CN107390012A - 一种便携式高压直流电晕电流测量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，包括：具有鼠笼式结构、包括无感电阻和无感电阻两端的连接板的取样电阻单元；设置在取样电阻单元两侧、使所述取样电阻单元周围电压均匀的表面电场均压单元；设置在所述绝缘隔离内部、与所述连接板固定连接的支撑所述取样电阻单元的支撑单元；具有鼠笼式结构，设置在所述取样电阻单元外部并绝缘隔离所述取样电阻单元的绝缘隔离单元。本发明减少传感器上的重量，同时保证了取样电阻单元的机械强度，又保证了取样电阻单元工作的准确性和可靠性。

Description

一种便携式高压直流电晕电流测量传感器

技术领域

本发明涉及一种高压直流电晕电流测量传感器，特别涉及一种采用鼠笼结构的高压直流电晕电流测量传感器。

背景技术

高压直流电力输送线路产生的电晕损失主要来自于电晕放电对空间离子做功导致的能量损失，其大小可以根据采集到的线路中的电晕电流来获知。如果是单极性直流输电线路，电晕电流大小可以通过电晕笼或试验线路本身进行数据采集；但是如果是双极性直流输电线路，电晕电流检测设备必须安装于线路中才能实现对电晕电流大小的检测。

因此，通过电晕笼和模拟试验线路进行不同型号导线的电晕特性研究，并配合相关理论与试验数据，最终得到适合我国实际情况的电晕效应相关参数预测公式是非常有必要地，它能够填补我国在特高压线路电晕效应预测方法的空白，为我国特高压工程服务。对于国外来说，虽然部分国家对特高压输电方面的研究起步较早，但是由于没有进行长周期不同气候条件的试验，使得试验数据并不完善。另一方面，由于测量系统一般采用手工记录或半自动测量系统，采样频率低、数据存储量小，采集到的数据不能满足对特高压直流线段电晕特性研究的需要。因此，开发特高压直流环境下宽频域电晕电流测量系统对于需要进一步研究特高压环境下的电晕特性研究具有极大的研究价值和应用价值。

目前用于高压线路进行电晕电流测量的测量装置重量很大，无法实现便携测量。用于电晕电流测量的特高压当地端测量装置重量达120kg，当室外测量时，该装置可以在吊车的帮助下安装于试验线路中。可是在室内电磁测量室内进行试验线路的电晕电流测量时，吊车无法进入，采用人工的方式将测量装置安装于试验线路中将会给安装工作带来巨大的不便。如果想要宽频电晕电流测量系统结构轻巧，满足便携测量的实际使用需要，则需要降低测量装置的整体重量，并且在电晕电流测量装置整体重量降低的同时，还要保证装置的结构满足一定的强度要求。测量装置重量的降低，不可避免地会影响到传感器材料的选择、结构方案的更改等。因此，为了使宽频电晕电流测量装置便于安装、携带、维护和移动使用，急需对其小型化、轻载化测量技术展开研究。

与本申请技术内容最相近的公开文本“一种直流特高压电晕电流的宽频在线测量传感器”，申请号为CN 201210174560.X，公开了一种直流特高压电晕电流的宽频在线测量传感器，其特征在于：它包括一隔离电极单元，一信号处理单元和一系统供电单元；所述隔离电极单元包括一绝缘隔离套筒、一空心管状长臂低压电极和一空心管状短臂高压电极，其中绝缘隔离套筒两端分别与高、低压电极以特殊的方式进行安全隔离连接，两电极分别与均压环相连，并通过绝缘拉杆对两电极板进行加固连接；所述信号处理单元包括一取样电阻模块、一信号采集模块、一信号转换模块和一信号发送模块；所述系统供电单元包括一蓄电池组和一充电模块；所述信号处理单元、系统供电单元设置在所述隔离电极单元内，形成高精度一体化测量传感器。这种直流特高压电晕电流的宽频在线测量传感器结构较为复杂且质量较重，不便于携带。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种便携式高压直流电晕电流测量传感器，旨在解决上述问题。

本发明提出了一种便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，包括：

具有鼠笼式结构、包括无感电阻和无感电阻两端的连接板的取样电阻单元；

设置在取样电阻单元两侧、使所述取样电阻单元周围电压均匀的表面电场均压单元；

具有鼠笼式结构，设置在所述取样电阻单元外部并绝缘隔离所述取样电阻单元的绝缘隔离单元；

设置在所述绝缘隔离内部、与所述连接板固定连接的支撑所述取样电阻单元的支撑单元。

进一步地，上述便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述传感器还包括：与所述取样电阻单元连接，采集、转换和发送取样电阻单元信号的信号处理单元。

进一步地，上述便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述传感器还包括：与所述绝缘隔离单元连接，并设置在所述信号处理单元外侧对信号处理单元进行保护的电磁屏蔽单元。

进一步地，上述便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述传感器还包括：

设置在电磁屏蔽单元内部的为信号处理单元供电的供电单元。

进一步地，上述便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述绝缘隔离单元与所述电磁屏蔽单元间设置连接法兰，所述连接法兰上分别设置与所述绝缘隔离单元、电磁屏蔽单元连接的连接孔。

进一步地，上述便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述取样电阻单元包括至少十个阻值大小一样的采用并联方式连接的无感电阻。

进一步地，上述便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述绝缘隔离单元包括四个绝缘陶瓷支撑杆。

进一步地，上述便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述电磁屏蔽单元为空心薄壁的不锈钢桶。

进一步地，上述便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述信号处理单元包括信号采集模块、信号转换模块和信号发送模块。

进一步地，上述便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述表面电场均压单元为均压环，所述均压环环内设置实心薄板；所述设置在取样电阻单元一侧的均压环与所述支撑单元和绝缘隔离单元连接，所述设置在所述取样电阻单元另一侧的均压环与电磁屏蔽单元连接。

进一步地，上述便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述支撑单元包括至少为三个的环氧树脂空心圆柱，每两个所述空心圆柱之间通过螺栓连接。

进一步地，上述便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述均压环的实心薄板上均匀设置有八个安装孔。

进一步地，上述便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述环氧树脂空心圆柱的空心圆孔直径不超过取样电阻单元的信号线直径之和。

进一步地，上述便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述供电单元为蓄电池组。

进一步地，上述便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述绝缘陶瓷支撑杆两端均设置有内螺纹孔。

本发明的有益效果：

本发明提供的特高压直流电晕电流测量传感器针对现有技术进行改进，在保持现有技术的测量高压直流电晕电流的功能基础上，减少传感器上的结构连接关系；采用鼠笼式结构的取样电阻单元，可以将取样电阻单元直接固定在支撑单元上，并且保证了取样电阻单元的机械强度，又保证了取样电阻单元工作的可靠性。结构简单，拆卸方便，便于安装，能够满足不同环境条件下电晕电流测量传感器使用的需要。

进一步地，本发明提供的特高压直流电晕电流测量传感器将支撑单元设置为空心圆柱，较少了传感器的整体质量，空心圆柱的空心圆孔又便于电阻取样单元信号线的布线设置。

进一步地，本发明提供的特高压直流电晕电流测量传感器将电磁屏蔽单元优选为不锈钢桶，既轻便、又有一定的强度和硬度，又可实现电磁屏蔽效果。

进一步地，本发明提供的特高压直流电晕电流测量传感器将绝缘隔离单元、支撑单元和电磁屏蔽单元连接在同一法兰上，既减小了传感器的整体占用空间，同时又增强装置连接的稳定性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明提出的实施例的结构示意图；

图2为本发明提出的实施例的电磁屏蔽单元剖视图；

图3为本发明提出的实施例的绝缘隔离单元单个组件的剖视图；

图4为本发明提出的实施例的法兰的结构示意图；

图5为本发明提出的实施例的表面电场均压单元结构示意图；

图6为本发明提出的实施例的取样电阻单元的结构主视图；

图7为本发明提出的实施例的取样电阻单元的结构侧视图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图1，本发明提供的一种便携式高压直流电晕电流测量传感器实施例，主要包括取样电阻单元1、绝缘隔离单元2、电磁屏蔽单元4、表面电场均压单元7和信号处理单元5；其中，取样电阻单元1采用鼠笼式结构；绝缘隔离单元2设置在取样电阻单元1的外部用于绝缘隔离取样电阻单元；电磁屏蔽单元4也采用鼠笼式结构，并设置在绝缘隔离单元旁，用于电磁屏蔽保护信号处理单元；表面电场均压单元7设置在取样电阻单元两侧，用于均匀电压；信号处理单元5用于采集、转换和发送取样电阻单元信号的。

上述实施例中，在绝缘隔离单元2和电磁屏蔽单元4的保护下，通过表面电场均压单元7均压，取样电阻单元1测量数据，取样电阻单元通过信号线将数据传递给信号处理单元5，信号处理单元5对于这部分数据进行采集、转换和发送取样电阻单元的信号。需要说明的是，在没有电磁屏蔽单元时，传感器也能够实现测量功能，但由于没有对信号处理单元进行防护，因此测量效果较差。另外，本领域普通技术人员还应当理解，本发明也可将信号处理单元不固定在传感器上，而是将取样电阻单元与独立于传感器的信号处理单元连接，通过信号处理单元读取取样电阻单元数据实现传感器的测量功能。

参见图1，传感器还包括支撑单元3、支撑单元3通过与取样电阻单元固定连接支撑取样电阻单元。

本领域普通技术人员应当可以理解的是，上述高压直流电晕电流测量传感器，采用具有鼠笼式结构的取样电阻单元，一方面，直接将取样电阻单元固定在支撑单元上，通过减少对取样电阻单元的固定结构可以达到减少传感器整体质量的目的，另一方面，鼠笼式结构可以降低电阻表面的电场强度，并且在使用过程中即使有个别电阻损坏，测量传感器的测量性能也不会产生较大影响，采用鼠笼式结构形式还便于更换损坏电阻。

继续参见图1，上述高压直流电晕电流测量传感器还包括供电单元8；供电单元设置在电磁屏蔽单元4内部并为信号处理单元供电。通过设置上述供电单元8，传感器可以为信号处理单元提供电源，从而达到便于测量便于携带的设计目的。

继续参见图1，上述鼠笼式结构的取样电阻单元1，主要由十个阻值大小一样的采用并联方式连接的无感电阻组成，各个电阻两端连接金属环达到并联的效果，如图6、7所示。本领域的技术人员能够想到的是，上述取样电阻单元的无感电阻数量可以超过10个，如15、20个，也能达到等同的实验效果。

一般而言，电磁屏蔽单元材料采用不锈钢或其他具有较强刚度且能达到电磁屏蔽作用的材料降低整体传感器的质量。以电磁屏蔽单元为不锈钢为例，选用不锈钢材质可以在降低桶壁厚度的同时保证其强度，另外不锈钢材质有很好的防腐性能，即使桶壁很薄，也不会因为腐蚀作用而破壁。并且，通过尽可能减少传感器的结构也能减轻传感器的整体质量和体积，比如通过减少数量或改变形状的方式甚至是对连接关系的改进。

参见图1，结合上述改进方案，作为本实施例的进一步地改进，绝缘隔离单元主要由4个绝缘陶瓷支撑杆组成；电磁屏蔽单元为空心薄壁封闭的不锈钢桶；信号处理单元由信号采集模块、信号转换模块和信号发送模块构成；电磁屏蔽单元、支撑单元和绝缘隔离单元连接同一法兰6。

继续参见图1，支撑单元3由数量至少为三个的环氧树脂空心圆柱组成，所述空心圆柱通过螺栓两两连接。位于支撑单元两端的环氧树脂空心圆柱还与均压环和法兰连接。拆卸取样电阻单元时，只需空心圆柱的螺栓即可取下鼠笼式结构。环氧树脂圆柱支撑中间为空心，用来通过电阻传感器的信号线，为了保证环氧树脂圆柱结构的强度，空心直径不宜过大，能够顺利将电阻传感器的信号线通过即可。通过内部引线的设置方式，还可以避免信号线在高压环境下被击穿。

本领域技术人员应当能够理解的是，选用环氧树脂作为支撑柱的好处还在于环氧树脂具有很好的绝缘性能，并且具有很好的结构强度，还能够满足设备整体质量轻便化的设计要求。

继续参见图1和图5，表面电场均压单元7为均压环，均压环环内设置实心薄板71；设置在取样电阻单元一侧的均压环与支撑单元和绝缘隔离单元连接，设置在取样电阻单元另一侧的均压环与电磁屏蔽单元连接。

具体而言，两个均压环尺寸大小一致，均压环直径为10cm，如果想要进一步降低表面电场强度，均压环的直径在此基础上可以适当加大；所述均压环中间为实心薄板，薄板的材质为铝，目的是为了降低测量传感器的整体总量。该实心薄板71上均匀开设有八个安装孔72，图1左侧均压环7的安装孔有四个是和绝缘陶瓷柱相连，另外四个是和环氧树脂支撑柱相连，用于连接的部件选用平头螺钉，选用平头螺钉的好处是这8个螺钉可以和均压环中间的铝板表面紧密贴合，不会影响到其他部位的安装，另外在加压过程中不会因为螺钉有尖角露出而产生放电。图1右侧均压环薄板上同样设置有8个安装孔，与电磁屏蔽单元连接，此处的选用连接方式为螺栓连接或可以替代的其他方式。本领域技术人员应当能够理解的是采用上述两种连接方式可以方便的安装、拆卸和更换均压环：当设备需要拆卸运输时，可以将所有部件拆下，装入运输箱；需要安装时，即刻组装便可使用。

参见图4，其为法兰6的结构示意图，在本实施例中，法兰6为一设置有多圈孔的圆盘，法兰上分别设置了用于与电磁屏蔽单元、绝缘隔离单元和支撑单元连接的连接孔，连接孔在法兰上周向均匀分布，在本实施例中，连接孔包括设置在外圈的第一周向孔，其用以与所述的电磁屏蔽单元连接；设置在中间圈的第二周向孔，其用以与所述的绝缘隔离单元连接；设置在内圈的第三周向孔，其用以与所述的支撑单元连接。本领域技术人员可以理解的是，上述各组周向孔根据与其连接的各个单元而定，只需能够将电磁屏蔽单元、绝缘隔离单元、支撑单元按照预定的顺序及连接功能即可；而且，法兰上也可根据需要设置相对应的连接结构，不仅限于设置连接通孔，也可设置诸如连接凸台、连接凹口等通过卡接方式连接的结构。孔的数量设置连接孔由外圈至内圈分别对应电磁屏蔽单元、绝缘隔离单元和支撑单元。

参见图3，其为绝缘陶瓷支撑杆示意图，为了便于安装，绝缘陶瓷支撑杆两端设置了内螺纹孔21，因此可以使用螺钉将该内螺纹孔和均压环以及法兰连接。

本领域技术人员应当能够理解的是选用大容量的供电单元能够提高传感器的工作时长，具体而言，本实施例采用的供电单元选用电池容量较大的蓄电池组。

目前，该套便携式电晕电流测量系统已经成功安装于中国电力科学研究院特高压直流试验基地的高压直流模拟线段上，经过长期的高压直流试验线路电晕电流的测量试验，该便携式电晕电流测量系统始终能够保持稳定，准确的测量工作，可以满足高压直流输电线路电晕电流测量的实际工程需要。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (15)

1.一种便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，包括：

具有鼠笼式结构、包括无感电阻和无感电阻两端的连接板的取样电阻单元；

设置在取样电阻单元两侧、使所述取样电阻单元周围电压均匀的表面电场均压单元；

设置在所述绝缘隔离内部、与所述连接板固定连接的支撑所述取样电阻单元的支撑单元；

具有鼠笼式结构，设置在所述取样电阻单元外部并绝缘隔离所述取样电阻单元的绝缘隔离单元。

2.根据权利要求1所述的便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述传感器还包括：与所述取样电阻单元连接，采集、转换和发送取样电阻单元信号的信号处理单元。

3.根据权利要求2所述的便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述传感器还包括：与所述绝缘隔离单元连接，并设置在所述信号处理单元外侧对信号处理单元进行保护的电磁屏蔽单元。

4.根据权利要求3所述的便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述传感器还包括：

设置在电磁屏蔽单元内部的为信号处理单元供电的供电单元。

5.根据权利要求3所述的便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述绝缘隔离单元与所述电磁屏蔽单元之间设置连接法兰，所述连接法兰上分别设置与所述绝缘隔离单元、电磁屏蔽单元连接的连接孔。

6.根据权利要求1所述的便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述取样电阻单元包括至少十个阻值大小一样的采用并联方式连接的无感电阻。

7.根据权利要求1所述的便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述绝缘隔离单元包括四个绝缘陶瓷支撑杆。

8.根据权利要求3所述的便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述电磁屏蔽单元为空心薄壁的不锈钢桶。

9.根据权利要求2所述的便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述信号处理单元包括信号采集模块、信号转换模块和信号发送模块。

10.根据权利要求3所述的便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述表面电场均压单元为均压环，所述均压环环内设置实心薄板；设置在所述取样电阻单元一侧的所述均压环与所述支撑单元和绝缘隔离单元连接，设置在所述取样电阻单元另一侧的所述均压环与电磁屏蔽单元连接。

11.根据权利要求1所述的便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述支撑单元由包括至少三个的环氧树脂空心圆柱，每两个所述空心圆柱之间通过螺栓连接。

12.根据权利要要求10所述的便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述均压环的实心薄板上均匀设置有八个安装孔。

13.根据权利要求11所述的便携式高压直流电晕电流测量传感器，其特征在于，所述环氧树脂空心圆柱的空心圆孔直径不超过取样电阻单元的信号线直径之和。

14.根据权利要求4所述的便携式高压直流电晕电流测量传感器中，其特征在于，所述供电单元为蓄电池组。

15.根据权利要求7所述的便携式高压直流电晕电流测量传感器中，其特征在于，所述绝缘陶瓷支撑杆两端均设置有内螺纹孔。