CN107024613A - 高压馈电电缆方波过电压在线监测装置 - Google Patents

高压馈电电缆方波过电压在线监测装置 Download PDF

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黄靖宇
唐章宏
李君�
王群
陈恒
曹强
张龙
高阳
汪鹏
尚立威
张严生
王东洲
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    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values

Abstract

本发明公开了一种高压馈电电缆方波过电压在线监测装置，涉及安全监测技术领域，本发明通过电路设计，使得该在线监测装置采用弱阻尼工作方式，从而能准确捕捉到完整的过电压脉冲，防止影响后续过电压脉冲频谱分量和原因的分析，避免影响后续的防止过电压脉冲措施。

Description

高压馈电电缆方波过电压在线监测装置
技术领域
本发明涉及安全监测技术领域，特别涉及一种高压馈电电缆方波过电压在线监测装置。
背景技术
变频调速技术由于其卓越的调速性能、高安全可靠性、高设备利用率以及良好的节电效果，被广泛应用于轨道交通等领域的电力传动。电力传动应用到轨道交通的一个显著特点是容量大(大于10MW)，电压高(高于20kV)，通常需要采用大容量高压馈电电缆实现电力传输。但由于变频器电力电子元器件输出的脉冲电压会产生重复脉冲过电压问题，且由变频器输出的脉冲电压上升沿极短(0.1～10μs)，脉冲频率较高(0.5～20kHz)，脉冲电压在馈电电缆以及电机绕组内传播时会发生波的反射和叠加作用，使得在馈电电缆中产生的过电压可以达到正常工作电压的2～3倍。为防止脉冲过电压对轨道交通的电力输电系统产生破坏，需要对其电压波形进行实时监测，一方面利用监测结果分析产生的过电压频谱分量和原因，另一方面，根据监测结果，对产生的过电压进行有效抑制。
由于变频器输出的高压为方波电压，且其过电压脉冲上升沿极短，普通的高压在线监测方法不能准确捕捉到完整的过电压脉冲，为此带来测量上的误差，进一步影响后续过电压脉冲频谱分量和原因的分析，并影响后续的防止过电压脉冲措施。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种高压馈电电缆方波过电压在线监测装置。
依据本发明的一个方面，提供了一种高压馈电电缆方波过电压在线监测装置，所述装置包括：高压臂阻尼电阻R1、高压臂电容C1、首端匹配电阻R2、首端匹配电容C2和测量仪器；
所述高压臂阻尼电阻R1的第一端作为高压输入端，所述高压臂阻尼电阻R1的第二端与所述高压臂电容C1的第一端连接，所述高压臂电容C1的第二端与所述首端匹配电阻R2的第一端及首端匹配电容C2的第一端分别连接，所述首端匹配电阻R2的第二端与所述测量仪器的第一输入端连接，所述首端匹配电容C2的第二端与所述测量仪器的第二输入端及地连接。
可选地，所述装置的工作方式为首端匹配，且满足下式：
R2＝Z
其中，Z为所述高压馈电电缆的特征阻抗。
可选地，所述装置还包括：末端匹配电阻R3和末端匹配电容C3，所述末端匹配电阻R3和末端匹配电容C3串联连接，且并联于所述测量仪器的两个输入端之间。
可选地，所述装置的工作方式为两端匹配，且满足下式：
其中，Z为所述高压馈电电缆的特征阻抗，Cc为所述高压馈电电缆的电容。
可选地，所述测量仪器为示波器。
可选地，所述示波器的采样频率为被测方波最高频率的预设倍数，其采样存储点数为预设大小。
可选地，所述高压臂电容C1的电容值根据高压臂与周围物体之间存在的杂散电容确定，所述高压臂由高压臂阻尼电阻R1和高压臂电容C1组成。
可选地，所述杂散电容包括：高压臂对地电容CH，高压臂与高压馈电电缆之间的杂散电容CL，以及高压臂与高压输入端的杂散电容CG。
本发明通过电路设计，使得该在线监测装置采用弱阻尼工作方式，从而能准确捕捉到完整的过电压脉冲，防止影响后续过电压脉冲频谱分量和原因的分析，避免影响后续的防止过电压脉冲措施。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的高压馈电电缆方波过电压在线监测装置的结构示意图；
图2是本发明一种实施方式的高压馈电电缆方波过电压在线监测装置的结构示意图；
图3是高压臂与周围物体间的杂散电容示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1是本发明一种实施方式的高压馈电电缆方波过电压在线监测装置的结构示意图；参照图1，所述装置包括：高压臂阻尼电阻R1、高压臂电容C1、首端匹配电阻R2、首端匹配电容C2和测量仪器；
所述高压臂阻尼电阻R1的第一端作为高压输入端(即用于与高压馈电电缆连接)，所述高压臂阻尼电阻R1的第二端与所述高压臂电容C1的第一端连接，所述高压臂电容C1的第二端与所述首端匹配电阻R2的第一端及首端匹配电容C2的第一端分别连接，所述首端匹配电阻R2的第二端与所述测量仪器的第一输入端连接，所述首端匹配电容C2的第二端与所述测量仪器的第二输入端及地连接。
本实施方式通过电路设计，使得该在线监测装置采用弱阻尼工作方式，从而能准确捕捉到完整的过电压脉冲，防止影响后续过电压脉冲频谱分量和原因的分析，避免影响后续的防止过电压脉冲措施。
参照图1，在本实施方式中，所述装置的工作方式为首端匹配，且满足下式：
R2＝Z
其中，Z为所述高压馈电电缆的特征阻抗，通常为50Ω，此时，高压臂与首端之间的电压变比为
图2是本发明一种实施方式的高压馈电电缆方波过电压在线监测装置的结构示意图；参照图2，本实施方式与图1所示的实施方式不同之处在于，所述装置还包括：末端匹配电阻R3和末端匹配电容C3，所述末端匹配电阻R3和末端匹配电容C3串联连接，且并联于所述测量仪器的两个输入端之间。
参照图2，在本实施方式中，所述装置的工作方式为两端匹配，且满足下式：
其中，Z为所述高压馈电电缆的特征阻抗，Cc为所述高压馈电电缆的电容。
为便于展示检测到的方波过电压信号，本实施方式中，所述测量仪器为示波器。
为保证示波器的采样效果，本实施方式中，所述示波器的采样频率为被测方波最高频率的预设倍数，其采样存储点数为预设大小，在具体实现中，所述预设倍数可取10以上的值，所述预设大小可取1M，当然，还可取其他值，本实施方式对此不加以限制。
如图3所示，在高压臂H(由高压臂阻尼电阻R1和高压臂电容C1组成)与周围物体之间存在杂散电容(包括压臂对地电容CH，高压臂与高压馈电电缆之间的杂散电容CL，以及高压臂与高压输入端的杂散电容CG)，因此从高压臂H下端看进去是这些杂散电容与高压臂本体电容综合起来的等效电容，考虑到周围物体的这种影响，在计算分压比时应采用上述等效电容的实测值作为高压臂电容C1n，故而，所述高压臂电容C1的电容值需要根据高压臂与周围物体之间存在的杂散电容确定。
实测时，周围接地物体的影响将使C1＜C1n，带电物体的影响将使C1>C1n，两者综合影响的结果取决于实际布置情况。
测量时，周围的环境布置应与实际使用时相同。高压端应与测量系统相连，高压端到接地点由原充电电阻及波头、波尾电阻连通，这样可使发生器的电位分布基本上与实际使用时一致。
在本实施方式中，首端匹配电容C2和电缆终端电容一般较大，因而低压臂(即由首端匹配电阻R2和首端匹配电容C2组成)杂散电容、仪器入口电容的影响可以忽略。测量电缆较短时，电缆电容可略去不计。否则，按所有这些电容并联的计算值或实测值作为低压臂的总电容计算分压比。
在线监测装置测量系统高、低压臂等电容的测量应采用测量误差不超过±0.5％(尽可能采用±0.1％)的三点式电容电桥。实测前需以标准电容器校验电桥的测量误差，并应符合上述要求，在电桥量程许可的情况下，高、低压臂等电容的测量尽量采用同一台电桥。
在线监测装置高、低压臂等电容与频率有一定关系。测量这些电容时的频率原则上应尽可能与被测电压的频率相接近。考虑到电桥的实际使用情况，若工频(50Hz)电桥测量误差较小，则以此测量结果为准，其他高频(1kHz及以上)电桥测量误差稍大的结果作校核；若高频电桥能获得较准确的结果，则应以此计算冲击分压比。
在线监测装置高、低压臂等电容在温度升高时可能有不同的变化，此时需在分压器工作的温度范围内作一温度校正曲线，在高、低压臂等电容元件采用相同材料时，温度及频率等影响可以避免。
在具体实现中，所述高压臂阻尼电阻R1，电阻值为200Ω～400Ω，具体电阻值大小须根据引线的长度和被监测的方波响应时间来计算，电阻功率要满足测试功率的需要。
在具体实现中，所述首端匹配电阻R2，其电阻值为40Ω～50Ω。
在具体实现中，所述末端匹配电阻R3，其电阻值为40Ω～50Ω。
在具体实现中，所述高压臂电容C1，其电容值为300～1000pF，其选择应避免附近杂散电容对测量的影响。
在具体实现中，所述首端匹配电容C2，其电容值为0.1uF～0.2uF，具体选择应考虑被测高压馈电电缆的电容满足匹配条件。
在具体实现中，所述末端匹配电容C3，其电容值为0.1uF～0.2uF，具体选择应考虑被测高压馈电电缆的电容满足匹配条件。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种高压馈电电缆方波过电压在线监测装置，其特征在于，所述装置包括：高压臂阻尼电阻R1、高压臂电容C1、首端匹配电阻R2、首端匹配电容C2和测量仪器；
所述高压臂阻尼电阻R1的第一端作为高压输入端，所述高压臂阻尼电阻R1的第二端与所述高压臂电容C1的第一端连接，所述高压臂电容C1的第二端与所述首端匹配电阻R2的第一端及首端匹配电容C2的第一端分别连接，所述首端匹配电阻R2的第二端与所述测量仪器的第一输入端连接，所述首端匹配电容C2的第二端与所述测量仪器的第二输入端及地连接。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置的工作方式为首端匹配，且满足下式：
R2＝Z
其中，Z为所述高压馈电电缆的特征阻抗。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：末端匹配电阻R3和末端匹配电容C3，所述末端匹配电阻R3和末端匹配电容C3串联连接，且并联于所述测量仪器的两个输入端之间。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置的工作方式为两端匹配，且满足下式：
其中，Z为所述高压馈电电缆的特征阻抗，Cc为所述高压馈电电缆的电容。
5.如权利要求1～4中任一项所述的装置，其特征在于，所述测量仪器为示波器。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述示波器的采样频率为被测方波最高频率的预设倍数，其采样存储点数为预设大小。
7.如权利要求1～4中任一项所述的装置，其特征在于，所述高压臂电容C1的电容值根据高压臂与周围物体之间存在的杂散电容确定，所述高压臂由高压臂阻尼电阻R1和高压臂电容C1组成。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述杂散电容包括：高压臂对地电容CH，高压臂与高压馈电电缆之间的杂散电容CL，以及高压臂与高压输入端的杂散电容CG。
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