《GIS中電壓互感器校驗系統》是國家電網公司、江蘇省電力公司、江蘇省電力公司電力科學研究院和武漢磐電科技有限公司於2013年5月29日申請的專利，該專利的公布號為CN103336260A，申請號為2013102054961，授權公布日為2013年10月2日，發明人是黃奇峰、徐敏銳、王忠東、盧樹峰、楊世海、陳銘明、孫軍、胡利峰。
《GIS中電壓互感器校驗系統》公開了一種GIS中電壓互感器校驗系統，包括智慧型變頻控制電源、勵磁變壓器、高壓自動補償電抗器、一體化高壓標準電壓互感器、智慧型現場校驗儀及負荷箱，所述智慧型變頻控制電源的輸出端連線勵磁變壓器的輸入端子，勵磁變壓器的輸出端子連線高壓自動補償電抗器的低壓端子，高壓自動補償電抗器的高壓端子連線GIS內電壓互感器的高壓端，GIS內電壓互感器的高壓端子並聯外部的一體化高壓變壓器的高壓端子，所述智慧型變頻控制電源還具有一根信號控制線連線高壓自動補償電抗器的電機驅動機構。該發明具備很高的補償效率，電源的波形好，無恢復過電壓，避免設備二次擊穿。
2018年12月20日，《GIS中電壓互感器校驗系統》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《GIS中電壓互感器校驗系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：GIS中電壓互感器校驗系統
- 公布號：CN103336260A
- 授權日：2013年10月2日
- 申請號：2013102054961
- 申請日：2013年5月29日
- 申請人：國家電網公司、江蘇省電力公司、江蘇省電力公司電力科學研究院、武漢磐電科技有限公司
- 地址：北京市西城區西長安街86號
- 發明人：黃奇峰、徐敏銳、王忠東、盧樹峰、楊世海、陳銘明、孫軍、胡利峰
- Int.Cl.：G01R35/02(2006.01)I; H01F27/24(2006.01)I
- 代理機構：南京縱橫智慧財產權代理有限公司
- 代理人：董建林、許婉靜
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
對GIS內電壓互感器校驗時，不能完全把電壓互感器獨立出來，要帶上一定的間隔數和一定的長度的母線，就有一定的對地電容。由於GIS間隔和母線的存在，在升壓時就存在電容電流，且GIS氣室管道尺寸規格不同、長度不一以及接線布置方式不盡統一，造成了GIS管道電容量的不確定性。但是由於管道電容量不確定，現場試驗時要達到50赫茲的諧振頻率，需多次反覆調整電抗值，費時費力，工作效率低，對互感器現場誤差試驗帶來了新的困難，也是目前國內進行GIS中電磁式電壓互感器誤差試驗面臨的普遍問題。
由於高壓可調電抗器設計困難，目前在實際產品中往往採取在試驗變壓器中設計一個中低壓補償繞組，這個補償繞組接上低壓可調電抗器進行補償。但是，吸收大量容性無功的電容存在於一次迴路，如果在試驗變的二次進行補償的話，只能補償電源容量，試驗變的容量還是得和一次需要的容量一樣，得不到補償，所以容量大，體積和重量都大。
2013年5月之前常用的補償方法：如圖1所示，由於高壓可調電抗器設計困難，目前在實際產品中往往採取在試驗變壓器中設計一個中低壓補償繞組，這個補償繞組接上低壓可調電抗器進行補償。但是，吸收大量容性無功的電容存在於一次迴路，如果在試驗變的二次進行補償的話，只能補償電源容量，試驗變的容量還是得和一次需要的容量一樣，得不到補償，所以容量大，體積和重量都大。
2013年5月之前方法的優點是：補償電抗器的電壓不高，設計簡單，補償後，試驗電源的容量可大大減小，試驗電源的實現較為容易。
2013年5月之前方法的缺點是：變壓器的輸出電壓和容量不能得到補償，所以不能減小，補償電感的設計為可調，一般這種可調電抗器的設計為單台，容量大，補償時電磁應力大，震動聲很大，補償的效率不高。
發明內容
專利目的
《GIS中電壓互感器校驗系統》所要解決的技術問題是提供一種GIS內電壓互感器校驗的系統，解決變壓器的輸出電壓和容量不能得到補償的問題。
《GIS中電壓互感器校驗系統》所要解決的另一個技術問題是提供一種GIS內電壓互感器校驗的系統，解決2013年5月之前的補償方法中電磁應力大、震動聲很大及補償的效率不高的問題。
技術方案
為解決上述技術問題，《GIS中電壓互感器校驗系統》提供一種GIS中電壓互感器校驗系統，包含智慧型變頻控制電源、勵磁變壓器、高壓自動補償電抗器、一體化高壓標準電壓互感器、智慧型現場校驗儀及負荷箱，所述智慧型變頻控制電源的輸出端連線勵磁變壓器的輸入端子，勵磁變壓器的輸出端子連線高壓自動補償電抗器的低壓端子，高壓自動補償電抗器的高壓端子連線GIS內電壓互感器的高壓端，GIS內電壓互感器的高壓端子並聯外部的一體化高壓變壓器的高壓端子，所述智慧型變頻控制電源還具有一根信號控制線連線高壓自動補償電抗器的電機驅動機構，驅動電機在直線滑軌上做直線步進運動，改變其氣隙從而改變電感量的大小。
前述的GIS中電壓互感器校驗系統，其特徵在於：電壓轉換器將GIS內電壓互感器的二次電壓隔離變換為智慧型變頻控制電源匹配的電壓。
前述的GIS中電壓互感器校驗系統，其特徵在於：智慧型現場校驗儀分別與GIS內電壓互感器及外接的一體化高壓標準電壓互感器連線，負荷箱與GIS內電壓互感器連線。
前述的GIS中電壓互感器校驗系統，其特徵在於：所述高壓自動補償電抗器至少包括一組電抗器，每組電抗器串聯連線並且積木式上下布置，每組電抗器包括鐵芯和纏繞在鐵芯外側的高壓線圈，所述鐵芯包括定鐵芯和動鐵芯，所述動鐵芯與動鐵芯連線裝置直連線、動鐵芯連線裝置設定在滑動導軌上，控制機構控制動鐵芯連線裝置沿滑動導軌直線運動。
前述的GIS中電壓互感器校驗系統，其特徵在於：所述動鐵芯和定鐵芯為U型結構，動鐵芯和定鐵芯的U型開口處相對設定，調節螺母設定在定鐵芯內，絲桿穿過調節螺母和動鐵芯。
前述的GIS中電壓互感器校驗系統，其特徵在於：所述定鐵芯和動鐵芯由不同寬度的矽鋼片疊制而成。
前述的GIS中電壓互感器校驗系統，其特徵在於：所述定鐵芯和動鐵芯的矽鋼片外圍分別設定有定鐵芯筒箍和動鐵芯筒箍。
前述的GIS中電壓互感器校驗系統，其特徵在於：在定鐵芯外側設定有定鐵芯罩，在動鐵芯外側設定有動鐵芯罩。
前述的GIS中電壓互感器校驗系統，其特徵在於：定鐵芯及定鐵芯罩通過澆注樹脂形成一個整體，動鐵芯與動鐵芯罩也澆注成一個整體。
前述的GIS中電壓互感器校驗系統，其特徵在於：在U型的定鐵芯、動鐵芯的兩個芯柱上分別放置一個高壓線圈，高壓線圈繞制在襯筒（環氧材料）上，定鐵芯、動鐵芯間的芯柱分別於兩側同時穿過襯筒。
前述的GIS中電壓互感器校驗系統自動補償電抗器，其特徵在於：在所述高壓線圈的兩端側設定有支撐板一和支撐板二，絕緣筒設定在支撐板一和支撐板二之間，支撐板一和支撐板二的外側分別設定有後蓋板和前蓋板。
有益效果
《GIS中電壓互感器校驗系統》的GIS中電壓互感器校驗系統，補償後試驗電源和勵磁變壓器的容量大大減小，勵磁變壓器的電壓也大大降低，基於串聯諧振原理的補償方式，具備很高的補償效率，電源的波形好，無恢復過電壓，避免設備二次擊穿；《GIS中電壓互感器校驗系統》有效實現了GIS內電壓互感器校驗的電源補償，解決了目前國內進行GIS中電磁式電壓互感器誤差試驗中升壓所面臨的普遍問題。
附圖說明
圖1是常用的變壓器側補償方式的原理圖；
圖2是為《GIS中電壓互感器校驗系統》的補償方式的原理方法原理圖。
圖3是為《GIS中電壓互感器校驗系統》的補償方式的整體接線圖；
圖4是《GIS中電壓互感器校驗系統》的智慧型現場校驗儀及負荷箱接線圖；
圖5為《GIS中電壓互感器校驗系統》的高壓自動補償電抗器的外形及部件示意圖；
圖6是《GIS中電壓互感器校驗系統》的勵磁變壓器結構示意圖；
圖7a是定鐵芯剖面結構示意圖；
圖7b是定鐵芯整體結構示意圖；
圖8a是動鐵芯剖面結構示意圖；
圖8b是動鐵芯整體結構示意圖；
圖9是《GIS中電壓互感器校驗系統》高壓自動補償電抗器的安裝結構示意圖。
附圖中的含義標記如下：
1定鐵芯罩，2定鐵芯，3端蓋一，4盤頭螺釘，5調節螺母，6定鐵芯筒箍，7後蓋板，8支撐板一，9絕緣筒，10高壓線圈，11插座，12緊固螺釘，13螺母，14套，15墊圈，16支撐板二，17前蓋板，18筒箍調節螺母，19動鐵芯筒箍，20動鐵芯罩，21端蓋二，22絲桿，23動鐵芯，24鎖緊螺母，25襯筒，26勵磁變壓器；27動鐵芯連線裝置；28控制機構；29滑動導軌；31勵磁變外殼；32標準國標鐵芯；33線包一；34線包二；35線包固定機構。
技術領域
《GIS中電壓互感器校驗系統》涉及一種GIS內電壓互感器校驗的系統，屬於高壓測試的技術領域。
權利要求
1.一種GIS中電壓互感器校驗系統，其特徵在於：包括智慧型變頻控制電源、勵磁變壓器、高壓自動補償電抗器、一體化高壓標準電壓互感器、智慧型現場校驗儀及負荷箱，所述智慧型變頻控制電源的輸出端連線勵磁變壓器的輸入端子，勵磁變壓器的輸出端子連線高壓自動補償電抗器的低壓端子，高壓自動補償電抗器的高壓端子連線GIS內電壓互感器的高壓端，GIS內電壓互感器的高壓端子並聯外部的一體化高壓變壓器的高壓端子，所述智慧型變頻控制電源還具有一根信號控制線連線高壓自動補償電抗器的電機驅動機構，所述高壓自動補償電抗器至少包括一組電抗器，每組電抗器串聯連線並且積木式上下布置，每組電抗器包括鐵芯和纏繞在鐵芯外側的高壓線圈，所述鐵芯包括定鐵芯和動鐵芯，所述動鐵芯與動鐵芯連線裝置直連線、動鐵芯連線裝置設定在滑動導軌上，控制機構控制動鐵芯連線裝置沿滑動導軌直線運動。
2.根據權利要求1所述的GIS中電壓互感器校驗系統，其特徵在於：電壓轉換器將GIS內電壓互感器的二次電壓隔離變換為智慧型變頻控制電源匹配的電壓。
3.根據權利要求1所述的GIS中電壓互感器校驗系統，其特徵在於：智慧型現場校驗儀分別與GIS內電壓互感器及外接的一體化高壓標準電壓互感器連線，負荷箱與GIS內電壓互感器連線。
4.根據權利要求1所述的GIS中電壓互感器校驗系統，其特徵在於：所述動鐵芯和定鐵芯為U型結構，動鐵芯和定鐵芯的U型開口處相對設定，調節螺母設定在定鐵芯內，絲桿穿過調節螺母和動鐵芯。
5.根據權利要求1所述的GIS中電壓互感器校驗系統，其特徵在於：所述定鐵芯和動鐵芯由不同寬度的矽鋼片疊制而成。
6.根據權利要求1所述的GIS中電壓互感器校驗系統，其特徵在於：所述定鐵芯和動鐵芯的矽鋼片外圍分別設定有定鐵芯筒箍和動鐵芯筒箍。
7.根據權利要求1所述的GIS中電壓互感器校驗系統，其特徵在於：在定鐵芯外側設定有定鐵芯罩，在動鐵芯外側設定有動鐵芯罩。
8.根據權利要求1所述的GIS中電壓互感器校驗系統，其特徵在於：定鐵芯及定鐵芯罩通過澆注樹脂形成一個整體，動鐵芯與動鐵芯罩也澆注成一個整體。
9.根據權利要求1所述的GIS中電壓互感器校驗系統，其特徵在於：在U型的定鐵芯、動鐵芯的兩個芯柱上分別放置一個高壓線圈，高壓線圈繞制在襯筒上，定鐵芯、動鐵芯間的芯柱分別於兩側同時穿過襯筒。
10.根據權利要求9所述的GIS中電壓互感器校驗系統，其特徵在於：在所述高壓線圈的兩端側設定有支撐板一和支撐板二，絕緣筒設定在支撐板一和支撐板二之間，支撐板一和支撐板二的外側分別設定有後蓋板和前蓋板。
實施方式
如圖1所示，常用的變壓器側補償方式的原理及優缺點。作為現場試驗升壓的電源，隨著試品的電容量的增大，容性電流增加，試驗電源的功率加大，設備笨重且現場取電不便等因素，導致試驗無法開展。常用的方法是配備中壓補償電感的補償繞組，引入感性分量，能夠調整諧振變壓器內部阻抗，形成諧振的試驗迴路。有效的減小低壓繞組的輸入容量，使輸入電源體積小，重量輕，便於取電。
但是，因為在中間補償，作為升壓的變壓器位於一次側不能被補償，所以容量不能小，變壓器的電壓和電流必須到達試驗所需的電壓和電流，絕緣要求高，體積相應的較大；而且，由於對應的試品電容量未知，補償電感的電感量也不同，電感的調節比較麻煩，每次都得進行幾次補償才能到達效果，增加了勞動強度；針對不同的試品，單個的補償電感的容量大，因為電感是可調節的，所以機械應力大，震動聲大，嚴重影響現場試驗的效果。
如圖2所示，在試品端進行一次補償，可以對除試品外的所有設備進行補償，電源以及變壓器都能夠有效的得到補償，容量減小，電壓降低，絕緣便於出來，體積重量也相應的減小。但是，作為補償的電抗器絕緣要求高，容量大，這個給生產的廠家帶來了新的技術難題。
《GIS中電壓互感器校驗系統》的整體接線如圖3所示，系統包含智慧型變頻控制電源、勵磁變壓器、高壓自動補償電抗器、一體化高壓標準電壓互感器、智慧型現場校驗儀及負荷箱，所述智慧型變頻控制電源的輸出端連線勵磁變壓器的輸入端子，勵磁變壓器的輸出端子連線高壓自動補償電抗器的低壓端子，高壓自動補償電抗器的高壓端子連線GIS內電壓互感器的高壓端，GIS內電壓互感器的高壓端子並聯外部的一體化高壓變壓器的高壓端子，所述智慧型變頻控制電源還具有一根信號控制線連線高壓自動補償電抗器的電機驅動機構，驅動電機在直線滑軌上做直線步進運動，改變其氣隙從而改變電感量的大小。圖中電壓轉換器將GIS內電壓互感器的二次電壓隔離變換為智慧型變頻控制電源匹配的電壓，便於高壓的採樣。
如圖4所示，智慧型現場校驗儀分別與GIS內電壓互感器及外接的一體化高壓標準電壓互感器連線，負荷箱與GIS內電壓互感器連線。
《GIS中電壓互感器校驗系統》中高壓自動補償電抗器所採用的是一種自動可調的高壓積木式可調電抗器，在一次側串聯諧振的方式補償，可調電抗器與一次存在的電容在同一個點，這樣試驗變壓器的容量和電壓都會大大的減小，電壓也大大的降低，體積和重量就會大大的減小，為設備的小型化車載化提供了重要的保證。而且，採用串聯諧振，當試品被擊穿時系統自動失諧，高電壓消失，從而保護了試品。
如圖5所示，《GIS中電壓互感器校驗系統》的一個具體實施例中，單個電抗器包括兩個高壓線圈串聯，圖9中上下芯柱上各一個線包；每組電抗器串聯連線並且積木式上下布置，每組電抗器包括鐵芯和纏繞在鐵芯外側的高壓線圈，所述鐵芯包括定鐵芯2和動鐵芯23，所述動鐵芯與動鐵芯連線裝置27直連線、動鐵芯連線裝置設定在滑動導軌29上，控制機構28控制動鐵芯連線裝置沿滑動導軌直線運動。定鐵芯固定不動，動鐵芯通過動鐵芯連線裝置一體連線，並放置在滑動導軌上，通過電動控制機構使動鐵芯連線裝置做水平移動，從而改變動、定鐵芯間的氣隙，通過改變氣隙從而達到改變可調電抗器的電感量的目的。
所述動鐵芯和定鐵芯為U型結構，動鐵芯和定鐵芯的U型開口處相對設定，調節螺母5設定在定鐵芯2內，絲桿22穿過調節螺母5和動鐵芯23。
所述定鐵芯和動鐵芯由不同寬度的矽鋼片疊制而成。
所述定鐵芯和動鐵芯的矽鋼片外圍分別設定有定鐵芯筒箍6和動鐵芯筒箍19。
在定鐵芯外側設定有定鐵芯罩1，在動鐵芯外側設定有動鐵芯罩20。定鐵芯及定鐵芯罩通過澆注樹脂形成一個整體，同樣的動鐵芯與動鐵芯罩也澆注成一個整體，定鐵芯與動鐵芯是用高性能的矽鋼片按一定的寬度與片數疊制而成，定鐵芯罩與動鐵芯罩是將定鐵芯、動鐵芯通過澆注樹脂後固定的裝置，防止定、動鐵芯受力鬆散。定鐵芯罩與動鐵芯罩分別置於定鐵芯及動鐵芯上，位於電抗器的兩側，沒有物理連線。
定鐵芯、動鐵芯的芯柱分別於高壓線圈的兩側穿過繞制高壓線圈的襯筒，既達到鐵芯勵磁的目的，也達到了鐵芯與高壓線圈的絕緣作用。勵磁變壓器置於電抗器組的底座下部，其用於外部電源對電抗器的勵磁升壓且隔離一次電壓與輸入電壓，有效的防止高電壓的反擊傷害操作電源及試驗人員。
電抗器部分利用絲桿與動鐵芯罩相連帶動動鐵芯，鐵芯連線裝置將四個電抗器的動鐵芯部分連線在一起，電動控制機構根據當前諧振情況分析判斷電抗器的電感量與試品在工頻下諧振是偏大還是偏小，決定電抗器的氣隙是增大還是減小，然後讓電動結構控制動鐵芯連線裝置在滑動導軌上做左右的水平運動，從而達到改變電抗器動鐵芯與定鐵芯的空氣氣隙間隔，改變電抗器電感量的目的。
在所述線包的兩端側設定有支撐板一8和支撐板二16，絕緣筒9設定在支撐板一和支撐板二之間，支撐板一和支撐板二的外側分別設定有後蓋板7和前蓋板17。
端蓋一3或端蓋二上設有三個開孔，定鐵芯罩、動鐵芯罩的平面上也設有三個對應的開孔，通過盤頭螺釘4固定端蓋將絲桿與動鐵芯、定鐵芯（動鐵芯、定鐵芯罩與動、定鐵芯分別澆注成整體了）固定在一起。插座11、緊固螺釘12、螺母13、套14及墊圈15是一整套裝置，主要是用於高壓線圈銅線的引出的；緊固螺釘用於壓緊銅線，插座、螺母是用於外接輸出的端子，套及墊圈是插座與絕緣筒間密封及絕緣的。
動鐵芯、定鐵芯間可調節的氣隙範圍寬，從而使得可調電抗器的調節範圍寬，且電動調節機構採用步進直線電機，調節的細度小，動、定鐵芯的氣隙調節量小，使得高壓可調電抗器的電感調節連續。
如圖6所示，勵磁變壓器置於整個積木式高壓可調電抗器的底座部分，其作用是中間隔離，並且起到中間升壓的作用。31所示的是勵磁變的外殼，32所示的是勵磁變的鐵芯；33、34是勵磁變的線包，35的固定線包的裝置。
勵磁變包括兩個獨立的線包，中間放置標準的CD型鐵芯，每個線包包括一次繞組和經過絕緣處理後繞組二次繞組，CD型鐵芯環氧骨架上先繞一次繞組（即輸入繞組），繞完後用絕緣膜包好然後繞二次繞組；兩個線包的一次繞組串聯連線，二次繞組也串聯連線，這樣每個線包分配的電壓均勻，而且由於鐵芯上都有線包且線包厚度不大，鐵芯的磁路能最大效率的通過線包。
如圖7a、圖7b、圖8a、圖8b所示，定鐵芯、動鐵芯示意，採用高性能的日本進口矽鋼片，一致性好，磁密曲線線性。動鐵芯長度大於定鐵芯長度，定鐵芯部分長度小，動鐵芯部分較長，可以保證動鐵芯線上包中的移動距離，更多的改變可調電抗器的電感量。芯柱部分放大後，由不同寬度的矽鋼片疊製成，視窗面積最大化，閉合磁路的設計，漏磁少，效率高。鐵芯部分的開窗，是放置固定鐵芯的絲桿，使鐵芯可以水平移動。
如圖9所示，線包是在一個襯筒上繞制線圈，組裝時將線包放置在外絕緣筒內，將線包的起頭和收尾線用接線柱引出；動鐵芯、定鐵芯疊好後，分別放置在定鐵芯罩及動鐵芯罩內，澆注成整體，放置線上包的襯筒內；端蓋將絲桿和鐵芯連線成在一起，改變動、定鐵芯的距離，改變其氣隙間隔，達到改變電感量的目的。
《GIS中電壓互感器校驗系統》的高壓自動補償電抗器調節的方法為：該電抗器採用將多台參數一致、結構一樣的串聯可調電抗器設計在一起，電抗器線包和定鐵心部分採用一絕緣材料固定板固定好，固定在一個固定的軌道上，動鐵心部分也採用一絕緣材料固定好，固定在一個可以做直線運動的軌道上，調節時，通過動鐵心軌道的直線運動改變動鐵心與定鐵心之間的氣隙，從而達到改變電抗器電感量的目的。能直線運動的滑軌通過控制裝置根據試驗需要自動控制，自動改變電抗器的氣隙來自動調節電抗器的電感量，達到預期需要，當調節到需要電感量時，動鐵心部分的滑軌就牢牢固定，減小使用過程中的振動。通過這種自動的調節方式，保證了每台電抗器的氣隙量都能均勻分配，電感量都基本相等，所以在串聯使用中每台電抗器上分配的電壓基本一致，不會導致因電壓分配不均導致某台電抗器過壓而損壞。
《GIS中電壓互感器校驗系統》採用積木式的結構，一個整體又分為四台獨立的電抗器串聯而成，每台的容量不大，整體的重量也不大，方便放置和運輸。電抗器的鐵芯分為定鐵芯和動鐵芯，鐵芯閉和，其調節範圍寬，在有效的調節範圍內，最大電感量和最小電感量超過10倍。GIS中由於隔斷數不同，母線長度不一及分布型式多樣，存在的電容量有較大的差異，一般為上千皮法到上萬皮法不等，所以對於這樣的容性試品保證在定頻率（50赫茲）下的諧振，電感量的調節範圍必須寬，才能滿足要求。
《GIS中電壓互感器校驗系統》的高壓自動補償電感具備在高壓帶電情況下的自動調節，對應不同的試品電容量，可以自動調節不同的電感量進行補償，補償效率高，自動化程度高，減小了人工的勞動強度，提高了現場測試效率。
榮譽表彰
2018年12月20日，《GIS中電壓互感器校驗系統》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
