒可以使高压陡 脉冲波形产生的畸变变小，从而减轻高压陡脉冲因为传输过程受到的影响，并且锥形传输 筒的试验重复性好。该标定系统使用高压陡脉冲产生器作为信号源，这样更符合VFTO的实 际环境，另外将电容传感器和电阻分压器设置于GIS上，这样和实际的GIS动作结合起来， 可以更好地标定电容传感器。下面结合图3详细介绍本发明提供的VFTO测量用电容传感器标定系统的具体结 构。参见图3，该图为本发明提供的VFTO测量用电容传感器标定系统的又一实施例结 构图。如图3所示，所述锥形传输筒包括锥形传输内筒202b和锥形传输外筒202a。所述锥形传输内筒202b与所述GIS的内导体301a同轴设置，锥形传输内筒202b 的底面半径与内导体301a的半径相同。所述锥形传输外筒202a与所述GIS的外壳301b同轴设置，锥形传输外筒202a的 底面半径与所述外壳301b的半径相同。所述电容传感器203设置于所述GIS的外壳301b的法兰上。所述电阻分压器204穿过所述GIS的外壳301b设置于所述GIS的内导体301a上， 与所述电容传感器203沿所述GIS的中心轴对称分布。
本实施例提供的VFTO测量用电容传感器标定系统，还包括设置于所述GIS末端的 匹配电阻，需要说明的是，本实施例中优选在GIS末端设置六个可以安装匹配电阻的手孔， 根据实际需要来确定匹配电阻的数目。试验中最常用的配置是，在同一个圆环面上设置三 个匹配电阻，每两个匹配电阻之间的夹角是120度。图3中仅示出了两个匹配电阻，分别是 第一匹配电阻Rl和第二匹配电阻R2。需要说明的是，匹配电阻所在的圆面比所述电阻分压器和电容传感器所在的圆面 更靠近GIS的底面。需要说明的是，本实施例中所述第一匹配电阻Rl和第二匹配电阻R2优选采用辐 射状水电阻，可以有效消除波的全反射现象，从而改善波形。本实施例提供的VFTO测量用电容传感器标定系统，还包括支柱绝缘子302，所述 支柱绝缘子302对称设置在所述GIS顶面的内导体301a和外壳301b之间。需要说明的 是，不限定所述支柱绝缘子的个数，支柱绝缘子的作用是固定支撑内导体，因此设置在内导 体301a与外壳301b构成的环形空间内，以使内导体的位置固定。例如，可以设置三个支柱 绝缘子，在内导体与外壳
下面结合图4详细介绍本发明实施例提供的高压陡脉冲发生器的结构。参见图4，该图为本发明实施例提供的高压陡脉冲发生器结构图。本实施例提供的高压陡脉冲发生器包括可调高压直流电源401、第一电阻Ra、第 二电阻Rb、第一电容Cl和第一开关K1。所述可调高压直流电源401的负极和正极之间依次包括串联的第一电阻Ra、第一 电容Cl和第二电阻Rb。所述可调高压直流电源401的正极接地。所述第一开关Kl并联在地所述第一电阻Ra和第一电容Cl的公共端与之间。所述第一电容Cl和第二电阻Rb的公共端作为所述高压陡脉冲发生器的高压陡脉 冲输出端。所述高压陡脉冲发生器的电压幅值在5kV_100kV可调，上升沿小于或等于3ns，脉 宽为IOOns0高压陡脉冲发生器的工作原理是可调高压直流电源通过第一电阻和第二电阻使 第一电容充电到一定幅值(5kV-100kV可调)，在第一开关Kl的作用下，使第一电容的一端 接地，另一端输出快前沿的高压脉冲，如图4所示，如果可调高压直流电源输出负电压，则 端点b所在的输出端将得到正极性的脉冲电压。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明 技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离 本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同 变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
一种快速暂态过电压测量用电容传感器标定系统，其特征在于，包括高压陡脉冲发生器、锥形传输筒、电容传感器、电阻分压器、同轴电缆、第一示波器和第二示波器；所述高压陡脉冲发生器，用于产生高压陡脉冲；所述高压陡脉冲通过所述锥形传输筒传输至设置于气体绝缘金属封闭开关设备GIS上的所述电容传感器和电阻分压器；所述锥形传输筒和GIS同轴连接在一起；所述电阻分压器通过同轴电缆将电阻分压信号传送至第一示波器；所述电容传感器通过同轴电缆将电容分压信号传送至第二示波器。
2.根据权利要求1所述的快速暂态过电压测量用电容传感器标定系统，其特征在于， 所述锥形传输筒包括锥形传输内筒和锥形传输外筒；所述锥形传输内筒与所述GIS的内导体同轴设置，锥形传输内筒的底面半径与内导体 的半径相同；所述锥形传输外筒与所述GIS的外壳同轴设置，锥形传输外筒的底面半径与所述外壳 的半径相同。
3.根据权利要求2所述的快速暂态过电压测量用电容传感器标定系统，其特征在于， 所述电容传感器设置于所述GIS的外壳法兰上。
4.根据权利要求3所述的快速暂态过电压测量用电容传感器标定系统，其特征在于， 所述电阻分压器穿过所述GIS的外壳设置于所述GIS的内导体上，与所述电容传感器沿所 述GIS的中心轴对称分布。
5.根据权利要求1所述的快速暂态过电压测量用电容传感器标定系统，其特征在于， 还包括设置于所述GIS末端的匹配电阻。
6.根据权利要求1所述的快速暂态过电压测量用电容传感器标定系统，其特征在于， 还包括设置于GIS顶面，所述内导体和外壳之间的支柱绝缘子。
7.根据权利要求5所述的快速暂态过电压测量用电容传感器标定系统，其特征在于， 所述第一匹配电阻和第二匹配电阻为辐射状水电阻。
8.根据权利要求1所述的快速暂态过电压测量用电容传感器标定系统，其特征在于， 所述高压陡脉冲发生器包括可调高压直流电源、第一电阻、第二电阻、第一电容和第一开 关；所述可调高压直流电源的负极和正极之间依次包括串联的第一电阻、第一电容和第二 电阻；所述可调高压直流电源的正极接地；所述第一开关并联在地所述第一电阻和第一电容的公共端与之间；所述第一电容和第二电阻的公共端作为所述高压陡脉冲发生器的高压陡脉冲输出端。
9.根据权利要求1所述的快速暂态过电压测量用电容传感器标定系统，其特征在于， 所述高压陡脉冲发生器产生的高压陡脉冲的电压的幅值在5kV-100kV可调，高压陡脉冲的 上升时间小于或等于3ns。
10.根据权利要求8所述的快速暂态过电压测量用电容传感器标定系统，其特征在于， 所述高压陡脉冲发生器产生的高压陡脉冲的脉宽为100ns。
全文摘要
本发明提供一种快速暂态过电压测量用电容传感器标定系统，包括高压陡脉冲发生器、锥形传输筒、电容传感器、电阻分压器、同轴电缆、第一示波器和第二示波器；高压陡脉冲发生器，用于产生高压陡脉冲；高压陡脉冲通过锥形传输筒传输至设置于气体绝缘金属封闭开关设备GIS上的电容传感器和电阻分压器；锥形传输筒和GIS同轴连接在一起；电阻分压器通过同轴电缆将电阻分压信号传送至第一示波器；电容传感器通过同轴电缆将电容分压信号传送至第二示波器。该标定系统使用高压陡脉冲产生器作为信号源，这样更符合VFTO的实际波形，另外将电容传感器和电阻分压器设置于GIS筒上，这样可在接近实际安装条件的情况下，对电容传感器进行标定。
文档编号G01R35/00GK101865987SQ20101020464
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月17日 优先权日2010年6月17日
发明者丁卫东, 孙凤举, 张乔根, 李峰, 李志兵, 王绍武, 马宾 申请人:西安交通大学;国家电网公司;中国电力科学研究院;西北核技术研究所