基于对称闭合D点电压传感器，提出并设计了一种开闭扇形传感器。型传感器保持了良好的测量精度和动态范围，易于安装且非常实用。
用基于有限元分析方法的ANSOFT Maxwell仿真分析软件计算传感器的容量参数。据有传感器和无传感器的方向上的电场分布，检查了导杆周围电场的小变形和高绝缘裕度的特性。传感器是通过实验制造的，并且在10 kV的电压水平下进行了稳定和瞬态条件下的性能测试。果表明，该传感器不仅在测量稳态电压时具有较小的失真和相位误差，而且对各种瞬态波形具有良好的跟踪能力，并且可以保持良好的特性在不同条件下运行。力变压器是实现智能电网监控，分析和决策的基础，因此对准确性，便利性和速度的要求逐渐提高。
D点电压传感器可以通过测量电位移矢量的变化率来间接测量电压。的优点是结构简单，体积小，易于数字化并且不需要能量传输[1-6]。统的D点电压传感器在不同的频率下具有不同的工作模式[7-11]，并且传递函数会相应地变化，因此它仅适用于测量高频信号。项使用差分输入，移除接地端子，并使用多电极并联结构，以避免积分器组件可能引入的负载电阻和杂散电感的影响，因此即使在低频下，该传感器也可以以自积分方式工作，并具有稳定的增益。[12-15]。
集成D点电压传感器具有更大的测量带宽，更小的相位误差，并且不需要接地隔离[12-15]。初使用的是完全对称的结构，这在实际安装中很困难。果，改善了D点差分电压传感器的结构。对称的环形电极改变为开闭风扇结构。过实验验证了对称结构传感器的可行性以及相关的电磁兼容性问题。D点差分电压传感器通过测量电极之间的浮置电位差来获得电压信号。效电路图如图1所示。2显示了具有对称结构的D点差分电压传感器的Ansoft仿真模型。D点对称差分电压传感器的主要结构只是一个环形PCB，上下两层均经过多个半径可变的环形电极处理。环形电极和下环形电极并联连接，输出是上电极和下电极。位差。极的高斯表面与电位移矢量正交，通过增加电极与被测导体的等效表面来提高传感器的精度；圆环的结构类似于被测导体周围电场的等势平面，可以保证电荷的均匀分布，最大程度地减小了电极引起的电场畸变，避免了最大局部电场的增加并降低了电介质击穿的可能性。而，完全封闭的环形结构要求被测导杆穿过传感器的中间，这使操作复杂化。这里，根据项目的实际需要，设计了扇形的开口电压传感器。果其非对称结构会导致电场失真和隔离中断，则必须通过模拟测试进行检查。进后的传感器的物理图如图3所示。具有对称结构的D点差分电压传感器相比，最大的区别在于，封闭的环形电极被非封闭的扇形结构取代，电极固定在环氧绝缘载体上，介电性能好，强度高。缘支架由两个用螺钉固定在一起的半环组成，可以自由延伸和闭合，这大大方便了传感器的安装，并可以调节传感器周围的电场，从而使强电场传感器集中在环氧树脂载体中，从而减少了其对外部电场的影响，从而使传感器对传输线周围电场畸变的影响较小[16]。外，由于扇形电极的内边缘和外边缘始终是圆形的，因此保持了环形电极的高精度和满足绝缘要求的容易性的优点。传感器的输入和输出幅度具有线性关系并且相位差接近0时，可以认为它在自积分模式下工作。用Maxwell仿真软件确定容量参数，并通过并联连接电极来增加Cm0，以在自集成模式下轻松操作传感器。体参数请参见表1。了验证风扇电极传感器解决电场畸变和绝缘问题的可行性，采用Maxwell软件对该传感器进行了仿真和计算。真模型如图4所示。图4中，风扇形D点电压传感器安装在高压瓷套管的外部，以测量导电棒在其中的张力。越。套起着保护和支撑绝缘的作用。给定实际工作条件的情况下，可以将激励源视为无限长的直线传输线，并且将远离场源足够远的电场强度设置为0。此，扩大方法电场计算区的“α”用于解决非封闭场的问题。对电场畸变和绝缘效果不佳的问题，在导杆上施加了10 kV的频率电压，并在图中说明了传感器及其周围环境的电场分布。
5. X和Y方向（即有电极和无电极）的电场强度分布分别如图6（a）和6（b）所示。Y方向远离电极，其电场也几乎没有受到影响[17]，我们可以认为电场没有畸变。X方向的电场将由于传感器电极电场的叠加而失真。据图5和图7，传感器对导杆周围电场的影响主要集中在导杆内部，电极内部以及在电极的一部分中。极的边缘。于导向杆的内部，尽管变化率很高，但是导向器本身的电场强度几乎为零，因此冲击很小。于电极的内部和边缘，尽管变化率很大，但所占面积很小，对其余部分的影响也很小。以看出，传感器对导杆周围的电场造成的变形不明显。
据图6，变形后的电场强度的最大值在X方向上出现在传感器和空气之间的界面上，其值约为1.8 kV / cm，它远小于环氧树脂（200-300 kV / cm）和陶瓷（100〜200 kV / cm）和临界空气场强度（25〜30 kV / cm）[11 ]。果表明，在激励10 kV频率电压时，扇形开闭扇形电压传感器可以在绝缘力上留有足够的余量。了获得传感器在不同条件下的工作特性，在设计和仿真的基础上，搭建了一个高压测试平台，并进行了稳态和瞬态条件下的性能测试。了模拟实际使用，导杆由绝缘支撑和绝缘子支撑，悬挂在空气中[16]，并穿过带有传感器的瓷套。压控制盒通过升压变压器提供稳态工频激励，而10 kV脉冲电压发生器提供标准的雷电脉冲电压。补偿装置的高压探头直接测量导杆的张力。旦电压以1000：1衰减，则将波形作为标准比较信号与传感器测量的信号进行比较[18]。电源频率的情况下，为了测量传感器的动态范围和线性度，使用10 kV作为标称电压，并测量高压探头和传感器的电压为10％，30％，50％，标称电压的80％，100％和120％。较输出电压[19]。8显示了在标称电压的30％时高压探头和传感器的输出波形的比较。者在波形和相位上都是接近的。
2列出了不同电压下的测量结果。HV是高压探头的衰减电压，UD-dot是传感器测得的电压。表中的数据进行调整，结果如图9所示，调整误差为0.0005，表明传感器具有良好的动态范围和良好的线性度。据图8，通过打开和关闭的类型测量的呈风扇形式的自积分D点电压传感器的相位误差和波形失真仍然很小。据表2和图9，在额定电压的10％到120％的范围内，带开闭式风扇类型的自积分D点电压传感器具有良好的线性度，并且差比小于0.5％。是，与对称自积分D点电压传感器[15]相比，它的振幅相对较小，因此灵敏度较小，这可能是由于扇形电极的等效面积较小的事实比环形电极如果并联连接的电极的数量增加，则不仅可以实现更高的分压比，而且还可以减小相位差。力系统设备中普遍存在的高次谐波会导致电力质量下降，并严重损害电力系统[20-23]。此，谐波的实时精确测量已成为处理谐波故障的关键技术要求。积分D点电压传感器具有较宽的测量带宽，在使高频激励传递函数更加稳定的同时，具有较好的低频电压测量性能。了测试扇形开闭D点电压传感器的谐波测量性能，当导杆电压的频率时，高压探头和传感器的输出波形比较了50 Hz，150 Hz，250 Hz，350 Hz和450 Hz的频率。示了10个。测得的电压幅度和两者之间的相角差示于表3。图10可以看出，在50 Hz至450 Hz的范围内，所测波形的失真由D点电压传感器以开闭风扇的形式出现的电量非常低。据表3，恒温阀芯传感器的波形和高压探头的波形之间的相角差基本上保持在1゜附近，并且随着增加而趋于减小。率。表明传感器可以随时间跟踪电力系统中每个谐波的波形。而，相角的差异大于对称传感器[15]的差异，这可能是由于传感器等效面积的减少或电极平行电极数量的减少所致。面的两个测试表明，开闭扇形D点电压传感器非常适合在每种静止状态下测量波形。
积分D点电压传感器没有电感元件，可对瞬态电压波形做出快速反应而不会产生振荡[1-6]。了验证扇形开闭点D电压传感器具有上述瞬态特性，对其进行了瞬态电压和开关操作测试。用10 kV过电压生成器生成峰值为10 kV的标准雷电冲击电压1.2 / 50μs，并将其施加到导杆上。压探头和传感器同时检测到的波形如图11所示。图11可以看出，两者测得的雷电冲击波形相似，时间也不同。
半峰时间相似，表明开闭扇形D点电压传感器对标准雷电脉冲电压1.2 / 50 µs，并避免出现高频振荡。D点电压传感器使用电场耦合原理。断线路时，线路上存储的电荷会使传感器电路充电和放电，从而导致输出振荡。时，开关操作也会引起工作过电压。这一点上，传感器的输出必须在故障循环之前降至峰值的10％以下[24]。稳态下突然失去交流激励后，两者的输出电压如图12所示。以看出，传感器和高压探头测得的波形相似，峰值衰减符合要求，并且没有振荡。面的两个测试证明，开闭式扇形D点电压传感器在监视瞬态波形方面具有良好的性能。完全对称的闭环差分电压传感器的基础上，研究了一种开闭扇形结构。行了理论分析，参数计算，电场模拟和结构化传感器的高压测试，以证明其对于各种状态波形的稳定性具有更好的测量特性。新型传感器具有更好的性能，提高了便利性和实用性。研究是对D点电压传感器的深入研究，为网络电压测量的D点电压传感器设计提供了实用的思路。
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