CN114518533B - 基于电磁场同步测量的混合直流断路器闭锁时刻测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电磁场测量以及高压直流断路器技术领域，公开了一种基于电磁场同步测量的混合直流断路器闭锁时刻测量方法，该方法基于对称双间隙环天线的开关瞬态电磁场同步测量探头，以实现对换流站中断路器操作产生的开关瞬态电磁场的同步测量，由于混合式直流断路器的主支路的闭锁不会使得断路器及其线路的电压产生显著变化，但电流的转移过程会在断路器周边感应出强磁场脉冲，因此只需要测量断路器周边的磁场脉冲就能够准确地测量出主支路的闭锁时刻，而转移支路的闭锁会造成断路器两端电压的迅速变化，因此，通过测量断路器周边的电场脉冲就能够准确测量出转移支路闭锁的时刻。

Description

基于电磁场同步测量的混合直流断路器闭锁时刻测量方法

技术领域

本发明属于电磁场测量以及高压直流断路器技术领域，涉及一种基于电磁场同步测量的混合直流断路器闭锁时刻测量方法。

背景技术

直流输电***的阻尼比交流输电***要低的多，所以当短路故障发生时，短路电流上升速率非常快，往往在数个毫秒的时间就能达到峰值，如果不及时进行继电保护操作，将会造成换流阀的烧毁。通常通过闭锁换流站中的换流阀来限制短路电流的发展，但在换流阀中续流二极管的作用下并不能完全切断短路电流，因此，还需要断开交流侧断路器。而交流侧断路器的动作时间往往需要十几毫秒以上，无法快速的切除短路故障。因此，换流站中需要安装直流断路器，以快速切断直流线路短路电流，降低直流输电***故障电流水平，限制故障扩散区域。而且直流断路器还可以实现换流站和线路的快速带电投退，并能在故障快速清除后快速启动***。目前，直流断路器可分为三类：机械式直流断路器、全固态式直流断路器、机械开关与固态开关相结合的混合式直流断路器，其中，混合式直流断路器结合了机械式和全固态式直流断路器的优点，在实际工程中得到了广泛的应用和关注，在我国舟山五端柔直***和张北四端柔直***中均得到了实际应用。混合式直流断路器的原理框图如图2所示。

由图2可知，混合式直流断路器包含主支路、转移支路和耗能支路三个支路，分断短路电流是断路器的核心功能，混合式直流断路器的分断过程可分为两次电流转移过程。在正常状态下，大电流由主支路承载，当需要分断时，首先将主支路中的半导体固态开关断开，电流会流向转移支路，然后将主支路中的快速机械开关断开，当机械开关分开的足够的距离可以耐受直流高压时，将转移支路闭锁，电流会被迫流向耗能支路，然后耗能支路中的金属氧化物避雷器会被击穿，将直流***中存储在电感中的能量消耗掉，当金属氧化物避雷器恢复至绝缘状态时，断路器的分断过程就完成了。

混合式直流断路器的整个分断过程将在几个毫秒内完成，快速机械开关的动作分为“慢分”和“快分”两种，一般对小电流的分断采用“慢分”，当需要切断大短路电流时采用“快分”。交流***的阻尼大，故障电流发展慢，对断路器分断时刻的要求并不严苛。但直流***的阻尼小，故障电流发展快，对混合式直流短路器的动作时间要求非常精确，因此，就需要精确测量其主支路闭锁时刻和转移支路闭锁时刻，如果支路闭锁时刻测量不准确或者抖动太大，则不能保证混合式直流断路器的可靠运行。

目前对混合式直流断路器主支路、转移支路闭锁时刻的判断方法，通常是采用直流断路器中自带的状态监测***和换流站中自带的电压、电流录波***，然而换流站中自带的录波***是针对直流和低频信号，测量带宽有限，而且其采样率一般不超过10ksps，对断路器动作时刻的测量误差可达0.1ms以上，另一方面，直流断路器中自带的状态监测***往往安装在直流断路器的内部，且处于复杂的电磁环境中，因此，容易受到电磁干扰。

可见，需要一种能够从直流断路器外部的电压、电流变化来测量其动作时刻的方法，一方面弥补换流站中自带的电压、电流监测***采样率低、带宽有限的不足，另一方面作为混合式直流断路器自身监测***的一种印证方法。

混合式直流断路器在操作过程中会引起***电压电流的突变，主支路闭锁时产生的电流转换可以引发强磁场脉冲，转移支路闭锁产生的电压突变可以产生强电场和强磁场脉冲，这种“开关瞬态电磁场”对于断路器的二次控制设备属于一种电磁骚扰，可以干扰断路器的正常工作，因此，需要对这种瞬态电场、磁场脉冲进行测量研究。

由于瞬态电磁场具有持续时间短、快上升沿、宽频带的特点，一般利用电小天线作为测量工具，例如常采用D-dot天线或者偶极子天线测量电场脉冲，常采用小环天线测量磁场脉冲；当然也有采用基于电光效应、磁光效应的光纤传感器测量瞬态电场和瞬态磁场或者采用巨磁阻传感器测量瞬态磁场。

然而，现有的电磁场传感器只能用于电场或磁场一种场量的测量，无法对电场和磁场进行同步测量，而在实际布置测量电场天线和磁场天线的时候，为了避免天线之间互相干扰，需要间距一定距离，因此，所测得的电场和磁场并不是同一个点处的场量，而且由于电磁波传播的时延，实际上也并不是测的同一时刻的场量，这给为后续电磁脉冲的分析带来了很大不便和误差。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于电磁场同步测量的混合直流断路器闭锁时刻测量方法，该方法通过对断路器操作时产生的瞬态电场、磁场脉冲进行同步测量，以分辨出主支路闭锁产生的磁场脉冲和转移支路闭锁产生的电场脉冲，利用磁场、电场脉冲的起始时刻能精确测量出主支路和转移支路的闭锁时刻。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

基于电磁场同步测量的混合直流断路器闭锁时刻测量方法，采用基于对称双间隙环天线的开关瞬态电磁场同步测量探头实现，其包括如下步骤：

步骤1. 在即将进行断路器操作之前，在混合式直流断路器的侧方，靠近混合式直流断路器主支路和转移支路的位置放置一个基于对称双间隙环天线的开关瞬态电磁场同步测量探头；

其中，对称双间隙环天线的轴线与地面平行，且对称双间隙环天线的两个间隙的连线与混合式直流断路器的进线到出线的方向平行；

步骤2. 将开关瞬态电磁场同步测量探头的磁场信号输出端以及电场信号输出端分别通过一根输出同轴电缆连接至屏蔽室内的录波仪上；

连接磁场信号输出端的一根输出同轴电缆连接至录波仪的通道1上，而连接电场信号输出端的另一根输出同轴电缆连接至录波仪的通道2上；

其中，以上两根输出同轴电缆的长度相等；

步骤3. 打开录波仪，将录波仪的通道1作为触发通道，并将触发电平设置为高于本底噪声20-40 mV且保持单次触发模式；

步骤4. 混合式直流断路器操作时产生的开关瞬态电磁场，使得录波仪被触发，通过录波仪记录下采集得到的开关瞬态电磁场信号；

步骤5. 将录波仪采集得到的开关瞬态电磁场信号上传到电脑中，以时间为横轴，画出电场和磁场信号的波形图；

同时根据换流站中原有的电压、电流录波***的记录信号，将混合式直流断路器两端进线和出线的电压、电流信号也画在同一个坐标轴上；

步骤6. 首先根据换流站原有的录波***的电压、电流信号，对混合式直流断路器的主支路的闭锁时刻以及转移支路的闭锁时刻进行读取；

步骤7. 根据开关瞬态电磁场信号，对混合式直流断路器的闭锁时刻进行精确判断，其中，将记录的磁场脉冲的起始时刻作为主支路的闭锁时刻；在主支路的闭锁时刻之后的2-10 ms，会出现明显的电场脉冲，是转移支路闭锁产生的，以所述电场脉冲的起始时刻作为转移支路的闭锁时刻；

进一步将本步骤7测得的主支路的闭锁时刻，与步骤6中粗略测得的主支路的闭锁时刻进行对比，若二者之间相差不超过1 ms，则认为基于电磁场同步测量得到的混合式直流断路器的主支路的闭锁时刻的测量结果是真实的；

如果本步骤7测得的主支路的闭锁时刻与步骤6中粗略测得的主支路的闭锁时刻之间相差超过1ms，则以步骤6中得到的主支路闭锁时刻为时间基准，在步骤7测得的磁场脉冲序列上寻找与步骤6中得到的主支路闭锁时刻时间相差不超过1ms的磁场脉冲，并以该磁场脉冲的起始时刻作为主支路闭锁时刻，同样的，在主支路的闭锁时刻之后的2-10 ms，会出现明显的电场脉冲，是转移支路闭锁产生的，以电场脉冲的起始时刻作为转移支路的闭锁时刻。

本发明具有如下优点：

如上所述，本发明提出了一种基于电磁场同步测量的混合直流断路器闭锁时刻测量方法，该方法通过引入一个能够对断路器操作时产生的瞬态电场、磁场脉冲进行同步测量的开关瞬态电磁场同步测量探头，进而基于该同步测量探头分辨出主支路闭锁产生的磁场脉冲以及转移支路闭锁产生的电场脉冲，然后以磁场、电场脉冲的起始时刻精确测量出主支路和转移支路的闭锁时刻。

附图说明

图1为本发明实施例中基于电磁场同步测量的混合直流断路器闭锁时刻测量方法的安装示意图；

图2为混合式直流断路器的原理框图；

图3为本发明实施例中对称双间隙环天线对电磁场同步测量的原理图；

图4为本发明实施例中对称双间隙环天线的结构示意图；

图5为本发明实施例中第一天线组件的结构示意图；

图6为本发明实施例中尼龙支撑件的结构示意图；

图7为本发明实施例中开关瞬态电磁场同步测量探头的电路结构图。

其中，1-第一天线组件，2-第二天线组件，3-天线组件主体段，4-天线组件引出段，5-内导体，6-外导体，7-第一间隙，8-第二间隙，9-尼龙支撑件，10-圆环形卡槽，11-圆孔，12-对称双间隙环天线，13-电磁场分离电路，14-第一功率分配器，15-第二功率分配器，16-磁场信号输出同轴电缆，17-电场信号输出同轴电缆，18-探头，19-录波仪。

具体实施方式

本发明的基本构思为：首先提出一种基于对称双间隙环天线的开关瞬态电磁场同步测量探头，以实现对换流站中断路器操作产生的开关瞬态电磁场的同步测量，由于混合式直流断路器的主支路的闭锁不会使得断路器及其线路的电压产生显著变化，但电流的转移过程会在断路器周边感应出强磁场脉冲，因此只需要测量断路器周边的磁场脉冲，就可以准确地测量出主支路的闭锁时刻，而转移支路的闭锁会造成断路器两端电压的迅速变化，因此，通过测量断路器周边的电场脉冲，就可以准确测量出转移支路闭锁的时刻。

基于以上发明构思，本发明首先设计一种基于对称双间隙环天线的开关瞬态电磁场同步测量探头，如图7所示。由图7可知，本实施例中开关瞬态电磁场同步测量探头包括对称双间隙环天线12以及电磁场分离电路13。

如图3所示，对称双间隙环天线12对电场、磁场同步测量的原理如下：

设计圆环状的对称双间隙环天线，在对称的位置设有两个间隙。

定义两个间隙分别为间隙一和间隙二。

在实际使用时，需保证天线的尺寸远小于被测电磁场的波长，以保证天线属于电小天线，那么在天线周边的电磁场就可以认为是均匀的电磁场。

对称双间隙环天线感应到的电场可以分为两部分：

一部分是空间中的原始电场，记为E_原始电场，对应着测点处的真实电场，双间隙环天线对于“原始电场”相当于两个并联的偶极子天线。因此在图3中间隙一和间隙二处能够感应出两个大小相等、方向相同的电压，V_电场1和V_电场2。

另一部分电场则是穿过小环面积的磁通的变化所产生的感应电场，记为E_感应电场，这部分电场是有旋电场，呈螺旋状，因此在图3中间隙一和间隙二处能够感应出两个大小相等、方向相反的电压，V_磁场1和V_磁场2。

在对称双间隙环天线的间隙一以及间隙二处实际能测到的电压分别为电压V₁以及电压V₂，那么按照图3中标注的电压正方向（左正右负），有：

V₁= V_电场1- V_磁场1，V₂= V_电场2+ V_磁场2。

所以有：V_电场=(V₁+ V₂)/2，V_磁场=(V₂-V₁)/2。

可见，只需将对称双间隙环天线的两个间隙处的电压V1和V2测出来，然后进行功率分配、加减处理和信号放大等信号处理，就能得到与电场和磁场呈线性关系的量，这样通过一个天线就同时实现了电场和磁场的同步测量。

下面对本发明实施例中对称双间隙环天线的结构进行详细论述。

如图4所示，本实施例中对称双间隙环天线，包括第一天线组件1以及第二天线组件2，其中，第一天线组件1与第二天线组件2的结构相同。

以第一天线组件1的结构为例，如图5所示。

第一天线组件1包括天线组件主体段3以及天线组件引出段4，其中，天线组件主体段3为半圆环形，天线组件主体段3与天线组件引出段4相连。

天线组件主体段3与天线组件引出段4优选是由同一根同轴电缆经折弯形成的，经过折弯后得到上述天线组件主体段3和天线组件引出段4。

在天线组件主体段3远离天线组件引出段4的一端I，天线组件主体段3的内导体5凸出于外导体6的所在端面A，即内导体暴露于外导体的外侧。

第二天线组件2与第一天线组件1的结构相同，此处不再赘述。

如图4所示，第一天线组件1暴露在外侧的内导体5（即I端凸出于外导体6的内导体5）连接于第二天线组件2的外导体6上，其连接位置位于第二天线组件2的天线组件主体段3与天线组件引出段4连接处B，连接方式为焊接连接。

在第一天线组件1的天线组件主体段的外导体所在端面A与第二天线组件的天线组件主体段与天线组件引出段连接处B之间形成有第一间隙7。

如图4所示，第二天线组件2暴露在外侧的内导体5（即I端凸出于外导体6的内导体5）连接于第一天线组件1的外导体6上，其连接位置位于第一天线组件2的天线组件主体段3与天线组件引出段4连接处C，连接方式为焊接连接。

在第二天线组件2的天线组件主体段的外导体6所在端面A与第一天线组件1的天线组件主体段与天线组件引出段连接处之间形成有第二间隙8。

由法拉第电磁屏蔽原理可知，外部电场会在同轴电缆外导体6的外表面感应出电压信号，该电压信号在相应的间隙处被此处的同轴电缆的内导体5与外导体6的内侧表面（的连接处B、C）所拾取，并沿同轴电缆内部传输出去。

第一天线组件1与第二天线组件2处于同一平面内，且为中心对称，经由第一天线组件1与第二天线组件2组合形成的对称双间隙环天线呈圆环形。

受限于同轴电缆弯曲时曲率半径的影响，两段半圆环形的同轴电缆（第一天线组件1与第二天线组件2）可能无法对接成一个标准的圆环形，然而，只需要保证两段同轴电缆的形状是完全对称的，就可以保证天线的正常工作。

第一间隙7与第二间隙8位于对称双间隙环天线对称的位置。

其中，第一间隙7处的电压可以通过第一天线组件1（同轴电缆的内导体）输出，第二间隙8处的电压可以通过第二天线组件2（同轴电缆的内导体）输出。

此外，为了能够支撑对称双间隙环天线，同时也确保天线的对称性，本实施例中还为对称双间隙环天线配置了天线支撑件，如图6所示。

天线支撑件包括两个结构相同的尼龙支撑件9，每个尼龙支撑件9的一侧表面均设有与对称双间隙环天线形状、大小相适应的圆环形卡槽10。

对称双间隙环天线位于上、下放置的两个尼龙支撑件之间并进行固定。

具体的，尼龙支撑件9为方形，每个尼龙支撑件9的边角处均设有安装孔11；两个尼龙支撑件9之间通过依次穿过对应安装孔11的尼龙螺栓进行固定。

通过以上设计保证了对称双间隙环天线的支撑效果以及对称性。

如图7所示，电磁场分离电路13，用于将对称双间隙环天线12测量得到的电场信号和磁场信号分开，其包括第一功率分配器14、第二功率分配器15、包含运算放大器的加法器电路以及包含运算放大器的减法器电路。

第一天线组件1的天线组件引出段4连接至第一功率分配器14的输入端。

第一功率分配器14的作用是，将第一间隙7处输出的第一电压信号V₁分成幅值相 等、符号相同的两路信号，且幅值变为第一电压信号V₁的

倍。

第一功率分配器的输出端有两路，每路输出信号幅值为

V₁。

第二天线组件2的天线组件引出段4连接至第二功率分配器15的输入端。

由于图4中第二间隙8处信号拾取的方式和图7中对间隙电压的正方向定义，实际上从第二间隙8输出的第二电压信号应该是。

第二功率分配器15的作用是，将第二间隙8处输出的第二电压信号V₂分成幅值相 等、符号相同的两路信号，且幅值变为第二电压信号V₂的

倍。

第二功率分配器15的输出端有两路，每路输出信号幅值为-

V₂。

加法器电路的输入端有两个，其中一个输入端连接第一功率分配器15的一个输出端，另一个输入端连接第二功率分配器15的一个输出端。

加法器电路用于实现两路信号的加法运算，并对信号进行放大处理。

加法器电路的输出端有一个，且该加法器电路的输出信号为第一功率分配器的输出信号和第二功率分配器的输出信号相加并进行放大后的信号。

如图7所示，加法器电路包括第一电阻R1、第二电阻R2以及第一运算放大器OPA1；第一电阻R1有两个，第二电阻R2和第一运算放大器分别有一个。

两个第一电阻R1的一端分别与加法器电路的一个输入端相连。

两个第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的一端以及第一运算放大器OPA1的反向输入端相连；第一运算放大器OPA1的同向输入端接地。

第二电阻R2的另一端、第一运算放大器OPA1的输出端与加法器电路的输出端相连，加法器的输出端为磁场信号输出端并连接磁场信号输出同轴电缆16。

其中，第一运算放大器OPA1的放大倍数为第二电阻R2和第一电阻R1的比值，即R2/R1倍，这与被测磁场信号呈线性比例关系。

磁场信号输出同轴电缆16输出的磁场信号为

。

减法器电路的输入端有两个，其中一个输入端连接第一功率分配器14的另一个输出端，另一个输入端连接第二功率分配器15的另一个输出端。

减法器电路用于实现两路信号的减法运算，并对信号进行放大处理。

减法器电路的输出端有一个，且该减法器电路的输出信号为第一功率分配器14的输出信号和第二功率分配器15的输出信号相减并进行放大后的信号。

如图7所示，减法器电路包括第一电阻R1、第二电阻R2以及第二运算放大器OPA2；其中，第一电阻R1和第二电阻R2均有两个，第二运算放大器有一个。

两个第一电阻R11的一端分别与减法器电路的一个输入端相连；两个第一电阻R1的另一端分别连接至第二运算放大器OPA2的反向输入端和同向输入端。

一个第二电阻R2的一端连接第二运算放大器OPA2的同向输入端，另一端接地；另一个第二电阻R2的一端连接第二运算放大器OPA2的反向输入端，另一端与第二运算放大器OPA2的输出端和减法器电路的输出端相连。

其中，第二运算放大器OPA2的放大倍数为第二电阻R2和第一电阻R1的比值，即R2/R1倍，这与被测电场信号呈线性比例关系。

减法器的输出端为电场信号输出端并连接电场信号输出同轴电缆17。电场信号输 出同轴电缆17输出的电场信号为

。

可根据被测信号幅值的大小调节R1和R2的值，以获得最佳测量效果。

本实施例中述及的基于对称双间隙环天线的开关瞬态电磁场同步测量探头适用于对变电站、换流站中高压开关操作产生的瞬态电磁场进行同步测量。

通过实测试验得知，变电站或换流站中的开关瞬态电磁场的最高频率一般在300MHz以下，对应的波长为1 m。为了确保对称双间隙环天线12是电小的，本实施例中天线的直径应不大于开关瞬态电磁场波长的1/10，即10 cm。

然而，天线的直径也不能太小,太小会增大加工难度并减小天线的灵敏度。

因此，本实施例中对称双间隙环天线12的直径应取在5-10 cm。

此外，本实施例还包括金属屏蔽盒，将包含电磁场分离电路13（如图7中虚线框所示）的电路板放置于小型的金属屏蔽盒内，并采用电池供电。

本实施例通过合计设计对称双间隙环天线12以及电磁场分离电路13的结构，仅使用一个探头即可实现电场和磁场的同步测量，保证了测得的电场和磁场是同一点、同一时刻的场量，有利于对瞬态电磁脉冲的准确测量和分析。

本发明实施例中提出的基于对称双间隙环天线的开关瞬态电磁场同步测量探头，很好地解决了目前电场和磁场分开测量时，由于电场测量天线和磁场测量天线是分开的放置的，不便于对电场、磁场进行同步测量，进而给开关瞬态电磁场的分析带来较***烦和误差的技术问题。

在给出开关瞬态电磁场同步测量探头的结构基础上，下面对本发明的基于电磁场同步测量的混合直流断路器闭锁时刻测量方法进行详细说明。

如图1所示，基于电磁场同步测量的混合直流断路器闭锁时刻测量方法，采用上面基于对称双间隙环天线的开关瞬态电磁场同步测量探头实现，其包括下步骤：

步骤1. 在即将进行断路器操作之前，在混合式直流断路器的侧方，靠近混合式直流断路器主支路和转移支路的位置放置一个基于对称双间隙环天线的开关瞬态电磁场同步测量探头18。

具体的，基于对称双间隙环天线的开关瞬态电磁场同步测量探头架高地面1-2米，与混合式直流断路器之间的水平距离为3-5米。

其中，对称双间隙环天线的轴线与地面平行，且对称双间隙环天线的两个间隙的连线与混合式直流断路器的进线到出线的方向平行。

步骤2. 将开关瞬态电磁场同步测量探头的磁场信号输出端以及电场信号输出端分别通过一根输出同轴电缆连接至屏蔽室内的录波仪19上。

连接磁场信号输出端的一根输出同轴电缆连接至录波仪的通道1上，而连接电场信号输出端的另一根输出同轴电缆连接至录波仪的通道2上。

其中，以上两根输出同轴电缆的长度相等。

本实施例中选用的录波仪具有时间记录功能，能够精确到微秒级。

步骤3. 打开录波仪，将录波仪的通道1作为触发通道，并设置触发电平高于本底噪声20-40 mV，且保持单次触发模式。

步骤4. 混合式直流断路器操作时产生的开关瞬态电磁场，使得录波仪被触发，通过录波仪记录下采集得到的开关瞬态电磁场信号。

步骤5. 将录波仪采集得到的开关瞬态电磁场信号上传到电脑中，以时间为横轴，画出电场和磁场信号的波形图。

同时根据换流站中原有的电压、电流录波***的记录信号，将混合式直流断路器两端进线和出线的电压、电流信号也画在同一个坐标轴上。

步骤6. 首先根据换流站中原有的录波***的电压、电流信号，对混合式直流断路器的主支路的闭锁时刻以及转移支路的闭锁时刻进行读取。

由于换流站中现有的录波***的采样率很低，而且由于长信号传输链路的延时，此种方法只能粗略的读出混合式直流断路器的动作时刻。

步骤7. 根据开关瞬态电磁场信号，对混合式直流断路器的闭锁时刻进行精确判断，由于是以磁场信号通道作为触发通道，但触发时刻并不是直流断路器主支路的闭锁时刻，将记录的磁场脉冲的起始时刻作为主支路的闭锁时刻，一般比触发时刻提前一段时间；在主支路的闭锁时刻之后的2-10 ms，会出现明显的电场脉冲，是转移支路闭锁产生的，以所述电场脉冲的起始时刻作为转移支路的闭锁时刻。

有时测量***会受到偶发电磁干扰的影响（比如局部放电产生的电磁脉冲），为了排除这种电磁干扰对主支路闭锁时刻测量的干扰，还设计了如下步骤：

进一步将本步骤7测得的主支路的闭锁时刻，与步骤6中粗略测得的主支路的闭锁时刻进行对比，若二者之间相差不超过1 ms，则认为基于电磁场同步测量得到的混合式直流断路器的主支路的闭锁时刻的测量结果是真实的。

如果本步骤7测得的主支路的闭锁时刻与步骤6中粗略测得的主支路的闭锁时刻之间相差超过1ms，则以步骤6中得到的主支路闭锁时刻为时间基准，在步骤7测得的磁场脉冲序列上寻找与步骤6中得到的主支路闭锁时刻时间相差不超过1ms的磁场脉冲，并以该磁场脉冲的起始时刻作为主支路闭锁时刻，同样的，在主支路的闭锁时刻之后的2-10 ms，会出现明显的电场脉冲，是转移支路闭锁产生的，以所述电场脉冲的起始时刻作为转移支路的闭锁时刻。

本发明通过将开关瞬态电磁场作为混合式直流断路器的支路闭锁时刻的测量依据，通过试验已证实，能够将支路闭锁时刻的测量误差缩小到5μs以内，可见，本发明方法的测量精度相比于传统的测量方法的精度明显提高。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (9)

1.基于电磁场同步测量的混合直流断路器闭锁时刻测量方法，其特征在于，采用基于对称双间隙环天线的开关瞬态电磁场同步测量探头实现，其包括如下步骤：

步骤1. 在即将进行断路器操作之前，在混合式直流断路器的侧方，靠近混合式直流断路器主支路和转移支路的位置放置一个基于对称双间隙环天线的开关瞬态电磁场同步测量探头；

其中，对称双间隙环天线的轴线与地面平行，且对称双间隙环天线的两个间隙的连线与混合式直流断路器的进线到出线的方向平行；

步骤2. 将开关瞬态电磁场同步测量探头的磁场信号输出端以及电场信号输出端分别通过一根输出同轴电缆连接至屏蔽室内的录波仪上；

连接磁场信号输出端的一根输出同轴电缆连接至录波仪的通道1上，而连接电场信号输出端的另一根输出同轴电缆连接至录波仪的通道2上；

其中，以上两根输出同轴电缆的长度相等；

步骤3. 打开录波仪，将录波仪的通道1作为触发通道，并将触发电平设置为高于本底噪声20-40 mV，且保持单次触发模式；

步骤4. 混合式直流断路器操作时产生的开关瞬态电磁场，使得录波仪被触发，通过录波仪记录下采集得到的开关瞬态电磁场信号；

步骤5. 将录波仪采集得到的开关瞬态电磁场信号上传到电脑中，以时间为横轴，画出电场和磁场信号的波形图；

同时根据换流站中原有的电压、电流录波***的记录信号，将混合式直流断路器两端进线和出线的电压、电流信号也画在同一个坐标轴上；

步骤6. 首先根据换流站原有的录波***的电压、电流信号，对混合式直流断路器的主支路的闭锁时刻以及转移支路的闭锁时刻进行读取；

步骤7. 根据开关瞬态电磁场信号，对混合式直流断路器的闭锁时刻进行精确判断，其中，将记录的磁场脉冲的起始时刻作为主支路的闭锁时刻；在主支路的闭锁时刻之后的2-10 ms，会出现明显的电场脉冲，是转移支路闭锁产生的，以所述电场脉冲的起始时刻作为转移支路的闭锁时刻；

进一步将本步骤7测得的主支路的闭锁时刻，与步骤6中粗略测得的主支路的闭锁时刻进行对比，若二者之间相差不超过1 ms，则认为基于电磁场同步测量得到的混合式直流断路器的主支路的闭锁时刻的测量结果是真实的；

如果本步骤7测得的主支路的闭锁时刻与步骤6中粗略测得的主支路的闭锁时刻之间相差超过1ms，则以步骤6中得到的主支路闭锁时刻为时间基准，在步骤7测得的磁场脉冲序列上寻找与步骤6中得到的主支路闭锁时刻时间相差不超过1ms的磁场脉冲，并以该磁场脉冲的起始时刻作为主支路闭锁时刻，同样的，在主支路的闭锁时刻之后的2-10 ms，会出现明显的电场脉冲，是转移支路闭锁产生的，以所述电场脉冲的起始时刻作为转移支路的闭锁时刻。

2.根据权利要求1所述的基于电磁场同步测量的混合直流断路器闭锁时刻测量方法，其特征在于，

所述基于对称双间隙环天线的开关瞬态电磁场同步测量探头，包括对称双间隙环天线以及电磁场分离电路；

对称双间隙环天线，包括第一天线组件以及第二天线组件；

第一天线组件与第二天线组件的结构相同，且均包括一天线组件主体段和一天线组件引出段，天线组件主体段与天线组件引出段相连；

天线组件主体段与天线组件引出段是由同一根同轴电缆经折弯形成的；

其中，所述天线组件主体段为半圆环形；

在天线组件主体段远离天线组件引出段的一端，该天线组件主体段的内导体凸出于外导体的所在端面，即内导体暴露于外导体的外侧；

第一天线组件暴露在外侧的内导体连接于第二天线组件的外导体上，其连接位置位于第二天线组件的天线组件主体段与天线组件引出段连接处；

第一天线组件的天线组件主体段的外导体所在端面与第二天线组件的天线组件主体段与天线组件引出段连接处之间形成有第一间隙；

第二天线组件暴露在外侧的内导体连接于第一天线组件的外导体上，其连接位置位于第一天线组件的天线组件主体段与天线组件引出段连接处；

第二天线组件的天线组件主体段的外导体所在端面与第一天线组件的天线组件主体段与天线组件引出段连接处之间形成有第二间隙；

第一天线组件与第二天线组件处于同一平面内，且为中心对称，经由第一天线组件与第二天线组件组合形成的对称双间隙环天线呈圆环形；

其中，第一间隙与第二间隙位于对称双间隙环天线两个对称的位置；

所述电磁场分离电路包括第一功率分配器、第二功率分配器、包含运算放大器的加法器电路以及包含运算放大器的减法器电路；

第一天线组件的天线组件引出段连接至第一功率分配器的输入端，第二天线组件的天线组件引出段连接至第二功率分配器的输入端；

第一功率分配器的输出端有两路，且两路输出信号的幅值相等、符号相同，每路输出信 号的幅值均为第一间隙处输出的第一电压信号的

倍；

第二功率分配器的输出端有两路，且两路输出信号的幅值相等、符号相同，每路输出信 号的幅值均为第二间隙处输出的第二电压信号的

倍；

加法器电路的输入端有两个，一个输入端连接第一功率分配器的一个输出端，另一个输入端连接第二功率分配器的一个输出端；

加法器电路的输出端有一个，加法器电路的输出信号为第一功率分配器的输出信号和第二功率分配器的输出信号相加并进行放大后的信号；

减法器电路的输入端有两个，一个输入端连接第一功率分配器的另一个输出端，另一个输入端连接第二功率分配器的另一个输出端；

减法器电路的输出端有一个，减法器电路的输出信号为第一功率分配器的输出信号和第二功率分配器的输出信号相减并进行放大后的信号；

加法器的输出端为磁场信号输出端，减法器的输出端为电场信号输出端。

3.根据权利要求2所述的基于电磁场同步测量的混合直流断路器闭锁时刻测量方法，其特征在于，

所述对称双间隙环天线还配置有天线支撑件；

所述天线支撑件包括两个结构相同的尼龙支撑件，每个尼龙支撑件的一侧表面均设有与所述对称双间隙环天线形状、大小相适应的圆环形卡槽；

对称双间隙环天线位于上、下放置的两个尼龙支撑件之间并进行固定。

4.根据权利要求3所述的基于电磁场同步测量的混合直流断路器闭锁时刻测量方法，其特征在于，

所述尼龙支撑件为方形，每个尼龙支撑件的边角处均设有安装孔；两个所述尼龙支撑件之间通过依次穿过对应安装孔的尼龙螺栓进行固定。

5.根据权利要求2所述的基于电磁场同步测量的混合直流断路器闭锁时刻测量方法，其特征在于，

所述对称双间隙环天线的直径为5-10cm。

6.根据权利要求2所述的基于电磁场同步测量的混合直流断路器闭锁时刻测量方法，其特征在于，

所述加法器电路包括第一电阻、第二电阻以及第一运算放大器；其中，第一电阻有两个，第二电阻以及第一运算放大器分别有一个；

两个所述第一电阻的一端分别与加法器电路的一个输入端相连；

两个所述第一电阻的另一端、第二电阻的一端以及第一运算放大器的反向输入端相连；第一运算放大器的同向输入端接地；

第二电阻的另一端、第一运算放大器的输出端与加法器电路的输出端相连；

其中，第一运算放大器的放大倍数为第二电阻和第一电阻的比值。

7.根据权利要求2所述的基于电磁场同步测量的混合直流断路器闭锁时刻测量方法，其特征在于，

所述减法器电路包括第一电阻、第二电阻以及第二运算放大器；其中，第一电阻和第二电阻均有两个，第二运算放大器有一个；

两个第一电阻的一端分别与减法器电路的一个输入端相连；两个第一电阻的另一端分别连接至第二运算放大器的反向输入端以及同向输入端；

一个第二电阻的一端连接第二运算放大器的同向输入端，另一端接地；

另一个第二电阻的一端连接第二运算放大器的反向输入端，另一端与第二运算放大器的输出端和减法器电路的输出端相连；

其中，第二运算放大器的放大倍数为第二电阻和第一电阻的比值。

8.根据权利要求2所述的基于电磁场同步测量的混合直流断路器闭锁时刻测量方法，其特征在于，

所述开关瞬态电磁场同步测量探头还包括金属屏蔽盒；

其中，将包含所述电磁场分离电路的电路板放置于所述金属屏蔽盒内。

9.根据权利要求1所述的基于电磁场同步测量的混合直流断路器闭锁时刻测量方法，其特征在于，

所述步骤1中，基于对称双间隙环天线的开关瞬态电磁场同步测量探头架高地面1-2米，与混合式直流断路器之间的水平距离为3-5米。

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