一种基于可分离直流分压器的分压比电压系数检测方法

摘要

本发明提供了一种基于可分离直流分压器的分压比电压系数检测方法，包括步骤1：以第一辅助分压器为参考标准，测量待测直流分压器的低压臂电阻的电压相对误差；步骤2：以第二辅助分压器为参考标准，测量待测直流分压器的低压臂电阻的电压相对误差；步骤3：以第一辅助分压器和第二辅助分压器串联形成分压器支路为参考标准，测量待测直流分压器的低压臂电阻的电压相对误差；步骤4：计算待测直流分压器的分压比电压系数。与现有技术相比，本发明提供的一种基于可分离直流分压器的分压比电压系数检测方法，检测步骤更简便、检测结果更准确，消除了直流电压加法试验过程中，辅助分压器低压臂电阻的差异对待测直流分压器的分压比电压系数计算的影响。

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流分压比电压系数的检测方法，具体涉及一种基于可分离直流分压器 的分压比电压系数检测方法。

背景技术

直流分压器(DC voltage divider)，是用于电力系统及电气、电子设备制造部门测量直流 高电压的设备，其分压比一般溯源到直流标准分压器上。直流标准分压器的分压比量值溯源 过程可以分解成低电压下电阻比的标定和高电压下分压比的电压系数的测定。

直流电压加法是一种在直流分压器的实际工作电压下，根据试验测量结果计算直流分压 比电压系数的方法。在进行直流电压加法试验时，辅助直流分压器有单独使用和串联使用两 种工作方式。常规的直流电压加法试验中，两台辅助直流分压器串联使用时的低压臂电阻值 与这两台辅助直流分压器单独使用时的低压臂电阻值之和并不相等，因此在推导主直流分压 器的直流分压比电压系数的计算公式时，必须考虑因辅助直流分压器串联使用和单独使用时 低压臂电阻值不等而引入的误差，在直流电压加法试验的具体实施过程中，需要测量出辅助 分压器串联使用时和单独使用时的低压臂电阻值的差异大小，并将测量得到的差异大小代入 到直流分压比电压系数的计算公式中。这不仅使直流分压比电压系数的计算公式变得更加复 杂，而且增加了直流电压加法试验的实施步骤。同时，由于测量辅助直流分压器串联使用时 和单独使用时的低压臂电阻值差异的难度很大，容易引入额外的测量误差到直流分压比电压 系数的计算结果中，降低直流分压比电压系数测量的准确性。因此，需要提出一种能够简化 直流分压比电压系数计算公式、减少直流电压加法试验实施步骤、提高测量不确定度水平的 直流分压比电压系数检测方法。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种基于可分离直流分压器的分压比电压系数 检测方法，所述可分离直流分压器包括第一辅助分压器和第二辅助分压器；所述方法包括：

步骤1：在第一辅助分压器和待测直流分压器上同时施加直流电压U，以第一辅助分压 器为参考标准，测量待测直流分压器的低压臂电阻两端的电压相对误差ε_a(U)；

步骤2：在第二辅助分压器和待测直流分压器上同时施加直流电压U，以第二辅助分压 器为参考标准，测量待测直流分压器的低压臂电阻两端的电压相对误差ε_b(U)；

步骤3：将第一辅助分压器和第二辅助分压器串联形成分压器支路；在所述分压器支路 和待测直流分压器上同时施加直流电压2U，以所述分压器支路为参考标准，测量待测直流分 压器的低压臂电阻两端的电压相对误差ε_c(2U)；

步骤4：依据步骤1-步骤3得到的电压相对误差计算所述待测直流分压器从电压U到电 压2U的直流分压比电压系数γ(2U)。

优选的，所述第一辅助分压器的低压臂电阻R_l1的阻值和第二辅助分压器的低压臂电阻 R_l2的阻值相同，且所述低压臂电阻R_l1和低压臂电阻R_l2均为所述待测直流分压器的低压臂电 阻R_l3的阻值一半；

所述第一辅助分压器的高压臂电阻R_h1的阻值和第二辅助分压器的高压臂电阻R_h2的阻值 相同，且所述高压臂电阻R_h1和高压臂电阻R_h2均为所述待测直流分压器的高压臂电阻R_h3的阻 值一半；

优选的，所述步骤4中直流分压比电压系数γ(2U)的计算公式为：

γ(2U)＝0.5[ε_a(U)+ε_b(U)]-ε_c(2U)   (1)；

优选的，所述可分离直流分压器包括设置有第一辅助分压器的高压臂电阻R_h1的第一绝缘 筒，设置有第二辅助分压器的高压臂电阻R_h2的第二绝缘筒，以及设置有第一辅助分压器的低 压臂电阻R_l1和第二辅助分压器的低压臂电阻R_l2的金属屏蔽盒；

所述第一绝缘筒为由金属盖板、金属底盘和绝缘侧板组成的密闭的柱形筒；所述高压臂 电阻R_h1的一端引线通过所述金属盖板引出至第一绝缘筒外侧，另一端引线通过所述金属底盘 引出至第一绝缘筒外侧；所述引线的外部设有绝缘套管以保证引线与金属盖板，以及与金属 底盘绝缘，所述绝缘套管分别与引线、金属盖板和金属底盘密封以保证第一绝缘筒的密封性；

所述第二绝缘筒为由金属盖板、金属底盘和绝缘侧板组成的密闭的柱形筒；所述高压臂 电阻R_h2的一端引线通过所述金属盖板引出至第二绝缘筒外侧，另一端引线通过所述金属底盘 引出至第二绝缘筒外侧；所述引线的外部设有绝缘套管以保证引线与金属盖板，以及与金属 底盘绝缘，所述绝缘套管分别与引线、金属盖板和金属底盘密封以保证第二绝缘筒的密封性；

所述金属屏蔽盒包括顶盖和底座；所述顶盖上设有第一引线端子、第二引线端子和第三 引线端子；所述底座上设有第一出线端子、第二出线端子、第三出线端子和第四出线端子；

所述低压臂电阻R_l1和低压臂电阻R_l2串联后的连接方式包括：

低压臂电阻R_l1另一端的一条支路与所述第二引线端子连接，另一条支路与所述第三引线 端子连接；低压臂电阻R_l2另一端的一条支路与所述第二出线端子连接，另一条支路与所述第 三出线端子连接；低压臂电阻R_l1和低压臂电阻R_l2连接点的一条支路与所述第一引线端子连 接，一条支路与所述第一出线端子连接，一条支路与所述第四出线端子连接；

优选的，所述第一辅助分压器作为参考标准，测量待测直流分压器的低压臂电阻两端的 电压相对误差ε_a(U)时：将所述第一绝缘筒的金属盖板侧的引线与外部直流电源连接，所述 金属底盘侧的引线与所述金属屏蔽盒的第二引线端子连接，所述第一出线端子接地；

所述第二辅助分压器作为参考标准，测量待测直流分压器的低压臂电阻两端的电压相对 误差ε_b(U)时：将所述第二绝缘筒的金属盖板侧的引线与外部直流电源连接，所述金属底盘 侧的引线与所述金属屏蔽盒的第一引线端子连接，所述第二出线端子接地；

所述第一辅助分压器和第二辅助分压器串联形成的分压器支路作为参考标准，测量待测 直流分压器的低压臂电阻两端的电压相对误差ε_c(2U)时：将第一绝缘筒的金属盖板侧的引线 与外部直流电源连接，金属底盘侧的引线与第二绝缘筒的金属盖板侧的引线连接，第二绝缘 筒的金属底盘侧的引线与所述金属屏蔽盒的第二引线端子连接，所述第二出线端子接地；

优选的，测量所述低压臂电阻R_l1两端的电压包括：采集所述金属屏蔽盒的第三引线端子 和第四出线端子之间的电压值；

测量所述低压臂电阻R_l2两端的电压包括：

采集所述金属屏蔽盒的第三出线端子和第四出线端子之间的电压值；

测量所述低压臂电阻R_l1和低压臂电阻R_l2串联后两端的电压包括：

采集所述金属屏蔽盒的第三引线端子和第三出线端子之间的电压值。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明技术方案中，将直流电压加法试验中作为参考标准的辅助分压器设计为高压臂 和低压臂可以分离的直流分压器，使两台辅助分压器串联使用时的高压臂电阻和低压臂电阻 分别等于这两台辅助分压器单独使用时的高压臂电阻之和和低压臂电阻之和，从而消除了因 辅助分压器低压臂电阻不同而引入的误差，减少了试验步骤，有利于提高待测直流分压器的 直流分压比电压系数的测量不确定度水平；

2、本发明技术方案中，设置有辅助分压器的低压臂电阻的金属屏蔽盒为四端口电阻，消 除了直流电压加法试验过程中的引线电阻和接触电阻对低压臂电阻的影响，有利于提高测量 不确定度水平；

3、本发明提供的基于可分离直流分压器的分压比电压系数检测方法，其检测步骤更简便、 检测结果更准确，消除了直流电压加法试验过程中，辅助分压器低压臂电阻的差异对待测直 流分压器的直流分压比电压系数计算的影响。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中一种基于可分离直流分压器的分压比电压系数检测方法流程图；

图2：本发明实施例中直流分压器结构原理图；

图3：本发明实施例中绝缘筒结构示意图；

图4：本发明实施例中金属屏蔽盒结构示意图；

其中，1-绝缘侧板；2-金属盖板；3-金属底盘；4-高压臂电阻；5-绝缘套管；6-金属盖板侧的 引线；7-金属底盘侧的引线；8-金属屏蔽盒外壳；9-第一辅助分压器的低压臂电阻；10-第二 辅助分压器的低压臂电阻；11-绝缘套管；12-第二引线端子；13-第二出线端子；14-第一引线 端子；15-第一出线端子；16-第三引线端子；17-第四出线端子；18-第三出线端子。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或 类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的 实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

一、分压比电压系数；

在不同电压下直流分压器的分压比是不同的，分压比电压系数表示了不同电压下的分压 比的相对变化量。

二、直流电压加法试验；

1、直流电压加法试验作为分压比电压系数的主要检测方法需要使用三台直流分压器：

直流分压器1#和直流分压器2#为辅助分压器，直流分压器3#为主分压器，直流分压器 1#和2#的额定电压为直流分压器3#的一半。直流分压器1#单独使用时，高压臂电阻为R₁， 低压臂电阻为R₂；直流分压器2#单独使用时，高压臂电阻为R₃+R'₄，低压臂电阻为R₄；将 直流分压器1#和2#串联起来组成串联分压器使用时，高压臂电阻为R₁+R₂+R₃，低压臂电阻 为R'₄+R₄；直流分压器3#的高压臂电阻为R₅，低压臂电阻为R₆。其中，R₁＝R₃＝R₅/2、 R₂＝R'₄＝R₄＝R₆/2。

2、直流电压加法试验的步骤包括：

(1)在直流分压器1#和3#上施加相同的直流高电压U，以直流分压器1#为参考标准， 测量R₂和R₆上电压的相对误差，记为α₁(U)；

(2)在直流分压器2#和3#上施加相同的直流高电压U，以直流分压器2#为参考标准， 测量R₄和R₆上电压的相对误差，记为α₂(U)；

(3)在串联分压器和直流分压器3#上施加相同的直流高电压2U，以串联分压器为参考 标准，测量R'₄+R₄和R₆上电压的相对误差，记为α₃(2U)；

(4)在低电压下，以R₂为参考标准，测量R₂和R'₄阻值的相对误差，记为α₄；

(5)根据定义，直流分压器3#从电压U到电压2U的分压比电压系数γ(2U)为：

γ(2U)＝[K(2U)-K(U)]/K₀   (1)

其中：K(2U)为直流分压器3#在电压2U下的实际分压比；K(U)为直流分压器3#在电 压U下的实际分压比；K₀为直流分压器3#的标称分压比。

计算直流分压器3#从电压U到电压2U的分压比电压系数γ(2U)的公式为：

γ(2U)＝0.5[α₁(U)+α₂(U)]-α₃(2U)-0.5α₄'(U)   (2)

其中：α₄'(U)是直流分压器1#和2#单独工作在直流高电压U下，以R₂为参考标准时的R₂和R'₄阻值的相对误差。

由于在高电压U下直接测量α₄'(U)难度较大，实现起来比较困难，因此用低电压下的测 量值α₄近似代替α₄'(U)，则有：

γ(2U)≈0.5[α₁(U)+α₂(U)]-α₃(2U)-0.5α₄   (3)

将在步骤(1)-步骤(4)中测量得到的试验数据代入公式(3)，可以计算出γ(2U)，从 而得到直流分压器3#从电压U到电压2U的直流分压比的电压系数。

直流分压器1#和2#工作在高电压U时，电阻发热严重，绝缘腔体内部的温度升高，导致 R₂和R'₄的阻值发生变化，由于R₂和R'₄的温度曲线不可能完全相同，R₂和R'₄的阻值变化量是 不同的，因此R₂和R'₄阻值的相对误差α₄'(U)不是一个恒定值，其大小与直流分压器工作电压 U的大小有关。在低电压下测量α₄时，电阻发热量极小，绝缘腔体内部的温度不变，与环境 温度相同，测得的α₄是一个恒定值。显然，直流分压器工作在高电压U时的α₄'(U)与在低电 压下测量得到的α₄是不同的，因此在计算直流分压比电压系数时，用α₄近似代替α₄'(U)会引 入误差。

因此，采用常规的直流电压加法，推导得到的直流分压比电压系数的计算公式必须考虑R₂和R'₄的差异对计算结果的影响，在直流电压加法试验的具体实施中，需要在低电压下测量R₂和R'₄阻值的相对误差α₄，增加了试验步骤，而且将α₄的测量结果代入公式进行直流分压器 3#的直流分压比电压系数的计算，还会引入误差，降低了测量不确定度的水平。

三、为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种基于可分离直流分压器的分压比电 压系数检测方法，可分离直流分压器包括第一辅助分压器和第二辅助分压器；如图1所示具 体步骤包括：

1、在第一辅助分压器和待测直流分压器上施加直流电压U，以第一辅助分压器为参考标 准，测量待测直流分压器的低压臂电阻两端的电压相对误差ε_a(U)。

2、在第二辅助分压器和待测直流分压器上施加直流电压U，以第二辅助分压器为参考标 准，测量待测直流分压器的低压臂电阻两端的电压相对误差ε_b(U)。

3、将第一辅助分压器和第二辅助分压器串联形成分压器支路；在分压器支路和待测直流 分压器上施加直流电压2U，以分压器支路为参考标准，测量待测直流分压器的低压臂电阻两 端的电压相对误差ε_c(2U)。

4、依据步骤1-3得到的电压相对误差计算所述待测直流分压器从电压U到电压2U的直 流分压比电压系数γ(2U)，计算公式为：

γ(2U)＝0.5[ε_a(U)+ε_b(U)]-ε_c(2U)   (4)

其中，第一辅助分压器的低压臂电阻R_l1的阻值和第二辅助分压器的低压臂电阻R_l2的阻 值相同，且低压臂电阻R_l1和低压臂电阻R_l2均为待测直流分压器的低压臂电阻R_l3的阻值一 半；第一辅助分压器的高压臂电阻R_h1的阻值和第二辅助分压器的高压臂电阻R_h2的阻值相同， 且高压臂电阻R_h1和高压臂电阻R_h2均为待测直流分压器的高压臂电阻R_h3的阻值一半。

四、本实施例中可分离直流分压器的具体结构为：

1、设置有第一辅助分压器的高压臂电阻R_h1的第一绝缘筒，设置有第二辅助分压器的高 压臂电阻R_h2的第二绝缘筒；

(1)第一绝缘筒包括由金属盖板、金属底盘和绝缘侧板组成的密闭的柱形筒；

高压臂电阻R_h1的一端引线通过金属盖板引出至第一绝缘筒外侧，另一端引线通过金属底 盘引出至第一绝缘筒外侧；引线的外部设有绝缘套管以保证引线与金属盖板，以及引线与金 属底盘绝缘，绝缘套管分别与引线、金属盖板和金属底盘密封以保证第一绝缘筒的密封性。

(3)第二绝缘筒也包括由金属盖板、金属底盘和绝缘侧板组成的密闭的柱形筒；高压臂 电阻R_h2的一端引线通过金属盖板引出至第二绝缘筒外侧，另一端引线通过金属底盘引出至第 二绝缘筒外侧；引线的外部设有绝缘套管以保证引线与金属盖板，以及引线与金属底盘绝缘， 绝缘套管分别与引线、金属盖板和金属底盘密封以保证第二绝缘筒的密封性；

(3)第一绝缘筒和第二绝缘筒的结构相同，绝缘筒的结构示意图如图3所示。

2、设有第一辅助分压器的低压臂电阻R_l1和第二辅助分压器的低压臂电阻R_l2的金属屏蔽 盒；

如图4所示，金属屏蔽盒包括顶盖和底座；顶盖上设有第一引线端子14、第二引线端子 12和第三引线端子16；底座上设有第一出线端子15、第二出线端子13、第三出线端子18和 第四出线端子17；

低压臂电阻R_l1和低压臂电阻R_l2串联后的连接方式为：

低压臂电阻R_l1另一端的一条支路与第二引线端子12连接，另一条支路与第三引线端子 16连接；低压臂电阻R_l2另一端的一条支路与第二出线端子13连接，另一条支路与第三出线 端子18连接；低压臂电阻R_l1和低压臂电阻R_l2连接点的一条支路与第一引线端子14连接， 一条支路与第一出线端子15连接，一条支路与第四出线端子17连接。

3、当进行步骤1的操作时：

施加直流电压U，以第一辅助分压器作为参考标准，测量待测直流分压器的低压臂电阻 两端的电压相对误差ε_a(U)，将第一绝缘筒的金属盖板侧的引线与外部直流电源连接，金属 底盘侧的引线与金属屏蔽盒的第二引线端子连接，第一出线端子接地。

所述第一辅助分压器的结构原理如图2所示。

当进行步骤2的操作时：

施加直流电压U，以第二辅助分压器作为参考标准，测量待测直流分压器的低压臂电阻 两端的电压相对误差ε_b(U)，将第二绝缘筒的金属盖板侧的引线与外部直流电源连接，金属 底盘侧的引线与金属屏蔽盒的第一引线端子连接，第二出线端子接地。

所述第二辅助分压器的结构原理如图2所示。

当进行步骤3的操作时：

施加直流电压2U，以第一辅助分压器和第二辅助分压器串联形成的分压器支路作为参考 标准，测量待测直流分压器的低压臂电阻两端的电压相对误差ε_c(2U)，将第一绝缘筒的金属 盖板侧的引线与外部直流电源连接，金属底盘侧的引线与第二绝缘筒的金属盖板侧的引线连 接，第二绝缘筒的金属底盘侧的引线与金属屏蔽盒的第二引线端子连接，第二出线端子接地。

所述分压器支路的结构原理如图2所示。

4、待测直流分压器的结构原理如图2中电阻R_l3和R_h3串联支路所示。

5、测量低压臂电阻R_l1两端的电压包括：采集金属屏蔽盒的第三引线端子和第四出线端 子之间的电压值。

测量低压臂电阻R_l2两端的电压包括：采集金属屏蔽盒的第三出线端子和第四出线端子之 间的电压值。

测量低压臂电阻R_l1和低压臂电阻R_l2串联后两端的电压包括：采集金属屏蔽盒的第三引 线端子和第三出线端子之间的电压值。

6、金属屏蔽盒的所有引线端子和出线端子均设有绝缘套管11以保证端子与金属屏蔽盒 绝缘，且绝缘套管11与端子和金属屏蔽盒外壳8密封以保证金属屏蔽盒的密封性。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。 基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其 他实施例，都属于本申请保护的范围。