摘要：本文讨论了电容式电压互感器监测谐振状态的必要性，简要对比了现有的观测电容式电压互感器谐振缺陷的相关技术，提出将谐振腔嵌入到电容式电压互感器内部的监测方法，并浅析了谐振腔结构和应用特点。
关键词：电容式电压互感器 谐振缺陷 谐振腔
（一）：引言
电容式电压互感器在110kV以上电力系统中应用非常广泛，目前针对电容式电压互感器的相关停电和带电检测方法的研究较多，典型的有阻抗频谱法、声学噪音法、放电脉冲法、温度法等，这些方法都是一种典型的试验输出或信息接收的方法，或者可以概括为一种通过外部设备实现的响应式的测试方法。电容式电压互感器由于是一种结构相对复杂的设备，很多情况下外部的相关参数波动小，但内部元器件之间可能已经产生了较为严重的缺陷，只不过短期因为内部元器件之间的电荷重新分配，达到了一个短暂的平衡，使得外部整体参数变化还未达到预警值。但随着内部缺陷的加深，新的平衡点不断调制，导致相关联的元器件参数也跟随着改变，比如承受的温度和分配的电压增高，内部的谐波电流增大等，会引起连锁反应。
（二）现有诊断技术的简要对比
针对电容式电压互感器运行过程中内部缺陷的监测，部分可以通过脉冲电流法观测，或通过温度观测，但实际上有两个主要原因导致这些问题未能及时发现：
（1）外部检测手段很难做到及时性。电容式电压互感器数量众多，传统的监测装置成本高，导致普及性的在线监测目前还未能实现，停电检测需要计划性的停电，因此及时性的检测更不现实。
（2）外部检测手段通常检测灵敏度达不到要求。比如缺陷对外表现的强度不足以驱动外部检测传感器的工作，此外外部检测手段还受到现场干扰的影响，导致只有出现非常明显的缺陷特征时才能捕捉到。
（三）嵌入式监测方案介绍
本篇提出一种自带监测器件的电容式电压互感器技术，将一种放电检测、温度检测一体的模块嵌入到电容式电压互感器内部；该检测模块的特点是无源、高可靠性，有较高的耐热性，自身不干扰电容式电压互感器的内部电气结构，不降低绝缘性能的情况下，实现对电容式电压互感器的状态监测；
如图1所示：该方案还包括一套预警模块，预警模块与嵌入电容式电压互感器内部的探测模块实现谐振式无线电磁波耦合，当预警模块探测到异常信号时，驱动报警信息。
.png)
图1 嵌入式监测方案框图
以上模块采用合理的结构设计，使得它具备取电、监测、预警和无线通信的一体化功能。
核心点在于嵌入式模块，其典型结构详见图2所示。如图示，电容腔体由多个金属间隔串联而成，与线圈构成LC串联谐振回路。
无源传感模块为带开口缝隙的圆环状，除中空区域外，内部由多层金属间隔的腔体组成。
.png)
图2：谐振腔典型结构图
连接各电容腔体的电极为划片示，可实现划片的移动，在划片移动下，可产生如下效果：
（1）划片滑到与邻近电极断开位置，即不直接产生金属电气接触。该情况下，多个腔体之间的电容。至少有两只邻近电容采用空气耦合方式，按照串联电容的理论，该状态下总的电容值最小。
（2）划片滑倒将单只腔体电容短路，该情况下该电容不起作用，相当于串联电容的总电容增加（总电容为各电容倒数相加之后的倒数）。
当然，划片还可以设计更复杂的模式，完成多只电容的互联。
嵌入式模块与均电场模块设计为有开口缝隙的同心结构，最终卡套在电容式电压互感器的电容器外部。
（四） 嵌入式监测模块关键点
4.1 谐振腔工作频率
谐振腔的工作频率是整个方案的核心部分，考虑到实际应用中电容式电压互感器可能产生各种冲击缺陷，这类缺陷的等效参数变化小，设计的谐振监测频率应考虑到uS级别的脉冲电流捕捉。
设无源模块的谐振腔体等效电容为10pF,等效电感为100uH，则谐振频率为：
5032921HZ=5.033MHz，等效的脉冲宽度为0.25uS。
此外谐振腔的工作带宽也是关键点，如考虑到0.1uS-10uS的脉冲宽度范围，那么对应的频率可粗略采用脉冲宽度的倒数计算为：100kHz-10MHz。
4.2 预警与感应取电模块
预警模块安装在电容式电压互感器底座上，通过感应线圈获取了邻近接地回路的电流信号，利用电磁感应原理转换成电压信号，给内部的电池和电容充电。同时，该预警模块外壳为单晶硅光伏电池片，功率为3W，同步给电池和电容充电。
预警模块前端的LC选频回路中心频率为5MHz，在正负1M范围的增益衰减不高于30dB, 即在4-6MHz范围均能接收到相应的信号。
检波器将选频、放大后的信号转换成直流信号，送入采集模块，经模拟-数字转换后由微处理器进行处理和传输。
（五）小结
本文针对电容式电压互感器监测技术现状，对比讨论了存在的问题，提出的谐振腔的方案有较好的优势和应用前景。它表现在以下几个方面：（1）传感器端没有供电电源，也没有电子电路，从而具备高可靠性，长寿命的特点。（2）传感器具备LC谐振作用，能够捕捉到uS的信号。（3）谐振腔具有发射功能。在运行条件下，感应的电流值会触发LC回路产生电流，因此传感器模块会发射相应的谐振信号，当电压互感器内部存在放电或绝缘缺陷时，内部产生振动或间隙放电，导致传感器中感应的电流值成分中含的高频信号与LC谐振信号愈发接近，则发射能量越大。（4）监测系统与传感器位置非常接近，可以实现不接触电容式互感器的情况下实现邻近耦合，采集并进行相关的处理。
后期的研究方向包括搭建实验模型，模拟缺陷对本方案进行论证和改进。