寬頻電容式分壓器是一種具有寬頻帶的電壓測量裝置。寬頻電容式分壓器可以解決電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器（CVT）在諧波條件下頻率回響差的的問題。有關研究表明，在20次諧波條件下的電磁式電壓互感器的測量誤差已經達到±2%，而CVT在偏離基本的測試頻率下，最大誤差可達77%。因此，為在高次諧波下準確獲得電網側諧波信號，需要研製一種具有較高頻帶的電壓測量裝置。
基本介紹
- 中文名：寬頻電容式分壓器
- 外文名：broadband capacitive voltage divider
- 作用：測量電壓
- 特點：寬頻
- 潛在威脅：寬頻分壓電容阻抗特性的變化
- 優點：誤差小，準確
簡介,裝置的研製,基本思想,成果,案例分析,相關研究,
簡介
隨著現代工業的發展，電力系統中接入越來越多的非線性負荷，導致系統內電壓電流諧波畸變越來越嚴重。而系統內電能質量分析和電能計量均需要從電壓互感器二次取信號，傳統的互感器由於傳變特性的不足，在高頻條件下存在較大的測量誤差。有關研究表明，在20次諧波條件下的電磁式電壓互感器的測量誤差已經達到±2%，而CVT在偏離基本的測試頻率下，最大誤差可達77%。因此，為在高次諧波下準確獲得電網側諧波信號，需要研製一種具有較高頻帶的電壓測量裝置。波蘭學者研製的一台高精度寬頻400kV電阻分壓器，分壓器使用PCB板將各電阻串聯，通過控制箱將二次信號通過光纖傳送至後端電能質量分析儀進行電能質量分析。分壓器在10Hz~10kHz信號條件下可滿足±3%的比例誤差要求。然而採用電阻分壓的結構，在設計上需要對大量電阻進行篩選，並進行完善的禁止，減少分布電容對分壓器相位差的影響。工藝複雜，工作量大。如果採用電容分壓器，相位差將不受分布電容的影響。
裝置的研製
基本思想
通常情況，理想電容器的比例是與頻率無關的，且具有較小的角度偏差。常規電容分壓器由於其電容器介質損耗的存在以及不一致性，導致在高頻條件下出現較大的比例誤差。而壓縮氣體標準電容器從原理和結構上更接近理想電容器，壓縮氣體標準電容器是高壓試驗室中必不可少的一種精密標準設備，其電容量穩定性好，介質損耗較小。如將壓縮氣體標準電容器串聯組成電容分壓器將在較寬的頻帶內具有較高的測量準確度。基於本思想，文獻設計了一種基於壓縮氣體標準電容器的電容分壓器，將高低壓電極設計在一個封閉的氣體容器內，配合後級電壓信號調理電路，分壓器的整體測量誤差在50~2500Hz範圍內滿足±0.1%。
成果
文獻將2種常用的壓縮氣體標準電容器設計構成了1台用於諧波測量的寬頻電容分壓器，並設計了後級電壓信號調理單元。使用電磁場仿真軟體輔助完成分壓器主絕緣和電容量的設計；採用雙級緩衝電路實現對分壓器整體誤差的調整。經測試分壓器滿足10kV電力系統絕緣配合設計要求，在2500Hz條件下其測量時誤差滿足互感器0.1級要求。
案例分析
中國首條1000kV特高壓交流示範工程晉東南（長治）—南陽—荊門線路段共有18台特高壓CVT投入運行，該示範工程在2011年底進行擴建調試的過程中，由於隔離開關操作導致的快速瞬態過電壓曾造成特高壓CVT損毀的事故，且主要為最下節低壓分壓電容損毀。根據實驗測量的數據發現，寬頻下某些頻段內電容分壓器的高壓電容和低壓電容阻抗特性將會發生不同程度的變化，這很有可能會導致電容分壓不準確，進而有可能導致電容分壓器某節電容損毀，可見寬頻下分壓電容阻抗特性的變化是導致電容分壓器損毀的一個潛在因素。
相關研究
文獻為了提高特高壓電容式電壓互感器的瞬態性能，分析其在較寬領域內的分壓特性，以某公司生產的1000kV特高壓電容分壓器為實驗對象，進行了特高壓電容分壓器阻抗的測量，建立了特高壓電容分壓器的寬頻等效電路模型。首先，測量特高壓電容分壓器的阻抗；其次，基於測量得到的數據結合矢量匹配法和電路綜合理論，建立了特高壓電容分壓器的寬頻等效電路模型，並利用模式搜尋算法對等效電路進行無源修正；最後，利用所建立的模型，分析特高壓電容分壓器在不同頻率下的分壓特性，為合理設定均壓裝置以及改善特高壓的製造工藝提供理論依據。
