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

本发明专利技术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。刻。刻。

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术属于电磁场测量以及高压直流断路器
，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。

技术介绍

[0002]直流输电系统的阻尼比交流输电系统要低的多，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，降低直流输电系统故障电流水平，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系统。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系统和张北四端柔直系统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。
[0003]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，将直流系统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。
[0004]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”。交流系统的阻尼大，故障电流发展慢，对断路器分断时刻的要求并不严苛。但直流系统的阻尼小，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。
[0005]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系统和换流站中自带的电压、电流录波系统，然而换流站中自带的录波系统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系统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。
[0006]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、电流监测系统采样率低、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系统的一种印证方法。
[0007]混合式直流断路器在操作过程中会引起系统电压电流的突变，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。
[0008]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
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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。
[0009]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。

技术实现思路

[0010]本专利技术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。
[0011]本专利技术为了实现上述目的，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
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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、电流录波系统的记录信号，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系统的电压、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
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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中得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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
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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、电流录波系统的记录信号，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系统的电压、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
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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
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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...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔旭，刘黎，孙振东，王晓敏，郑舟，牟宗磊，倪晓军，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：