CN104764928B - 一种适合变电站现场的便携式脉冲大电流测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种适合变电站现场的便携式脉冲大电流测量装置，包括脉冲大电流传感器，脉冲大电流传感器通过屏蔽线与数字化处理单元相连，数字化处理单元输出为光信号形式，通过光纤与光电传输单元相连；光电传输单元靠近终端处理单元，其输入信号为光信号，输出信号为电信号，该电信号通过USB传输线接入终端处理单元。本发明一种适合变电站现场的便携式脉冲大电流测量装置，现场可移动性强，可随时对需要测量的位置进行电流测量，无需中断被测装置的运行，准确度高。
Description
技术领域
本发明一种适合变电站现场的便携式脉冲大电流测量装置，用于对脉冲强磁场装置放电电流、雷电冲击放电电流等高频大电流实现实时测量。
背景技术
为了考验电力***中各类设备在高电压、大电流下的性能，尤其是互感器、断路器等设备在雷电冲击电压、冲击电流下的性能，需要对这些设备进行冲击电压和冲击电流试验，以检验设备的绝缘性能、耐热性能、机械性能等满足规定的要求。在脉冲强磁场领域，为了产生数十特斯拉强度的磁场，也需要放电产生几十甚至上百千安培的脉冲大电流。为了判断冲击电压/电流发生器和脉冲强磁场装置的工作状态是否正常，输出信号是否满足要求，必须对其工作过程中产生的脉冲大电流进行准确的监测。另外，对这类装置的输出进行准确监测，包括对峰值、波前时间、波尾时间、半峰值时间等参数进行监测，还可以配合控制装置形成准确的反馈，保证这类设备准确的输出试验所需的各类信号。
为了准确的测试冲击电压/电流发生器和脉冲强磁场装置放电过程中的脉冲大电流，迫切需要研制高效而安全的脉冲大电流测量***。目前有不少企业和科研院所进行了这方面的研究，各种软、硬件相结合的脉冲大电流测量***也得到了一定程度的应用。目前的电力设备进行脉冲大电流试验时，一般在实验室环境下进行，这种测试不能准确的反映现场的情况，导致设备尽管通过了实验室的测试，但在现场运行时依然会出现各类故障，如雷电流导致互感器一次导杆变形等情况。因此，在变电站现场对电力设备进行冲击电流试验成为一种研究热点。目前有些科研院所正在进行适合现场使用的脉冲大电流发生装置的研制，已经取得了一定成果。因此，同步研究适合现场使用的高准确度的脉冲大电流测量装置成为亟待解决的问题。
专利CN1442700A提出了一种纳秒脉冲大电流的测试装置和方法，该装置利用光电倍增管测试***测量放电电流波形，用Rogowski线圈和示波器测量放电电流的幅值。专利CN102539885A中设计了一种混合式光电脉冲电流测量***，其包括感应线圈和光纤传输模块，可测量微安级电流，测量带宽可达22MHz，非线性度小于0.1％。专利CN103412167A公开了一种用于周期脉冲电流测量的同轴盘式分流器，该发明解决了1A～100A、50Hz～200kHz周期脉冲电流测量准确度不高的问题。专利CN101135702A提出了一种基于柔性Rogowski线圈的脉冲电流测量装置，采用Rogowski线圈结合模拟积分器的形式实现脉冲电流的测量。然而，以上关于脉冲大电流的测量装置，主要应用于实验室环境下脉冲大电流的测试，且准确度不高，一般仅能达到0.1%的准确度，且上述测量装置在变电站现场无法实现准确度的自校准，因为就无法保证测量准确度。
发明内容
针对目前的脉冲大电流测量装置存在的测量准确度不高、无法自校准、不适合现场使用的问题，本发明提供一种适合变电站现场的便携式脉冲大电流测量装置，现场可移动性强，可随时对需要测量的位置进行电流测量，无需中断被测装置的运行，准确度高。
本发明采取的技术方案为：
一种适合变电站现场的便携式脉冲大电流测量装置，包括脉冲大电流传感器，脉冲大电流传感器通过屏蔽线与数字化处理单元相连，数字化处理单元输出为光信号形式，通过光纤与光电传输单元相连；光电传输单元靠近终端处理单元，其输入信号为光信号，输出信号为电信号，该电信号通过USB传输线接入终端处理单元。
所述脉冲大电流传感器包括开口式Rogowski线圈，开口式Rogowski线圈作为电流传感单元，通过检测Rogowski线圈的输出电压来获取通过其中的一次电流信号。开口式Rogowski线圈无需断开被测导体即可方便的接入或退出被测导体，实现准确的脉冲大电流测量。
所述脉冲大电流传感器包括主Rogowski线圈和两对校正线圈。主Rogowski线圈用于对被测脉冲大电流的检测，两对校正线圈用于对主Rogowski线圈的位置和开口气隙进行校准，保证测量时主Rogowski线圈平面垂直于被测导体、被测导体从主Rogowski线圈中心穿过且主Rogowski线圈紧密闭合，不存在开口气隙，保证测量的准确度。
所述主Rogowski线圈和两对校正线圈均采用印刷电路板（PCB）技术制作而成，体积小、重量不超过2kg，非常适合现场使用。PCB技术保证了线圈中线匝的均匀分布，有利于降低外界干扰。
所述脉冲大电流传感器、数字化处理单元均处于金属屏蔽装置内，有利于降低变电站现场的电磁干扰，降低测量误差。
所述终端处理单元为工控机或者笔记本电脑，用于对接收的信号进行数据分析、参数显示和数据保存等。
本发明一种适合变电站现场的便携式脉冲大电流测量装置，技术效果如下：
1）、脉冲大电流传感器包括主Rogowski线圈和两对校正线圈。利用两对校正线圈实现主Rogowski线圈测量准确度的校正。在正式测量前，首先利用两对校正线圈对主Rogowski线圈的安装位置和开口气隙进行校正，保证被测导体垂直于主Rogowski线圈平面且穿过其中心，保证主Rogowski线圈紧密闭合，从而提高测量准确度。
2）、数字化处理单元与脉冲大电流传感器一起安装于金属屏蔽装置内，可有效降低外界电磁场的干扰。数字化处理单元将主Rogowski线圈和两对校正线圈的信号进行A/D转换变为数字量，然后经单片机进行组帧处理，并通过光纤向下一级传输。数字化处理单元采用高精度的24位A/D转换器实现模拟信号的数字化，数字化信号直接进入单片机进行处理和发送。
3）、脉冲大电流传感器中的主Rogowski线圈和两对校正线圈均采用PCB技术制作而成，体积小、重量轻，非常适合现场使用。
4）、光电传输单元接收来自数字化处理单元的光信号，传输方式采用光纤。光纤传输的抗干扰能力强，在变电站现场中保证了信号传输的准确度，降低了由于电磁干扰造成的误码率和丢帧现象。
5）、本发明装置，现场可移动性强，可随时对需要测量的位置进行电流测量，无需中断被测装置的运行；准确度高，可达到0.05%的准确度。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图。
图2为本发明装置的脉冲大电流传感器的俯视结构示意图。
图3为本发明装置的脉冲大电流传感器的立体结构示意图。
具体实施方式
如图1~图3所示，一种适合变电站现场的便携式脉冲大电流测量装置，由脉冲大电流传感器、数字化处理单元3、光电传输单元4、终端处理单元5和金属屏蔽装置9等部分构成。脉冲大电流传感器通过屏蔽线6与数字化处理单元3相连，数字化处理单元3通过光纤7与光电传输单元4相连，光电传输单元4通过USB传输线8将信号传输至终端处理单元5。
本发明中Rogowski线圈设计为开口的形式，无需断开被测导体即可方便的接入或退出被测导体，实现准确的脉冲大电流测量。为了保证测量的准确度，减小变电站现场由于Rogowski线圈偏心、偏角等情况下造成的误差，本专利采取了如下技术。
所述的脉冲大电流传感器由主Rogowski线圈1和两对校正线圈2构成，如图2、图3所示，主Rogowski线圈1和两对校正线圈2均采用PCB技术制作而成，保证线匝分布的均匀性。主Rogowski线圈1用于对被测脉冲大电流的检测，两对校正线圈2用于对主Rogowski线圈的位置和开口气隙进行校准，保证测量的准确度。两对校正线圈2在主Rogowski线圈1上呈现对称分布，当一次导体垂直于主Rogowski线圈1的平面且通过其中心时，由于对称性，两对校正线圈的输出相互抵消，输出为零；如果主Rogowski线圈1存在偏心等情况，则两对校正线圈2的输出不为零，根据其输出可判断偏心误差的大小，如果误差超过一定范围，则提醒工作人员调整脉冲大电流传感器的安装位置，保证其安装位置正确。当主Rogowski线圈1闭合不紧密，即存在开口气隙时，会破坏两对校正线圈的对称性，其输出不为零，从而可以判断出线圈闭合不紧密，提示工作人员将主Rogowski线圈1重新闭合。
两对校正线圈2包含四个单独的方形线圈，各个线圈上的线匝分布完全一致，且四个单独的线圈在主Rogowski线圈1上呈对称分布，四个线圈处于正方体的四个顶点上。每一对线圈平面的连线通过主Rogowski线圈1平面的中心。
本发明在主Rogowski线圈1的平面上设计了两对校正线圈2，通过这两对线圈输出信号的比对，在正式测量前首先进行主线圈准确度的自校准，这种自校准方式可使整个装置的误差控制在0.05%以内。
脉冲大电流传感器和数字化处理单元3均处于金属屏蔽装置9内。脉冲大电流传感器的中心轴线与金属屏蔽装置9的轴线重合，数字化处理单元3位于金属屏蔽装置9的一侧半圆内，保证开合时不会对其中的线路产生影响。
光电传输单元4将数字化处理单元3传输的光信号进行一定的处理，并转换为适合USB传输线8传输的电信号，通过USB传输线8传输至终端处理单元5。终端处理单元5为工控机或者笔记本电脑，终端处理单元5主要作用是对脉冲大电流传感器输出的数据进行分析计算。
所述数字化处理单元3采用24位的ADS1216作为A/D转换器，将脉冲大电流传感器的模拟量输出高精度地转换为数字量，然后传输给光电传输单元4。光电传输单元4采用HFBR2412将接收到的光信号转换成电信号，并通过USB传输线8进行传输。
所述金属屏蔽装置9采用铝合金材料制作而成。如图1，整个屏蔽装置设计为开口式，对外呈现为圆柱体结构，由两个半圆柱体构成，中间有开口，可以方便的夹在导体上进行测量。
本发明一种适合变电站现场的便携式脉冲大电流测量装置，由于采用基于PCB技术的Rogowski线圈作为脉冲大电流传感器，具有体积小、重量轻、结构简单等优点，非常适合现场使用，可移动性强。同时，基于Rogowski线圈的传感器具有测量频带宽、动态范围大的优点，适合测量高频的脉冲大电流信号。
Claims (6)
1.一种适合变电站现场的便携式脉冲大电流测量装置，包括脉冲大电流传感器，其特征在于；脉冲大电流传感器通过屏蔽线（6）与数字化处理单元（3）相连，数字化处理单元（3）通过光纤（7）与光电传输单元（4）相连，光电传输单元（4）通过USB传输线（8）将信号传输至终端处理单元（5）；脉冲大电流传感器由主Rogowski线圈（1）和两对校正线圈（2）构成，主Rogowski线圈（1）用于对被测脉冲大电流的检测，两对校正线圈（2）用于对主Rogowski线圈的位置和开口气隙进行校准，两对校正线圈（2）包含四个单独的方形线圈，各个方形线圈上的线匝分布完全一致，且四个单独的方形线圈在主Rogowski线圈（1）上呈对称分布，四个单独的方形线圈处于正方形的四个顶点上，每一对方形线圈平面的连线通过主Rogowski线圈（1）平面的中心。
2.根据权利要求1所述一种适合变电站现场的便携式脉冲大电流测量装置，其特征在于，所述主Rogowski线圈（1）、两对校正线圈（2）均采用印刷电路板（PCB）技术制作而成。
3.根据权利要求1所述一种适合变电站现场的便携式脉冲大电流测量装置，其特征在于，所述脉冲大电流传感器、数字化处理单元（3）均处于金属屏蔽装置（9）内。
4.根据权利要求3所述一种适合变电站现场的便携式脉冲大电流测量装置，其特征在于，所述金属屏蔽装置（9）为开口式结构。
5.根据权利要求1所述一种适合变电站现场的便携式脉冲大电流测量装置，其特征在于，所述终端处理单元（5）为工控机或者笔记本电脑。
6.如权利要求1~5中任意一项所述的一种适合变电站现场的便携式脉冲大电流测量装置，其特征在于：用于对脉冲强磁场装置放电电流、或者雷电冲击放电电流的高频大电流实时测量。
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