CN102590678A - 交流输电线路串补装置平台二次系统的电磁骚扰测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于交流输电线路领域的交流输电线路串补装置平台二次系统的电磁骚扰测量系统。它的结构如下：第一光纤收发模块连接远方监控模块，光纤的一端连接第一光纤收发模块，另一端穿过屏蔽箱上的开孔与第二光纤收发模块连接，第二光纤收发模块、电源模块、数据采集模块和信号传感模块依次连接并安装在屏蔽箱内，信号传感模块通过测量引线连接被测装置。本发明的有益效果是：提高了测量系统抗电磁干扰能力，使测量系统能够工作在强电磁环境下和高电位区，能够对隔离开关操作或串补装置保护用火花间隙击穿时引起的串补装置二次系统的宽频带瞬态电磁骚扰进行准确测量，且测量人员能够在远离串补装置平台的地面上进行监视和控制。
Description
技术领域
本发明属于交流输电线路领域，特别涉及交流输电线路串补装置平台二次系统的电磁骚扰测量系统。
背景技术
在电力系统中，串补装置主要用来提高系统的稳定性，增加系统的输电能力，改善系统的运行电压和无功平衡条件。串补装置正常工作时，不仅安装串补装置的平台处于高电位，而且平台上的串补装置含一次设备和二次系统也要承受串补装置两端的交流电压作用。在隔离开关操作或串补装置保护用火花间隙击穿时，将在串补装置与平台上产生非常强的瞬态电磁过程，并通过信号与控制系统的电气传导、平台接地金属构件和网格、空间电磁场等途径，在串补装置二次系统中产生频率从工频(五十或六十赫兹)到百兆赫兹的宽频带瞬态电磁骚扰，进而可能会导致串补装置二次系统发生功能性故障或元器件损坏，影响串补装置的正常运行。这就需要对串补装置平台上的二次系统的电磁骚扰进行准确测量和评估，进而提出科学合理的抗干扰措施。
对于串补装置平台上二次系统电磁骚扰的测量，需要增加额外的测量装置，而测量装置无法直接从串补装置上取得电源，这就要求测量装置能够自备工作电源，能够抵抗隔离开关操作或串补装置保护用火花间隙击穿时产生的强电磁干扰，且能够测量宽频带瞬态电磁骚扰。同时，要求测量人员能够在远离串补装置平台的地面上对安装在串补装置平台上的测量系统进行监视和控制。而目前的测量装置，不仅带宽有限、需要外部独立电源供电，而且对测量装置进行操作和控制都是在被测装置附近，大都不适用于工作在强电磁环境下和高电位区，不能直接用来对串补装置平台上二次系统的宽频带电磁骚扰进行准确测量。
发明内容
本发明针对上述缺陷公开了交流输电线路串补装置平台二次系统的电磁骚扰测量系统。该测量系统自备电源模块，能够工作在强电磁环境下和高电位区，测量人员能在远离串补装置平台的地面上安全工作区域内对测量系统进行监视和控制，能够对由隔离开关操作或串补装置保护用火花间隙击穿时引起的串补装置平台上二次系统瞬态电磁骚扰进行测量，具有抗干扰能力强、高电位隔离、频带宽、自带电源、远方监控等优点。
本发明涉及一种电力系统高电位区域、强电磁环境下的电磁骚扰测量系统，尤其是能够测量由隔离开关操作和火花间隙击穿等引起的交流输电线路串联电容器补偿装置(以下简称串补装置)高电位平台(以下简称平台)上二次系统的电磁骚扰。
交流输电线路串补装置平台二次系统的电磁骚扰测量系统的结构如下：第一光纤收发模块连接远方监控模块，光纤的一端连接第一光纤收发模块，另一端穿过屏蔽箱上的开孔与第二光纤收发模块连接，第二光纤收发模块、电源模块、数据采集模块和信号传感模块依次连接，信号传感模块通过穿入屏蔽管内的测量引线连接金属机壳内的被测装置；
第二光纤收发模块、电源模块、数据采集模块和信号传感模块均安装在屏蔽箱内，屏蔽箱和金属机壳通过屏蔽管连接，屏蔽管通过第一金属螺栓与屏蔽箱固定，屏蔽管通过第二金属螺栓与金属机壳固定。
所述测量系统通过金属机壳与串补装置平台实现电气连接。
所述屏蔽箱用绝缘子支撑并固定在串补装置平台上。
所述第一光纤收发模块和远方监控模块放置在地面工作区内。
所述远方监控模块由个人计算机和监控软件组成，对数据采集模块进行遥测、遥信和遥控，并对测量数据进行存储和处理。
所述第一光纤收发模块和第二光纤收发模块同时为多模光纤收发模块，或者同时为单模光纤收发模块；
当第一光纤收发模块和第二光纤收发模块同时为多模光纤收发模块时，光纤为多模光纤；
当第一光纤收发模块和第二光纤收发模块同时为单模光纤收发模块时，光纤为单模光纤。
所述屏蔽箱内壁粘贴有绝缘层，屏蔽管的外部包有绝缘套；
所述屏蔽箱和屏蔽管均由铜、铝、铁或其合金制作。
所述测量引线为同轴电缆。
所述信号传感模块由电压信号传感模块和电流信号传感模块组成，两者工作时均不需要电源。
电压信号传感模块含有电阻性分压器，具有幅值衰减功能，衰减比的范围为10∶1～2000∶1；电压信号传感模块含有阻抗匹配网络，具有阻抗匹配功能，通过调节阻抗匹配网络，实现与数据采集模块的宽频带阻抗匹配；
电流信号传感模块为穿心式结构，具有幅值衰减功能，衰减倍率的范围是10dB～60dB；
所述数据采集模块为数字存储示波器、录波仪或具有数据采集和记录功能的专用数据采集模块，能够记录和存储测量数据，能够对平稳信号和上升沿为纳秒级的宽频带瞬态信号进行数据采集和信号还原；
所述数据采集模块的频带宽度大于信号传感模块的频带宽度，数据采集模块与信号传感模块组合使用，能够对平稳信号和上升沿为纳秒级的宽频带瞬态信号进行测量。
所述电源模块由逆变器和电池组构成；
电池组为可充电的磷酸铁锂电池组、锂电池组、镍氢电池组或蓄电池组，其直流电输出作为逆变器的输入，再由逆变器将直流电变换为工频交流电，为第二光纤收发模块和数据采集模块供电。
本发明的有益效果是：通过对串补装置平台上的测量装置进行电磁屏蔽，采用测量系统自带直流电源供电方式和单点电气连接串补装置平台上的被测装置金属机壳方式，利用光纤传输数据，提高了测量系统抗电磁干扰能力，使得测量系统能够工作在强电磁环境下和高电位区，能够对隔离开关操作或串补装置保护用火花间隙击穿时引起的串补装置二次系统的宽频带瞬态电磁骚扰进行准确测量，且测量人员能够在远离串补装置平台的地面上对测量系统进行监视和控制，对数据进行分析和处理，进而有利于串补装置平台上二次系统的优化设计。
附图说明
图1是本发明的方框示意图。
附图标记：1-远方监控模块，2-第一光纤收发模块，3-地面工作区，4-光纤，5-数据采集模块，6-信号传感模块，7-绝缘层，8-屏蔽箱，9-电源模块，10-第一金属螺栓，11-测量引线，12-屏蔽管，13-绝缘套，14-被测装置，15-金属机壳，16-绝缘子，17-串补装置平台，18-第二光纤收发模块，19-第二金属螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步详细说明：
如图1所示，交流输电线路串补装置平台二次系统的电磁骚扰测量系统的结构如下：第一光纤收发模块2连接远方监控模块1，光纤4的一端连接第一光纤收发模块2，另一端穿过屏蔽箱8上的开孔与第二光纤收发模块18连接，第二光纤收发模块18、电源模块9、数据采集模块5和信号传感模块6依次连接，信号传感模块6通过穿入屏蔽管12内的测量引线11连接金属机壳15内的被测装置14；
第二光纤收发模块18、电源模块9、数据采集模块5和信号传感模块6均安装在屏蔽箱8内，屏蔽箱8和金属机壳15通过屏蔽管12连接，屏蔽管12通过第一金属螺栓10与屏蔽箱8固定，屏蔽管12通过第二金属螺栓19与金属机壳15固定。
其中，屏蔽箱8、被测装置14和金属机壳15均被安装在串补装置平台17上，串补装置平台17为串补装置平台上二次系统及测量系统的接地平面，地面工作区3为串补装置的保护与控制小室，或者是远离串补装置平台并采取了一定电磁屏蔽措施的地面工作区域。
测量系统通过金属机壳15与串补装置平台17实现电气连接，测量系统与串补装置平台17只有一个电气连接点；屏蔽箱8用绝缘子16支撑并固定在串补装置平台17上，为了使得屏蔽箱8可靠地固定在串补装置平台17上，屏蔽箱8和串补装置平台17上均有与平台绝缘子16结构相配套的固定底座。
第一光纤收发模块2和远方监控模块1放置在地面工作区3内，远方监控模块1由个人计算机和监控软件组成，对数据采集模块5进行遥测、遥信和遥控，并对测量数据进行存储和处理；
地面工作区3或放置在串补装置平台的地面电磁环境良好的保护与控制小室内，或放置在远离串补装置平台并采取了一定电磁屏蔽措施的地面工作区域，均在地电位区，地面工作区3为测量人员工作地点；测量人员在地面工作区3内对测量系统进行远方监视和控制，并对数据进行保存和处理；
第一光纤收发模块2和第二光纤收发模块18同时为多模光纤收发模块，或者同时为单模光纤收发模块；当第一光纤收发模块2和第二光纤收发模块18同时为多模光纤收发模块时，光纤4为多模光纤；当第一光纤收发模块2和第二光纤收发模块18同时为单模光纤收发模块时，光纤4为单模光纤。
屏蔽箱8内壁粘贴有绝缘层7，屏蔽管12的外部包有绝缘套13；屏蔽箱8和屏蔽管12均由铜、铝、铁或其合金制作。
屏蔽箱8和屏蔽管12均采用对电场、磁场和电磁场具有屏蔽效能的导电材料做成，要求屏蔽箱8与屏蔽管12之间的固定连接具有较小的接触阻抗，例如可以使用屏蔽材料(如金属丝网条)，来降低屏蔽箱8与屏蔽管12之间的接触阻抗；屏蔽箱8内壁有开孔，用于光纤4和测量引线11的穿入以及屏蔽管12的固定；
测量引线11为同轴电缆。
信号传感模块6由电压信号传感模块和电流信号传感模块组成，两者工作时均不需要电源，可以根据实际测量需求，可以选用电压信号传感模块测量电压，或者选用电流信号传感模块测量电流，或者选用电压信号传感模块和电流信号传感模块的组合对电压和电流同时测量；
信号传感模块6，根据被测量的特性，在测量电压时采用无源、宽频带、高阻抗输入、具有幅值衰减功能的电阻性分压器，在测量电流时采用无源、宽频带、具有幅值衰减功能的穿心式罗果夫斯基线圈，在同时测量电压和电流时采用所述的电阻性分压器和罗果夫斯基线圈的组合；
电压信号传感模块为高阻抗输入，含有电阻性分压器，具有幅值衰减功能，衰减比的范围为10∶1～2000∶1；电压信号传感模块含有阻抗匹配网络，具有阻抗匹配功能，通过调节阻抗匹配网络，实现与数据采集模块5的宽频带阻抗匹配；
电流信号传感模块为穿心式结构，具有幅值衰减功能，衰减倍率的范围是10dB～60dB；
所述数据采集模块5为数字存储示波器、录波仪或具有数据采集和记录功能的专用数据采集模块，能够记录和存储测量数据，能够对平稳信号和上升沿为纳秒级的宽频带瞬态信号进行数据采集和信号还原；
数据采集模块5的频带宽度大于信号传感模块6的频带宽度，数据采集模块5与信号传感模块6组合使用，能够对平稳信号和上升沿为纳秒级的宽频带瞬态信号进行测量。
电源模块9完全与外部电气系统隔离，不依赖于串补装置平台17和平台上被测装置14，由逆变器和电池组构成；
电池组为可充电的磷酸铁锂电池组、锂电池组、镍氢电池组或蓄电池组，其直流电输出作为逆变器的输入，再由逆变器将直流电变换为工频交流电，可以通过电池组的并联来延长测量系统电源模块9的工作时间。
本发明由电源模块9对数据采集模块5和第二光纤收发模块18进行供电，由放置在信号传感模块6和数据采集模块5对被测装置14直接进行测量，测量数据通过光纤4传输到地面工作区3内的远方监控模块1，测量人员在地面工作区3内对串补装置平台上的测量系统进行远方监视和控制，对数据进行处理和分析；
绝缘层7的作用是避免第二光纤收发模块18、数据采集模块5、信号传感模块6和电源模块9对屏蔽箱8的放电，绝缘套13的作用是避免屏蔽箱8、屏蔽管12与串补装置平台17之间形成电流回路。
以下是本发明的一个具体实施例：
本发明中涉及的测量系统用来对由隔离开关操作引起的特高压(指1000kV)交流输电线路串补装置二次系统瞬态骚扰电压进行测量，图1中所示的测量系统与以下内容相对应：
远方监控模块1，由个人计算机和监控软件Xview V1.44组成，其中监控软件Xview V1.44与YOKOGAWA DLM2054数字示波器相配套；
第一光纤收发模块2和第二光纤收发模块18均为多模光纤收发器，包括放置在地面工作区3内的多模光纤收发器和放置在屏蔽箱8内的多模光纤收发器；
地面工作区3为特高压交流输电线路串补装置的控制与保护小室，距离串补装置平台约200米，墙体由对电场、磁场和电磁场具有良好屏蔽效能的导电材料制成；
光纤4为特高压串补装置二次系统的备用多模光纤，从串补装置平台敷设到串补装置控制与保护小室；
数据采集模块5为YOKOGAWA DLM2054数字示波器，采样率2.5GS/s，带宽500MHz，最大记录长度125Mpoints；
信号传感模块6为PINTECH P6039A无源高压探头，量程40kVpeak，带宽220MHz，信号上升时间1.6ns，衰减比1000∶1，电容补偿范围10～35pF，输入阻抗900MΩ；
绝缘层7为环氧树脂薄板；
屏蔽箱8的材料是敷铝锌板，屏蔽效能在80MHz～1GHz时均大于50dB；
电源模块9由磷酸铁锂电池和逆变器组成，磷酸铁锂电池组容量为120Ah，对测量系统可连续供电24小时以上；
第一金属螺栓10和第二金属螺栓19均为碳钢螺栓；
测量引线11为同轴电缆，型号是5D-FB，长度为1m；
屏蔽管12为金属波纹管；
绝缘套13为聚录乙烯材料做成的绝缘套管；
被测装置14为特高压串补装置二次系统的信号滤波器；
金属机壳15为特高压串补装置二次系统的金属机壳，与串补装置平台17相连接；
绝缘子16为支柱式陶瓷绝缘子，型号是ZS-10kV/4；
串补装置平台17为钢格栅板。
Claims (10)
1.交流输电线路串补装置平台二次系统的电磁骚扰测量系统，其特征在于，它的结构如下：第一光纤收发模块(2)连接远方监控模块(1)，光纤(4)的一端连接第一光纤收发模块(2)，另一端穿过屏蔽箱(8)上的开孔与第二光纤收发模块(18)连接，第二光纤收发模块(18)、电源模块(9)、数据采集模块(5)和信号传感模块(6)依次连接，信号传感模块(6)通过穿入屏蔽管(12)内的测量引线(11)连接金属机壳(15)内的被测装置(14)；
第二光纤收发模块(18)、电源模块(9)、数据采集模块(5)和信号传感模块(6)均安装在屏蔽箱(8)内，屏蔽箱(8)和金属机壳(15)通过屏蔽管(12)连接，屏蔽管(12)通过第一金属螺栓(10)与屏蔽箱(8)固定，屏蔽管(12)通过第二金属螺栓(19)与金属机壳(15)固定。
2.根据权利要求1所述的交流输电线路串补装置平台二次系统的电磁骚扰测量系统，其特征在于，所述测量系统通过金属机壳(15)与串补装置平台(17)实现电气连接。
3.根据权利要求1所述的交流输电线路串补装置平台二次系统的电磁骚扰测量系统，其特征在于，所述屏蔽箱(8)用绝缘子(16)支撑并固定在串补装置平台(17)上。
4.根据权利要求1所述的交流输电线路串补装置平台二次系统的电磁骚扰测量系统，其特征在于，所述第一光纤收发模块(2)和远方监控模块(1)放置在地面工作区(3)内。
5.根据权利要求1所述的交流输电线路串补装置平台二次系统的电磁骚扰测量系统，其特征在于，所述远方监控模块(1)由个人计算机和监控软件组成，对数据采集模块(5)进行遥测、遥信和遥控，并对测量数据进行存储和处理。
6.根据权利要求1所述的交流输电线路串补装置平台二次系统的电磁骚扰测量系统，其特征在于，所述第一光纤收发模块(2)和第二光纤收发模块(18)同时为多模光纤收发模块，或者同时为单模光纤收发模块；
当第一光纤收发模块(2)和第二光纤收发模块(18)同时为多模光纤收发模块时，光纤(4)为多模光纤；
当第一光纤收发模块(2)和第二光纤收发模块(18)同时为单模光纤收发模块时，光纤(4)为单模光纤。
7.根据权利要求1所述的交流输电线路串补装置平台二次系统的电磁骚扰测量系统，其特征在于，所述屏蔽箱(8)内壁粘贴有绝缘层(7)，屏蔽管(12)的外部包有绝缘套(13)；
所述屏蔽箱(8)和屏蔽管(12)均由铜、铝、铁或其合金制作。
8.根据权利要求1所述的交流输电线路串补装置平台二次系统的电磁骚扰测量系统，其特征在于，所述测量引线(11)为同轴电缆。
9.根据权利要求1所述的交流输电线路串补装置平台二次系统的电磁骚扰测量系统，其特征在于，所述信号传感模块(6)由电压信号传感模块和电流信号传感模块组成，两者工作时均不需要电源；
电压信号传感模块含有电阻性分压器，具有幅值衰减功能，衰减比的范围为10∶1～2000∶1；电压信号传感模块含有阻抗匹配网络，具有阻抗匹配功能，通过调节阻抗匹配网络，实现与数据采集模块(5)的宽频带阻抗匹配；
电流信号传感模块为穿心式结构，具有幅值衰减功能，衰减倍率的范围是10dB～60dB；
所述数据采集模块(5)为数字存储示波器、录波仪或具有数据采集和记录功能的专用数据采集模块，能够记录和存储测量数据，能够对平稳信号和上升沿为纳秒级的宽频带瞬态信号进行数据采集和信号还原；
所述数据采集模块(5)的频带宽度大于信号传感模块(6)的频带宽度，数据采集模块(5)与信号传感模块(6)组合使用，能够对平稳信号和上升沿为纳秒级的宽频带瞬态信号进行测量。
10.根据权利要求1所述的交流输电线路串补装置平台二次系统的电磁骚扰测量系统，其特征在于，所述电源模块(9)由逆变器和电池组构成；
电池组为可充电的磷酸铁锂电池组、锂电池组、镍氢电池组或蓄电池组，其直流电输出作为逆变器的输入，再由逆变器将直流电变换为工频交流电，为第二光纤收发模块(18)和数据采集模块(5)供电。
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