一种高压差分测量装置的制造方法
一种高压差分测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高压脉冲测量领域，涉及一种GIS瞬态外壳电压测量用高压差分测量
目.ο
【背景技术】
[0002]气体绝缘金属封闭开关设备(gas-1nsulated switchgear，GIS)由于体积小、可靠性高、安装简单、易于维护等优点，在电力系统中的应用越来越广泛。
[0003]GIS中隔离开关等元件操作产生的特快速暂态过电压(very fast transientovervoltage, VFTO)在GIS中传播，在波阻抗不连续处使得GIS外壳电位瞬时升高，产生瞬态外壳电压(transient enclosure voltage，TEV)。TEV会对二次设备和工作人员的安全构成威胁，随着智能电网的发展，GIS附属的智能化组件越来越多，这种威胁越来越严重，为了更深入地研宄TEV抑制措施，首先必须对其进行可靠地测量。
【发明内容】
[0004]基于此，本发明公开了一种高压差分测量装置:
[0005]所述装置包括:正极高压臂、负极高压臂、正极双屏蔽电缆、负极双屏蔽电缆、正极同轴衰减器、负极同轴衰减器、正极匹配电阻、负极匹配电阻和示波器；
[0006]所述正极高压臂一端与正极测点相连接，另一端通过正极双屏蔽电缆与正极同轴衰减器相连接，所述正极同轴衰减器的另一端与正极匹配电阻并联后接入示波器中；
[0007]所述负极高压臂一端与负极测点相连接，另一端通过负极双屏蔽电缆与负极同轴衰减器相连接，所述负极同轴衰减器的另一端与负极匹配电阻并联后接入示波器中；
[0008]所述示波器用于获得被测点之间的差分信号。
【附图说明】
[0009]图1为一个实施例中的高压差分测量装置整体结构示意图；
[0010]图2为一个实施例中的差分测量装置高压臂结构示意图。
【具体实施方式】
[0011]在一个实施例中，本发明公开了一种高压差分测量装置；
[0012]所述装置包括:正极高压臂、负极高压臂、正极双屏蔽电缆、负极双屏蔽电缆、正极同轴衰减器、负极同轴衰减器、正极匹配电阻、负极匹配电阻和示波器；
[0013]所述正极高压臂一端与正极测点相连接，另一端通过正极双屏蔽电缆与正极同轴衰减器相连接，所述正极同轴衰减器的另一端与正极匹配电阻并联后接入示波器中；
[0014]所述负极高压臂一端与负极测点相连接，另一端通过负极双屏蔽电缆与负极同轴衰减器相连接，所述负极同轴衰减器的另一端与负极匹配电阻并联后接入示波器中；
[0015]所述示波器用于得到正极测点与负极测点之间的差分信号。
[0016]本实施例通过正极高压臂或负极高压臂与正极或者负极双屏蔽电缆相连接，对高压信号进行分压，并将得到的低压信号通过同轴电缆传输给正极或者负极同轴衰减器，通过正极或者负极同轴衰减器的二次分压后传入示波器中，将正极探头测量的信号与负极探头测量的信号在示波器中相减得到差分电压。
[0017]本实施例所述的装置测量电压上升时间约为3ns，部分响应时间1.9ns，耐压高于50kV，且抗干扰能力强。
[0018]在一个实施例中，所述正极高压臂和负极高压臂具有相同的同轴对称结构；所述正极高压臂和负极高压臂包括:高压侧电极、低压侧电极、高压侧均压套筒、低压侧均压套筒、有机玻璃外筒、高压电阻和挂钩；
[0019]所述高压侧电极与低压侧电极通过有机玻璃外筒相连接；
[0020]所述高压侧均压套筒固定在高压侧电极一端；
[0021]所述低压侧均压套筒固定在低压侧电极一端；
[0022]所述高压侧电极通过挂钩与正极测点或者负极测点相连接；
[0023]所述低压侧电极与正极双屏蔽电缆或者负极双屏蔽电缆连接；
[0024]所述高压电阻为低感电阻，位于所述正极高压臂或负极高压臂的中心处。
[0025]本实施例中，在高压侧电极与低压侧电极表面分别安装合适长度与直径的高压侧均压套筒和低压侧均压套筒，由于在实际工作中，高压导体对高压臂电阻本身存在分布的杂散电容，低压臂也同样存在杂散的电容，而本实施例通过安装均压套筒使得所述测量装置的稳态和瞬态分压比接近一致，获得更好的方波响应。
[0026]本实施例中的高压电阻为低感电阻，所述高压电阻减小了测量装置的回路电感值，提高了所述装置的高频相应性能。
[0027]在一个实施例中，所述高压侧电极一端为圆筒结构，所述圆筒结构的内壁设置有内螺纹；所述高压侧电极另一端为圆柱结构，所述圆柱结构的一端表面具有螺丝孔和沉头通孔，所述螺丝孔用于将高压侧电极和挂钩链接；所述沉头通孔用于灌充绝缘油；所述高压侧电极的圆柱结构的另一端表面的中心处具有圆柱状空心凸台，且所述圆柱状空心凸台穿过高压侧电极的圆筒结构。
[0028]本实施例用于介绍高压侧电极的结构特点，其一端为圆筒结构，另一端为实心圆柱结构，其为圆筒结构的一端的内壁的一部分或者全部具有内螺纹，所述高压侧电极具有圆柱结构的一端通过所述挂钩与被测点相连接，测量被测点的电压。所述灌充的绝缘油可为93#变压器油或其他变压器油，用于调高高压臂的耐压值，并且提高了装置的电压测量范围。所述空心凸台用于将高压电阻上端的香蕉头插入其中，保证高压电阻的固定及其与高压侧电极的电气连接。
[0029]在一个实施例中，所述低压侧电极一端为圆筒结构，所述圆筒结构的内壁设置有内螺纹；所述低压侧电极的另一端为圆柱结构，且圆柱结构一端的中心处设置有通孔。
[0030]所述低压侧电极圆筒结构一端的内螺纹长度可以贯穿整个圆筒结构内壁或者只在圆筒结构的内壁一部分上存在，此处不做限制。
[0031]所述有机玻璃外筒为圆筒结构，且所述圆筒结构的两端外壁均设置外螺纹，所述外螺纹用于与高压侧电极圆筒结构一端内壁的内螺纹和低压侧电极圆筒结构一端内壁的被螺纹相配合。
[0032]所述有机玻璃外筒两端外币的外螺纹长度以能与高压侧电极圆筒结构一端内壁的内螺纹和低压侧电极圆筒结构一端内壁的被螺纹相配合为准，此处不做特别限制。
[0033]在本实施例中，所述有机玻璃外筒作为一个连接件，用于将高压侧电极与低压侧电极相连接，并且所述有机玻璃机械强度高，绝缘性能好，耐热，易于成型且透光性好；选用有机玻璃材料作为外筒材料可以保证高压侧电极与低压侧电极之间良好绝缘，可以保证整个高压臂良好的机械强度，同时便于使用者观察探头内部状况；所述有机玻璃外筒的长度以高压电阻及一些连接件的长度有关。
[0034]在一个实施例中，所述正极高压臂或者负极高压臂还包括有香蕉头、穿心杆、绝缘子和BNC接头；所述高压电阻为低感电阻，所述高压电阻一端通过香蕉头插入高压侧电极圆柱结构一端表面中心处的圆柱状空心凸台中，所述高压电阻的另一端通过穿心杆与绝缘子固定在低压侧电极圆柱结构一端中心的通孔处；所述穿心杆与BNC接头的插针的一端相连接，并通过穿心杆的拉紧螺母与低压侧电极绝缘固定；所述BNC接头的插针的另一端与正极或负极双屏蔽电缆一端的内层导体相连接；所述BNC接头的插壳固定于所述低压侧电极上，并与正极或负极双屏蔽电缆一端的外层导体相连接。
[0035]进一步，本实施例中所述的穿心杆为轴对称结构，可以看作两段不同直径圆柱的同轴组合体，且两个端面都有圆孔。低感电阻插入上端圆柱的圆孔中，BNC接头的插针插入下端圆柱的圆孔中。穿心杆上端圆柱的直径略大于下端圆柱，便于将其固定在下电极的中心孔上。
[0036]本实施例重点在阐述正极高压臂或者负极高压臂的结构及其构件之间的位置和连接关系。
[0037]在一个实施例中，所述正极双屏蔽电缆与负极双屏蔽电缆的两端外层导体短路，用于消除电磁干扰。
[0038]在本实施例中，所述正极双屏蔽电缆与负极双屏蔽电缆长度均为20m左右，方便进行远端测量，本实施例中的正极双屏蔽电缆与负极双屏蔽电缆的两端外层导体分别短路，由于所述正极高压臂和负极高压臂完全相同，正极和负极双屏蔽电缆所述电缆完全相同，故外界干扰在两根电缆外层导体产生的感应波将同时进入电缆内层中，通过正负电压差消去此干扰。
[0039]在一个实施例中，所述正极同轴衰减器和负极同轴衰减器的阻抗为50 Ω，带宽4GHz，衰减 20dB。
[0040]在一个实施例中，所述正极匹配电阻和负极匹配电阻的阻值为50Ω，用于与正极同轴衰减器和负极同轴衰减器的阻抗相匹配。
[0041]本实施例所述的正极或者负极阻抗匹配可以避免在示波器入口处出现反射波，保证示波器测到的信号为经同轴衰减器衰减后的输出信号。
[0042]在一个实施例中，如图1所示，一种高压差分测量装置，包括正极高压臂1，正极双屏蔽电缆3，正极同轴衰减器5，负极高压臂2，负极双屏蔽电缆4，负极同轴衰减器6，2个50 Ω匹配电阻7。正极高压臂I通过挂钩8与正极测点连接，负极高压臂2通过挂钩8与负极测点连接，高压臂和同轴衰减器通过双屏蔽电缆连接，2条双屏 蔽电缆首端外层导体短路、末端外层导体短路，同轴衰减器并联50 Ω匹配电阻后接入示波器；通过将高压臂内部的高压电阻12与双屏蔽电缆入口波阻抗串联，对高压信号进行分压，并将得到的低压信号通过同轴电缆传输给同轴衰减器，经过同轴衰减器二次分压后传入示波器，将正极探头测量信号与负极探头测量信号在示波器中相减得到差分电压。
[0043]如图2所示，所述的正极高压臂I与负极高压臂2结构完全相同，为同轴对称结构；高压侧电极9与低压侧电极16的形状为开口的圆筒状，内壁上设置有内螺纹；有机玻璃外筒13为圆柱状，外壁设置有与高压侧电极9、低压侧电极16内壁螺纹相配合的外螺纹；有机玻璃外筒13的一端与高压侧电极9相配合，另一端与低压侧电极16相配合。
[0044]高压侧电极上表面中心处通过螺丝孔与挂钩8配合；上表面偏心处有沉头通孔，方便灌充绝缘油，下表面中心处有圆柱形凸台；高压电阻12位于高压臂中心，高压电阻12上端通过香蕉头11插入与高压侧电极9下表面中心处凸台中，高压电阻12下端通过穿心杆14与绝缘子17固定在低压侧电极16沉头通孔上，穿心杆14中心与BNC接头插针19连接，并通过穿心杆拉紧螺母18与低压侧电极16绝缘固定，插针19另一端与双屏蔽电缆3或4 一端的内层导体相连，该BNC接头的插壳20固定于低压侧电极16上，并与同轴电缆双屏蔽电缆3或4 一端的外层导体相连接。
[0045]高压侧均压套筒10与低压侧均压套筒15分别通过螺丝固定在高压侧电极9下表面与低压侧电极16上表面；高压电阻12为低感电阻，高压臂中灌充93#变压器油。
[0046]双屏蔽电缆3、4首端与低压侧电极BNC接头19、20连接，末端与同轴衰减器5、6入端连接；正极双屏蔽电缆3与负极双屏蔽电缆4均为20m长，正极双屏蔽电缆3与负极双屏蔽电缆4的首、末端外层导体分别短路；同轴衰减器5、6参数相同，阻抗为50 Ω、带宽4GHz、衰减系数20dB，首端接双屏蔽电缆3、4末端，末端接入示波器输入端；50Ω匹配电阻7并联在示波器输入端与接地端之间，与同轴衰减器5、6的阻抗相匹配。
[0047]本发明的原理:
[0048]本发明由正极高压臂，正极双屏蔽电缆，正极同轴衰减器，负极高压臂，负极双屏蔽电缆，负极同轴衰减器，2个50Ω匹配电阻组成；其中，正极高压臂的高压侧与高压臂中高压电阻的一端和高压源的正极测点相连，负极高压臂的高压侧与高压臂中高压电阻的一端和高压源的负极测点相连；正极高压臂、负极高压臂中高压电阻的另一端分别与正极双屏蔽电缆、负极双屏蔽电缆一端的内层导体相连；正极高压臂、负极高压臂的低压侧分别与正极双屏蔽电缆、负极双屏蔽电缆一端的外层导体相连；正极双屏蔽电缆、负极双屏蔽电缆的另一端分别与正极同轴衰减器、负极同轴衰减器的一端相连；50Ω匹配电阻的一端分别与正极同轴衰减器、负极同轴衰减器和示波器的输入端相连；50Ω匹配电阻的另一端接地；靠近高压臂低压侧的一端的正极双屏蔽电缆、负极双屏蔽电缆外层导体短路，靠近同轴衰减器的一端的正极双屏蔽电缆、负极双屏蔽电缆外层导体短路并接地。
[0049]正极测点电压信号经过正极高压臂与正极双屏蔽电缆入口阻抗分压，得到的低压信号通过正极双屏蔽电缆传入正极同轴衰减器中进行二次分压，在示波器中获得正极低压信号；同理，可以同时在示波器中获得负极低压信号；将正极信号与负极信号相减即得到被测点之间的差分信号。
[0050]在实现形式上，本发明在高压侧电极表面与低压侧电极表面分别安装合适长度与直径的高压侧均压套筒与低压侧均压套筒；使得系统的稳态和瞬态分压比接近一致，获得了更好的方波响应；本发明在高压臂中灌充93#变压器油；提高高压臂耐压值，提高装置的电压测量范围；本发明的高压电阻为低感电阻，减小了测量装置的回路电感值，保证了测量装置的高频响应性能；本发明的正极双屏蔽电缆与负极双屏蔽电缆均为20m长，能够方便进行远端测量；本发明的正极双屏蔽电缆与负极双屏蔽电缆的首、末端外层导体分别短路，电缆外层导体感应的干扰信号将同时进入电缆内层中，该干扰在差分运算中将被消除，该结构能够减小电磁干扰。
[0051]本发明的特性参数说明:
[0052]电压测量范围:冲击50kV ；
[0053]电压上升时间:3ns ；
[0054]部分响应时间:L 9ns;
[0055]过冲:8.7%;
[0056]高频截止频率:117MHz。
[0057]以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高压差分测量装置，其特征在于， 所述装置包括:正极高压臂、负极高压臂、正极双屏蔽电缆、负极双屏蔽电缆、正极同轴衰减器、负极同轴衰减器、正极匹配电阻、负极匹配电阻和示波器； 所述正极高压臂一端与正极测点相连接，另一端通过正极双屏蔽电缆与正极同轴衰减器相连接，所述正极同轴衰减器的另一端与正极匹配电阻并联后接入示波器中； 所述负极高压臂一端与负极测点相连接，另一端通过负极双屏蔽电缆与负极同轴衰减器相连接，所述负极同轴衰减器的另一端与负极匹配电阻并联后接入示波器中； 所述示波器用于获得正极测点与负极测点之间的差分信号。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，优选的，所述正极高压臂和负极高压臂具有相同的同轴对称结构；所述正极高压臂和负极高压臂包括:高压侧电极、低压侧电极、高压侧均压套筒、低压侧均压套筒、有机玻璃外筒、高压电阻和挂钩； 所述高压侧电极与低压侧电极通过有机玻璃外筒连接； 所述高压侧均压套筒固定在高压侧电极一端； 所述低压侧均压套筒固定在低压侧电极一端； 所述高压侧电极通过挂钩与正极测点或者负极测点相连接； 所述低压侧电极与正极双屏蔽电缆或者负极双屏蔽电缆相连接； 所述高压电阻位于所述正极高压臂或负极高压臂中心处。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于:所述正极高压臂或者负极高压臂还包括有香蕉头、穿心杆、绝缘子和BNC接头。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于:所述高压侧电极一端为圆筒结构，所述圆筒结构的内壁设置有内螺纹；所述高压侧电极另一端为圆柱结构，所述圆柱结构的一端表面具有螺丝孔和沉头通孔，所述螺丝孔用于将高压侧电极和挂钩连接；所述沉头通孔用于灌充绝缘油；所述高压侧电极的圆柱结构的另一端表面的中心处具有圆柱状空心凸台，且所述圆柱状空心凸台的纵向长度大于所述高压侧电极的圆筒结构的纵向长度。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于:所述低压侧电极一端为圆筒结构，所述圆筒结构的内壁设置有内螺纹；所述低压侧电极的另一端为圆柱结构，且圆柱结构一端的中心处设置有通孔。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于:所述有机玻璃外筒为圆筒结构，所述圆筒结构两端的外壁均设置有外螺纹，所述外螺纹用于与高压侧电极圆筒结构一端内壁的内螺纹和低压侧电极圆筒结构一端内壁的内螺纹相配合。7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于:所述高压电阻为低感电阻，所述高压电阻一端通过香蕉头插入高压侧电极圆柱结构一端表面中心处的圆柱状空心凸台中，所述高压电阻的另一端通过穿心杆与绝缘子固定在低压侧电极圆柱结构一端中心的通孔处；所述穿心杆与BNC接头的插针的一端相连接，并通过穿心杆的拉紧螺母与低压侧电极绝缘固定；所述BNC接头的插针的另一端与正极或负极双屏蔽电缆一端的内层导体相连接；所述BNC接头的插壳固定于所述低压侧电极上，并与正极或负极双屏蔽电缆一端的外层导体相连接。8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述正极双屏蔽电缆与负极双屏蔽电缆的两端外层导体短路，用于消除电磁干扰。9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述正极同轴衰减器和负极同轴衰减器的阻抗为50 Ω，带宽为4GHz，衰减系数为20dB。10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述正极匹配电阻和负极匹配电阻的电阻值为50 Ω，用于与正极同轴衰减器和负极同轴衰减器的阻抗相匹配。
【专利摘要】本发明公开了一种高压差分测量装置，所述装置包括：正极高压臂、负极高压臂、正极双屏蔽电缆、负极双屏蔽电缆、正极同轴衰减器、负极同轴衰减器、正极匹配电阻、负极匹配电阻和示波器；本发明在高压侧电极表面与低压侧电极表面分别安装合适长度与直径的高压侧均压套筒与低压侧均压套筒，使得测量装置的稳态和瞬态分压比接近一致，获得较好的方波响应。本发明在正极双屏蔽电缆与负极双屏蔽电缆的首、末端外层导体分别短路，由于两组探头高压臂完全相同，双屏蔽电缆完全相同，故外界干扰在两根电缆外层导体产生的感应波会在相同时刻到达端口处，通过正、负极电压差分可以消去此干扰。
【IPC分类】G01R19/10
【公开号】CN104897947
【申请号】CN201510320786
【发明人】丁卫东, 苟杨, 王亚楠, 范川, 刘云飞, 李志兵
【申请人】西安交通大学, 国家电网公司, 中国电力科学研究院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月11日
【技术领域】
[0001]本发明属于高压脉冲测量领域，涉及一种GIS瞬态外壳电压测量用高压差分测量
目.ο
【背景技术】
[0002]气体绝缘金属封闭开关设备(gas-1nsulated switchgear，GIS)由于体积小、可靠性高、安装简单、易于维护等优点，在电力系统中的应用越来越广泛。
[0003]GIS中隔离开关等元件操作产生的特快速暂态过电压(very fast transientovervoltage, VFTO)在GIS中传播，在波阻抗不连续处使得GIS外壳电位瞬时升高，产生瞬态外壳电压(transient enclosure voltage，TEV)。TEV会对二次设备和工作人员的安全构成威胁，随着智能电网的发展，GIS附属的智能化组件越来越多，这种威胁越来越严重，为了更深入地研宄TEV抑制措施，首先必须对其进行可靠地测量。
【发明内容】
[0004]基于此，本发明公开了一种高压差分测量装置:
[0005]所述装置包括:正极高压臂、负极高压臂、正极双屏蔽电缆、负极双屏蔽电缆、正极同轴衰减器、负极同轴衰减器、正极匹配电阻、负极匹配电阻和示波器；
[0006]所述正极高压臂一端与正极测点相连接，另一端通过正极双屏蔽电缆与正极同轴衰减器相连接，所述正极同轴衰减器的另一端与正极匹配电阻并联后接入示波器中；
[0007]所述负极高压臂一端与负极测点相连接，另一端通过负极双屏蔽电缆与负极同轴衰减器相连接，所述负极同轴衰减器的另一端与负极匹配电阻并联后接入示波器中；
[0008]所述示波器用于获得被测点之间的差分信号。
【附图说明】
[0009]图1为一个实施例中的高压差分测量装置整体结构示意图；
[0010]图2为一个实施例中的差分测量装置高压臂结构示意图。
【具体实施方式】
[0011]在一个实施例中，本发明公开了一种高压差分测量装置；
[0012]所述装置包括:正极高压臂、负极高压臂、正极双屏蔽电缆、负极双屏蔽电缆、正极同轴衰减器、负极同轴衰减器、正极匹配电阻、负极匹配电阻和示波器；
[0013]所述正极高压臂一端与正极测点相连接，另一端通过正极双屏蔽电缆与正极同轴衰减器相连接，所述正极同轴衰减器的另一端与正极匹配电阻并联后接入示波器中；
[0014]所述负极高压臂一端与负极测点相连接，另一端通过负极双屏蔽电缆与负极同轴衰减器相连接，所述负极同轴衰减器的另一端与负极匹配电阻并联后接入示波器中；
[0015]所述示波器用于得到正极测点与负极测点之间的差分信号。
[0016]本实施例通过正极高压臂或负极高压臂与正极或者负极双屏蔽电缆相连接，对高压信号进行分压，并将得到的低压信号通过同轴电缆传输给正极或者负极同轴衰减器，通过正极或者负极同轴衰减器的二次分压后传入示波器中，将正极探头测量的信号与负极探头测量的信号在示波器中相减得到差分电压。
[0017]本实施例所述的装置测量电压上升时间约为3ns，部分响应时间1.9ns，耐压高于50kV，且抗干扰能力强。
[0018]在一个实施例中，所述正极高压臂和负极高压臂具有相同的同轴对称结构；所述正极高压臂和负极高压臂包括:高压侧电极、低压侧电极、高压侧均压套筒、低压侧均压套筒、有机玻璃外筒、高压电阻和挂钩；
[0019]所述高压侧电极与低压侧电极通过有机玻璃外筒相连接；
[0020]所述高压侧均压套筒固定在高压侧电极一端；
[0021]所述低压侧均压套筒固定在低压侧电极一端；
[0022]所述高压侧电极通过挂钩与正极测点或者负极测点相连接；
[0023]所述低压侧电极与正极双屏蔽电缆或者负极双屏蔽电缆连接；
[0024]所述高压电阻为低感电阻，位于所述正极高压臂或负极高压臂的中心处。
[0025]本实施例中，在高压侧电极与低压侧电极表面分别安装合适长度与直径的高压侧均压套筒和低压侧均压套筒，由于在实际工作中，高压导体对高压臂电阻本身存在分布的杂散电容，低压臂也同样存在杂散的电容，而本实施例通过安装均压套筒使得所述测量装置的稳态和瞬态分压比接近一致，获得更好的方波响应。
[0026]本实施例中的高压电阻为低感电阻，所述高压电阻减小了测量装置的回路电感值，提高了所述装置的高频相应性能。
[0027]在一个实施例中，所述高压侧电极一端为圆筒结构，所述圆筒结构的内壁设置有内螺纹；所述高压侧电极另一端为圆柱结构，所述圆柱结构的一端表面具有螺丝孔和沉头通孔，所述螺丝孔用于将高压侧电极和挂钩链接；所述沉头通孔用于灌充绝缘油；所述高压侧电极的圆柱结构的另一端表面的中心处具有圆柱状空心凸台，且所述圆柱状空心凸台穿过高压侧电极的圆筒结构。
[0028]本实施例用于介绍高压侧电极的结构特点，其一端为圆筒结构，另一端为实心圆柱结构，其为圆筒结构的一端的内壁的一部分或者全部具有内螺纹，所述高压侧电极具有圆柱结构的一端通过所述挂钩与被测点相连接，测量被测点的电压。所述灌充的绝缘油可为93#变压器油或其他变压器油，用于调高高压臂的耐压值，并且提高了装置的电压测量范围。所述空心凸台用于将高压电阻上端的香蕉头插入其中，保证高压电阻的固定及其与高压侧电极的电气连接。
[0029]在一个实施例中，所述低压侧电极一端为圆筒结构，所述圆筒结构的内壁设置有内螺纹；所述低压侧电极的另一端为圆柱结构，且圆柱结构一端的中心处设置有通孔。
[0030]所述低压侧电极圆筒结构一端的内螺纹长度可以贯穿整个圆筒结构内壁或者只在圆筒结构的内壁一部分上存在，此处不做限制。
[0031]所述有机玻璃外筒为圆筒结构，且所述圆筒结构的两端外壁均设置外螺纹，所述外螺纹用于与高压侧电极圆筒结构一端内壁的内螺纹和低压侧电极圆筒结构一端内壁的被螺纹相配合。
[0032]所述有机玻璃外筒两端外币的外螺纹长度以能与高压侧电极圆筒结构一端内壁的内螺纹和低压侧电极圆筒结构一端内壁的被螺纹相配合为准，此处不做特别限制。
[0033]在本实施例中，所述有机玻璃外筒作为一个连接件，用于将高压侧电极与低压侧电极相连接，并且所述有机玻璃机械强度高，绝缘性能好，耐热，易于成型且透光性好；选用有机玻璃材料作为外筒材料可以保证高压侧电极与低压侧电极之间良好绝缘，可以保证整个高压臂良好的机械强度，同时便于使用者观察探头内部状况；所述有机玻璃外筒的长度以高压电阻及一些连接件的长度有关。
[0034]在一个实施例中，所述正极高压臂或者负极高压臂还包括有香蕉头、穿心杆、绝缘子和BNC接头；所述高压电阻为低感电阻，所述高压电阻一端通过香蕉头插入高压侧电极圆柱结构一端表面中心处的圆柱状空心凸台中，所述高压电阻的另一端通过穿心杆与绝缘子固定在低压侧电极圆柱结构一端中心的通孔处；所述穿心杆与BNC接头的插针的一端相连接，并通过穿心杆的拉紧螺母与低压侧电极绝缘固定；所述BNC接头的插针的另一端与正极或负极双屏蔽电缆一端的内层导体相连接；所述BNC接头的插壳固定于所述低压侧电极上，并与正极或负极双屏蔽电缆一端的外层导体相连接。
[0035]进一步，本实施例中所述的穿心杆为轴对称结构，可以看作两段不同直径圆柱的同轴组合体，且两个端面都有圆孔。低感电阻插入上端圆柱的圆孔中，BNC接头的插针插入下端圆柱的圆孔中。穿心杆上端圆柱的直径略大于下端圆柱，便于将其固定在下电极的中心孔上。
[0036]本实施例重点在阐述正极高压臂或者负极高压臂的结构及其构件之间的位置和连接关系。
[0037]在一个实施例中，所述正极双屏蔽电缆与负极双屏蔽电缆的两端外层导体短路，用于消除电磁干扰。
[0038]在本实施例中，所述正极双屏蔽电缆与负极双屏蔽电缆长度均为20m左右，方便进行远端测量，本实施例中的正极双屏蔽电缆与负极双屏蔽电缆的两端外层导体分别短路，由于所述正极高压臂和负极高压臂完全相同，正极和负极双屏蔽电缆所述电缆完全相同，故外界干扰在两根电缆外层导体产生的感应波将同时进入电缆内层中，通过正负电压差消去此干扰。
[0039]在一个实施例中，所述正极同轴衰减器和负极同轴衰减器的阻抗为50 Ω，带宽4GHz，衰减 20dB。
[0040]在一个实施例中，所述正极匹配电阻和负极匹配电阻的阻值为50Ω，用于与正极同轴衰减器和负极同轴衰减器的阻抗相匹配。
[0041]本实施例所述的正极或者负极阻抗匹配可以避免在示波器入口处出现反射波，保证示波器测到的信号为经同轴衰减器衰减后的输出信号。
[0042]在一个实施例中，如图1所示，一种高压差分测量装置，包括正极高压臂1，正极双屏蔽电缆3，正极同轴衰减器5，负极高压臂2，负极双屏蔽电缆4，负极同轴衰减器6，2个50 Ω匹配电阻7。正极高压臂I通过挂钩8与正极测点连接，负极高压臂2通过挂钩8与负极测点连接，高压臂和同轴衰减器通过双屏蔽电缆连接，2条双屏 蔽电缆首端外层导体短路、末端外层导体短路，同轴衰减器并联50 Ω匹配电阻后接入示波器；通过将高压臂内部的高压电阻12与双屏蔽电缆入口波阻抗串联，对高压信号进行分压，并将得到的低压信号通过同轴电缆传输给同轴衰减器，经过同轴衰减器二次分压后传入示波器，将正极探头测量信号与负极探头测量信号在示波器中相减得到差分电压。
[0043]如图2所示，所述的正极高压臂I与负极高压臂2结构完全相同，为同轴对称结构；高压侧电极9与低压侧电极16的形状为开口的圆筒状，内壁上设置有内螺纹；有机玻璃外筒13为圆柱状，外壁设置有与高压侧电极9、低压侧电极16内壁螺纹相配合的外螺纹；有机玻璃外筒13的一端与高压侧电极9相配合，另一端与低压侧电极16相配合。
[0044]高压侧电极上表面中心处通过螺丝孔与挂钩8配合；上表面偏心处有沉头通孔，方便灌充绝缘油，下表面中心处有圆柱形凸台；高压电阻12位于高压臂中心，高压电阻12上端通过香蕉头11插入与高压侧电极9下表面中心处凸台中，高压电阻12下端通过穿心杆14与绝缘子17固定在低压侧电极16沉头通孔上，穿心杆14中心与BNC接头插针19连接，并通过穿心杆拉紧螺母18与低压侧电极16绝缘固定，插针19另一端与双屏蔽电缆3或4 一端的内层导体相连，该BNC接头的插壳20固定于低压侧电极16上，并与同轴电缆双屏蔽电缆3或4 一端的外层导体相连接。
[0045]高压侧均压套筒10与低压侧均压套筒15分别通过螺丝固定在高压侧电极9下表面与低压侧电极16上表面；高压电阻12为低感电阻，高压臂中灌充93#变压器油。
[0046]双屏蔽电缆3、4首端与低压侧电极BNC接头19、20连接，末端与同轴衰减器5、6入端连接；正极双屏蔽电缆3与负极双屏蔽电缆4均为20m长，正极双屏蔽电缆3与负极双屏蔽电缆4的首、末端外层导体分别短路；同轴衰减器5、6参数相同，阻抗为50 Ω、带宽4GHz、衰减系数20dB，首端接双屏蔽电缆3、4末端，末端接入示波器输入端；50Ω匹配电阻7并联在示波器输入端与接地端之间，与同轴衰减器5、6的阻抗相匹配。
[0047]本发明的原理:
[0048]本发明由正极高压臂，正极双屏蔽电缆，正极同轴衰减器，负极高压臂，负极双屏蔽电缆，负极同轴衰减器，2个50Ω匹配电阻组成；其中，正极高压臂的高压侧与高压臂中高压电阻的一端和高压源的正极测点相连，负极高压臂的高压侧与高压臂中高压电阻的一端和高压源的负极测点相连；正极高压臂、负极高压臂中高压电阻的另一端分别与正极双屏蔽电缆、负极双屏蔽电缆一端的内层导体相连；正极高压臂、负极高压臂的低压侧分别与正极双屏蔽电缆、负极双屏蔽电缆一端的外层导体相连；正极双屏蔽电缆、负极双屏蔽电缆的另一端分别与正极同轴衰减器、负极同轴衰减器的一端相连；50Ω匹配电阻的一端分别与正极同轴衰减器、负极同轴衰减器和示波器的输入端相连；50Ω匹配电阻的另一端接地；靠近高压臂低压侧的一端的正极双屏蔽电缆、负极双屏蔽电缆外层导体短路，靠近同轴衰减器的一端的正极双屏蔽电缆、负极双屏蔽电缆外层导体短路并接地。
[0049]正极测点电压信号经过正极高压臂与正极双屏蔽电缆入口阻抗分压，得到的低压信号通过正极双屏蔽电缆传入正极同轴衰减器中进行二次分压，在示波器中获得正极低压信号；同理，可以同时在示波器中获得负极低压信号；将正极信号与负极信号相减即得到被测点之间的差分信号。
[0050]在实现形式上，本发明在高压侧电极表面与低压侧电极表面分别安装合适长度与直径的高压侧均压套筒与低压侧均压套筒；使得系统的稳态和瞬态分压比接近一致，获得了更好的方波响应；本发明在高压臂中灌充93#变压器油；提高高压臂耐压值，提高装置的电压测量范围；本发明的高压电阻为低感电阻，减小了测量装置的回路电感值，保证了测量装置的高频响应性能；本发明的正极双屏蔽电缆与负极双屏蔽电缆均为20m长，能够方便进行远端测量；本发明的正极双屏蔽电缆与负极双屏蔽电缆的首、末端外层导体分别短路，电缆外层导体感应的干扰信号将同时进入电缆内层中，该干扰在差分运算中将被消除，该结构能够减小电磁干扰。
[0051]本发明的特性参数说明:
[0052]电压测量范围:冲击50kV ；
[0053]电压上升时间:3ns ；
[0054]部分响应时间:L 9ns;
[0055]过冲:8.7%;
[0056]高频截止频率:117MHz。
[0057]以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高压差分测量装置，其特征在于， 所述装置包括:正极高压臂、负极高压臂、正极双屏蔽电缆、负极双屏蔽电缆、正极同轴衰减器、负极同轴衰减器、正极匹配电阻、负极匹配电阻和示波器； 所述正极高压臂一端与正极测点相连接，另一端通过正极双屏蔽电缆与正极同轴衰减器相连接，所述正极同轴衰减器的另一端与正极匹配电阻并联后接入示波器中； 所述负极高压臂一端与负极测点相连接，另一端通过负极双屏蔽电缆与负极同轴衰减器相连接，所述负极同轴衰减器的另一端与负极匹配电阻并联后接入示波器中； 所述示波器用于获得正极测点与负极测点之间的差分信号。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，优选的，所述正极高压臂和负极高压臂具有相同的同轴对称结构；所述正极高压臂和负极高压臂包括:高压侧电极、低压侧电极、高压侧均压套筒、低压侧均压套筒、有机玻璃外筒、高压电阻和挂钩； 所述高压侧电极与低压侧电极通过有机玻璃外筒连接； 所述高压侧均压套筒固定在高压侧电极一端； 所述低压侧均压套筒固定在低压侧电极一端； 所述高压侧电极通过挂钩与正极测点或者负极测点相连接； 所述低压侧电极与正极双屏蔽电缆或者负极双屏蔽电缆相连接； 所述高压电阻位于所述正极高压臂或负极高压臂中心处。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于:所述正极高压臂或者负极高压臂还包括有香蕉头、穿心杆、绝缘子和BNC接头。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于:所述高压侧电极一端为圆筒结构，所述圆筒结构的内壁设置有内螺纹；所述高压侧电极另一端为圆柱结构，所述圆柱结构的一端表面具有螺丝孔和沉头通孔，所述螺丝孔用于将高压侧电极和挂钩连接；所述沉头通孔用于灌充绝缘油；所述高压侧电极的圆柱结构的另一端表面的中心处具有圆柱状空心凸台，且所述圆柱状空心凸台的纵向长度大于所述高压侧电极的圆筒结构的纵向长度。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于:所述低压侧电极一端为圆筒结构，所述圆筒结构的内壁设置有内螺纹；所述低压侧电极的另一端为圆柱结构，且圆柱结构一端的中心处设置有通孔。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于:所述有机玻璃外筒为圆筒结构，所述圆筒结构两端的外壁均设置有外螺纹，所述外螺纹用于与高压侧电极圆筒结构一端内壁的内螺纹和低压侧电极圆筒结构一端内壁的内螺纹相配合。7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于:所述高压电阻为低感电阻，所述高压电阻一端通过香蕉头插入高压侧电极圆柱结构一端表面中心处的圆柱状空心凸台中，所述高压电阻的另一端通过穿心杆与绝缘子固定在低压侧电极圆柱结构一端中心的通孔处；所述穿心杆与BNC接头的插针的一端相连接，并通过穿心杆的拉紧螺母与低压侧电极绝缘固定；所述BNC接头的插针的另一端与正极或负极双屏蔽电缆一端的内层导体相连接；所述BNC接头的插壳固定于所述低压侧电极上，并与正极或负极双屏蔽电缆一端的外层导体相连接。8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述正极双屏蔽电缆与负极双屏蔽电缆的两端外层导体短路，用于消除电磁干扰。9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述正极同轴衰减器和负极同轴衰减器的阻抗为50 Ω，带宽为4GHz，衰减系数为20dB。10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述正极匹配电阻和负极匹配电阻的电阻值为50 Ω，用于与正极同轴衰减器和负极同轴衰减器的阻抗相匹配。
【专利摘要】本发明公开了一种高压差分测量装置，所述装置包括：正极高压臂、负极高压臂、正极双屏蔽电缆、负极双屏蔽电缆、正极同轴衰减器、负极同轴衰减器、正极匹配电阻、负极匹配电阻和示波器；本发明在高压侧电极表面与低压侧电极表面分别安装合适长度与直径的高压侧均压套筒与低压侧均压套筒，使得测量装置的稳态和瞬态分压比接近一致，获得较好的方波响应。本发明在正极双屏蔽电缆与负极双屏蔽电缆的首、末端外层导体分别短路，由于两组探头高压臂完全相同，双屏蔽电缆完全相同，故外界干扰在两根电缆外层导体产生的感应波会在相同时刻到达端口处，通过正、负极电压差分可以消去此干扰。
【IPC分类】G01R19/10
【公开号】CN104897947
【申请号】CN201510320786
【发明人】丁卫东, 苟杨, 王亚楠, 范川, 刘云飞, 李志兵
【申请人】西安交通大学, 国家电网公司, 中国电力科学研究院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月11日
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