一种高压直流宽频域电晕电流测量系统技术方案

本发明专利技术提供一种高压直流宽频域电晕电流测量系统，包括取样电阻传感器、特高压当地端测量单元、光纤传输单元、安全位置测量端单元和上位机；取样电阻传感器对高压直流线路的电晕电流信号进行取样，将电晕电流信号转化为电压信号，特高压当地端测量单元对电压信号进行采集，经光电转换得到光信号，光信号经光纤传输单元传送至安全位置测量端单元，安全位置测量端单元将光信号转换成电压信号，上位机对电压信号进行处理、存储和显示。本发明专利技术具有测量频率范围宽、抗电磁干扰能力强等优点，可在特高压直流环境及各种恶劣自然环境条件下长期稳定运行，为深入研究高压直流电晕特性提供了有效的技术手段。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高电压试验设备和测量
，具体涉及一种高压直流宽频域电晕电流测量系统。
技术介绍
为贯彻国家能源政策，确保电力工业全面、协调、可持续的健康发展，国家电网公司根据我国国情提出了加快发展交直流特高压电网的重大战略举措。特高压输电是在超高压输电的基础上发展起来的，可以实现远距离、大容量传输电能，适合大区电网互联。与特高压交流输电不同，特高压直流输电的线路造价更低，功率损耗更小，更适合超远距离的大容量电能输送。由于电压等级较高，特高压直流输电导线上不可避免的会发生电晕现象。特高压直流输电线路电晕效应包括电晕损失、电场效应、无线电干扰、可听噪声和空间离子流等。输电电压等级的提高使很多国家对防电晕现象提出了更高的要求。近年来，我国为进一步提高电能输送容量和距离，已经建设完成向家坝一上海±800kV特高压直流输电工程，同时国家电网公司目前已启动± IlOOkV特高压直流输电技术的前期研究工作。由于我国特高压直流输电线路将经过不同地理和不同环境地区，随着电压等级的提高，电晕效应问题将会更加突出。而发达国家的大气环境质量与我国相差很大，在特高压直流线路电晕效应等相关领域，这些国家的试验数据和设计方法难以为我国直接使用。因此需要对直流线路的电晕效应进行深入研究。以上与电磁环境有关的问题源头大多在于电晕放电，而电晕电流产生空间辐射电磁场就是无线电干扰；电晕产生离子的高速运动导致空气压缩而产生可听噪声，直流线路电晕产生空间电荷,进而产生空间电场。因此,必须重点研究揭示电磁环境参数与电晕放电本质特征的电晕电流。电晕放电属随机性脉冲放电，频谱很宽。工程上，对无线电干扰等电磁环境参数，一般需测量到30MHz以上。从研究角度，需考虑更宽频域。为此，须具备全天候宽频域电晕电流测试手段，为今后研究不同海拔和不同气候环境的特高压线路、交直流输电线路混合架设下的电晕电流特性提供必要的条件。电晕损失以及电晕引起的环境效应是直流输电工程中需要解决的两大关键问题，而电晕电流是与电晕损失和环境效应直接相关的物理量，同时也是表征线路电晕放电情况最直接的物理量，通过研究电晕电流可对改进特高压输电线路的导线配置提供依据。以前电力系统测量电晕电流只注重研究电晕损耗，并且传统的测量系统采样频率低(通常在2MHz以下)，测量性能远不能满足特高压输电线路可听噪声、无线电干扰和直流合成电场的研究需求。由电晕电流的研究需要推动，中国电力科学研究院已成功研制出频带响应为30MHz的取样传感器，南方电网技术研究中心和清华大学已研制出带宽为50MHz的电晕电流测量系统，但这些还不能满足特高压直流电晕特性研究的需求，需要进一步研制采样频率更高的测量系统。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种高压直流宽频域电晕电流测量系统，具有测量频率范围宽、抗电磁干扰能力强等优点，可在特高压直流环境及各种恶劣自然环境条件下长期稳定运行，为深入研究高压直流电晕特性提供了有效的技术手段。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案:一种高压直流宽频域电晕电流测量系统，所述系统包括取样电阻传感器、特高压当地端测量单元、光纤传输单元、安全位置测量端单元和上位机；所述取样电阻传感器和特高压当地端测量单元均设于一体化特高压当地单元中，所述取样电阻传感器对高压直流线路的电晕电流信号进行取样，将所述电晕电流信号转化为电压信号，所述特高压当地端测量单元对所述电压信号进行采集，经光电转换得到光信号，所述光信号经所述光纤传输单元传送至所述安全位置测量端单元，所述安全位置测量端单元将所述光信号转换成电压信号，所述上位机对电压信号进行处理、存储和显示。所述一体化特高压当地单元包括均压环A、取样电阻传感器、光纤防水插座、特高压当地端测量单元和屏蔽环；一体化特高压当地单元两侧分别设有取样电阻传感器和特高压当地端测量单元，所述取样电阻传感器和特高压当地端测量单元的外侧均设有屏蔽环，所述特高压当地端测量单元与其外侧的屏蔽环交接处设有光纤防水插座，用以引出光信号。所述取样电阻传感器包括屏蔽罩、环氧树脂绝缘法兰、PE绝缘骨架、厢体和取样电阻；所述取样电阻的阻值相同，圆周均匀布置且采用并联形式；位于所述厢体内部，所述厢体使用所述PE绝缘骨架做受力支撑支架，在PE绝缘骨架的外侧设有屏蔽罩，所述取样电阻传感器两端分别通过所述环氧树脂绝缘法兰与特高压当地端测量单元和管母线连接。所述特高压当地端测量单元包括高速宽频域数据采集单元、USB接口、光电转换单元A、串行接口、能源综合控制单元和独立供电单元；所述高速宽频域数据采集单元与所述取样电阻传感器连接，其对所述电压信号进行采集，所述电压信号通过所述USB接口输入所述光电转换单元A，经转换得到所述光信号；所述能源综合控制单元通过串行接口和光电转换单元A连接；所述独立供电单元为高速宽频域数据采集单元、能源综合控制单元和光电转换单元A供电。所述独立供电单元包括蓄电池，所述蓄电池包括电池保护板，所述蓄电池采用磷酸铁锂材料。所述蓄电池包括光纤充电单元，利用光纤对所述蓄电池进行光信号充电。所述高速宽频域数据采集单元包括AD转换单元、FPGA单元、ARM控制单元、缓冲单元和网络传输单元；所述FPGA单元按照采样时钟控制所述AD转换单元将经取样电阻传感器获得的电晕电流信号转换为数字信号，并控制缓冲单元A对数字信号的进行缓存，所述ARM控制单元控制FPGA单元和缓冲单元B对所述数字信号的传输，所述网络传输单元将数字信号通过所述USB接口传输给所述光电转换单元A。所述能源综合控制单元包括电源输入接口、电源转换单元、供电控制电路、中央控制单元、保护电路、电源输出接口 A和电源输出接口 B;所述电源转换单元通过所述电源输入接口连接所述独立供电单元，其一方面为所述中央处理单元和供电控制电路供电，另一方面控制所述电源输出接口 A和电源输出接口 B分别输出不同电压，所述中央控制单元控制所述保护电路和供电控制电路，通过所述供电控制电路的通断实现电源输出的控制，所述保护电路包括气体放电管和与其并联的TVS管，以使所述能源综合控制单元不被瞬时高压冲击。所述光纤传输单元包括光纤和光纤绝缘子；所述光纤采用室外多模光缆，所述光纤绝缘子将所述光信号从特高压当地端测量单元传输到至所述安全位置测量端单元。所述安全位置测量端单元包括光电转换单元B、USB接口、串行接口和电源单元；所述USB接口和串行接口分别与所述光电转换单元连接，所述电源单元为光电转换单元B供电。所述上位机通过USB接口及串行接口与所述安全位置测量端单元连接，其接收、保存并处理所述电压信号，进而得到电晕电流信号。所述电晕电流信号的取样频率为IkHz 1GHz，取样深度为IkB 128MB。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于:1.取样电阻传感器采用取样电阻圆周并联的形式，信号失真小、测量频率范围宽，可达到500MHz，且在特高压环境下不产生电晕放电；该电阻传感器的排列形式可更有效的降低取样电阻的电感和分布电容参数，大大提高频响参数；2.采用高速宽频域数据采集单元，采样频率高、存储深度大，可以更好的采集电晕电流信号；3.将取样电阻传感器和特高压当地端测量单元统一安装在一体化特高压当地单元中，使得电晕电流信号的取样、采集和处理过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压直流宽频域电晕电流测量系统，其特征在于：所述系统包括取样电阻传感器、特高压当地端测量单元、光纤传输单元、安全位置测量端单元和上位机；所述取样电阻传感器和特高压当地端测量单元均设于一体化特高压当地单元中，所述取样电阻传感器对高压直流线路的电晕电流信号进行取样，将所述电晕电流信号转化为电压信号，所述特高压当地端测量单元对所述电压信号进行采集，经光电转换得到光信号，所述光信号经所述光纤传输单元传送至所述安全位置测量端单元，所述安全位置测量端单元将所述光信号转换成电压信号，所述上位机对电压信号进行处理、存储和显示。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：陆家榆，袁海文，刘元庆，吕建勋，王建刚，夏文岳，李炼炼，郭剑，鞠勇，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，袁海文，
类型：发明
国别省市：