CN109085448A - 一种换流站设备泄漏电流波形测量及成分分析装置 - Google Patents

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曾星宏
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Abstract

本发明公开了一种换流站设备泄漏电流波形测量及成分分析装置，包括开关电源、霍尔电流传感器、A/D模数转换器和电流波形成分分析装置；开关电源为霍尔电流传感器提供直流电源，霍尔电流传感器的信号输出端口串联一测量电阻，A/D模数转换器的信号采集探头分别连接在测量电阻的两端，A/D模数转换器的输出端与电流波形成分分析装置连接。本发明能对换流站各个设备的泄漏电流进行波形测量及波形成分分析，具有精度高、高带宽、抗干扰能力强、波形成分分析准确的优点。

Description

一种换流站设备泄漏电流波形测量及成分分析装置
技术领域
本发明涉及一种换流站设备泄漏电流波形测量及成分分析装置。
背景技术
换流站是指在高压直流输电系统中，为了完成将交流电变换为直流电或者将直流电变换为交流电，并达到电力系统对于安全稳定及电能质量的要求而建立的站点。接地装置一直以来都是换流站的重要组成部分，接地装置可以为故障电流及雷电流提供泄流通道，确保电力系统、电力设备的安全运行。接地网则是接地装置的重要组成部分，当接地网导体被腐蚀后，会产生很严重的危害，一是影响换流站短路电流或雷电流的正常泄流，可能造成换流站内电气设备跳闸，甚至整个换流站设备严重损坏，导致大面积停电事故，二是给换流站工作人员带来巨大的人身安全隐患。通常情况下接地网导体的腐蚀为自然腐蚀，而当存在泄漏电流时，接地网导体的腐蚀将存在电化学腐蚀，其腐蚀速率远远大于自然腐蚀。
换流站分为交流侧与直流侧，不用侧的设备泄漏电流的成分存在差异。对于交流侧而言，泄漏电流的交流分量较大，对于直流侧而言，泄漏电流的直流分量较大。当泄漏电流经过引下线流入接地网时，将会带来电化学腐蚀影响。研究表明，直流电流和交流电流对于导体的电化学腐蚀影响程度不同，相同有效值下，直流电流对导体的腐蚀速率是交流电流的一百倍，而两者混合作用时又不是简单的叠加关系，其作用原理复杂。因此有必要对换流站设备入地泄漏电流进行测量并进行成分分析，以研究不同的入地泄漏电流对于接地网导体的腐蚀影响规律。
此外，换流站设备的泄漏电流值通常不大，并且泄漏电流通常直接通过引下线扁钢流入接地网，扁钢的直径大约在10cm左右，口径较大，目前针对大口径导体的电流测量装置通常测量的是大电流，针对小电流的测量装置通常为小口径。
有鉴于此，现有技术还有待改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于针对换流站设备泄漏电流的特点，提供一种换流站设备泄漏电流波形测量及成分分析装置，具有精度高、高带宽、抗干扰能力强、波形成分分析准确的优点。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种换流站设备泄漏电流波形测量及成分分析装置，包括开关电源、霍尔电流传感器、A/D模数转换器和电流波形成分分析装置；开关电源为霍尔电流传感器提供直流电源，霍尔电流传感器的信号输出端口串联一测量电阻，A/D模数转换器的信号采集探头分别连接在测量电阻的两端，A/D模数转换器的输出端与电流波形成分分析装置连接。
进一步地，所述的霍尔电流传感器长宽180～220mm，厚度40～70mm，用于穿过被测导线的中孔的孔径为80mm～300mm。
进一步地，所述的霍尔电流传感器量程30～100A，测量范围0～100A，测量带宽0～200kHz，电流变比1000：1，输出为0～100mA的模拟信号。
进一步地，所述的开关电源采用双组输出开关电源，一端输出电压为10V～40V，另一端输出电压为－40V～－10V，电压精度为－4％～4％。
进一步地，所述的信号采集探头的带宽100MHz～500MHz，长0.7m～2.5m，通过BNC接口与A/D模数转换器连接
进一步地，所述的A/D模数转换器采样频率90kHz～300kHz，具有2～4个信号输入与输出通道。
进一步地，所述的电流波形成分分析装置包括波形成分分析模块和显示模块，波形成分分析模块通过最小二乘法与离散傅立叶变换对波形信号进行交直流分解，并将结果通过显示模块展示。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)使用范围广：能对换流站各个设备的泄漏电流进行波形测量及波形成分分析，可实现大口径导体电流的测量，最多可测量直径14cm的导体电流，同时可实现测量波形交直流组分的直观显示。
(2)线性度高：装置的总线性度较好，通常线性度≤0.1％。
(3)测量带宽高：可以测量直流电流和交流电流，适用于换流站的复杂环境，可以测量0-200kHz的频率电流，能满足换流站设备的泄漏电流的测量需求。
(4)测量精度高：装置的总体精度为±0.3％FS，以电流在霍尔电流传感器正中间为最高，但一般不会低于±1％FS。
(5)抗干扰能力强：可以应用于换流站等复杂的电磁环境。
(6)波形成分分析速率快：利用测量得到的波形数据，通过波形成分分析模块即可迅速得到电流波形成分图，显著节约时间，提高工作效率。
(7)测量方便：只需要将霍尔电流传感器穿过被测导体即可进行测量，且波形成分分析较为简便，将波形数据导入程序即可得到成分图，节省人力、物力、财力，能显著提高工作效率，便于推广应用。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
附图标记说明：1-开关电源，2-霍尔电流传感器；3-A/D模数转换器，4-电流波形成分分析装置，5-开关电源三芯导线一，6-开关电源三芯导线二；7-霍尔电流传感器供电端正极；8-霍尔电流传感器供电端负极；9-信号输出端口；10-测量电阻；11-被测导体；12-BNC端口；13-RS-232端口；14-RS-232/USB转接口；15-USB接口，16–信号采集探头。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示，一种换流站设备泄漏电流波形测量及成分分析装置，主要包括开关电源1、霍尔电流传感器2、A/D模数转换器3和电流波形成分分析装置4。
开关电源1采用双组输出开关电源，一端输出电压为10V～40V，另一端输出电压为－40V～－10V，电压精度为－4％～4％。开关电源三芯导线二6连接外部交流电源，开关电源三芯导线一5的正负端分别与霍尔电流传感器供电端正极7和霍尔电流传感器供电端负极8相连，为霍尔电流传感器2提供直流电源。
霍尔电流传感器2按照霍尔磁平衡原理制成，采用高精度霍尔元器件，量程30～100A，测量范围0～100A，测量带宽0～200kHz，电流变比1000：1，输出为0～100mA的模拟信号，长宽180～220mm，厚度40～70mm，中孔为圆形，用于穿过被测导体11，孔直径80mm～300mm。霍尔电流传感器2共有3个端口，其中霍尔电流传感器供电端正极7和霍尔电流传感器供电端负极8为电源端口，分别连接开关电源三芯导线一5的正负极，另一个端口为信号输出端口9，连接一个测量电阻10，可将电流信号转换成电压信号。
信号采集探头16一端连接在A/D模数转换器3的BNC端口12上，另一端连接在测量电阻10的两端，用于采集测量电阻10两端的电压信号，信号采集探头16的带宽100MHz～500MHz，长0.7m～2.5m。
A/D模数转换器3用于将采集的模拟信号转化为数字信号，然后通过RS232总线传输给电流波形成分分析装置4，A/D模数转换器3的采样频率90kHz～300kHz，具有2～4个信号输入与输出通道，可以满足同时测量多个波形数据的要求。
电流波形成分分析装置4包括波形成分分析模块和显示模块，波形成分分析模块内置有波形成分分析程序，利用最小二乘法与离散傅立叶变换对波形信号进行交直流分解，具体为：利用最小二乘法原理对波形信号进行直流成分的提取，直流分量经提取过后，再利用离散傅立叶变换对交流成分的各次谐波进行提取，可以得到剔除直流分量后波形各次谐波的幅值大小及频率范围，最后通过显示模块展示分析结果图，从而可以直观的观察直流分量与交流各个频率分量的幅值大小。
利用本发明装置进行换流站设备泄漏电流波形测量及成分分析的具体步骤如下：
(1)测量方案的确定
首先确定换流站设备的泄漏电流测量点：换流站的设备有的通过自身导线连接在引下线扁钢上，有的设备通过直接与引下线扁钢焊接进行泄流；对于前者，只需要将设备的导线与引下线扁钢进行分离，再将导线套入霍尔电流传感器2中，最后利用工具将导线与引下线扁钢重新连接，即可进入下一步的测量；对于后者，需要利用工具将引下线扁钢与设备分离，再将引下线扁钢套入霍尔电流传感器2中，最后利用工具将引下线扁钢与设备重新连接，即可进入下一步的测量。
(2)初始化
第(1)步完成后，进行测量回路的布置：先将开关电源1同霍尔电流传感器2进行连接，开关电源三芯导线一5有三根引出线，其中两根分别与霍尔电流传感器供电端正极7和霍尔电流传感器供电端负极8相连，注意接线的正负顺序，再将霍尔电流传感器2的信号输出端口9与测量电阻10进行串联后与开关电源三芯导线一5的第三根引出线(即接地线)相连，最后用开关电源导线二6连接换流站站用220V工频电源，对开关电源1进行供电。完成上述步骤后，即可进行电流的波形测量
(3)数据采集与传输
第(2)步完成后，将信号采集探头16的两端分别接在测量电阻10的两端，其中信号线黑色端与接地端相连，红色端与测量电阻10另一端相连，采集测量电阻10两端的电压信号，根据需要调节A/D模数转换器3的采样时长，完成电流波形的测量后，将波形csv格式数据通过数据线传输给电流波形成分分析装置4。
(4)数据分析、计算
第(3)步完成后，设置好波形成分分析模块的各项参数，利用最小二乘法对采样时长内的信号波形进行直流分量的提取，提取直流分量后，再利用离散傅里叶变换功能，分解波形得到采样时长内的各次谐波分量及其幅值大小。
(5)结果显示
第(4)步完成后，利用显示模块例如显示器展示波形分解结果。用户可以根据自身需要查询各个波形的直流分量大小、交流各个分量幅频图，可采用USB接口拷贝测量结果。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种换流站设备泄漏电流波形测量及成分分析装置，其特征在于：包括开关电源(1)、霍尔电流传感器(2)、A/D模数转换器(3)和电流波形成分分析装置(4)；开关电源(1)为霍尔电流传感器(2)提供直流电源，霍尔电流传感器(2)的信号输出端口(9)串联一测量电阻(10)，A/D模数转换器(3)的信号采集探头(16)分别连接在测量电阻(10)的两端，A/D模数转换器(3)的输出端与电流波形成分分析装置(4)连接。
2.根据权利要求1所述的换流站设备泄漏电流波形测量及成分分析装置，其特征在于：所述的霍尔电流传感器(2)长宽180～220mm，厚度40～70mm，用于穿过被测导体的中孔的孔径为80mm～300mm。
3.根据权利要求2所述的换流站设备泄漏电流波形测量及成分分析装置，其特征在于：所述的霍尔电流传感器(2)量程30～100A，测量范围0～100A，测量带宽0～200kHz，电流变比1000：1，输出为0～100mA的模拟信号。
4.根据权利要求1所述的换流站设备泄漏电流波形测量及成分分析装置，其特征在于：所述的开关电源(1)采用双组输出开关电源，一端输出电压为10V～40V，另一端输出电压为－40V～－10V，电压精度为－4％～4％。
5.根据权利要求1所述的换流站设备泄漏电流波形测量及成分分析装置，其特征在于：所述的信号采集探头(16)的带宽100MHz～500MHz，长0.7m～2.5m，通过BNC接口与A/D模数转换器(3)连接。
6.根据权利要求1所述的换流站设备泄漏电流波形测量及成分分析装置，其特征在于：所述的A/D模数转换器(3)的采样频率为90kHz～300kHz，具有2～4个信号输入与输出通道。
7.根据权利要求1所述的换流站设备泄漏电流波形测量及成分分析装置，其特征在于：所述的电流波形成分分析装置(4)包括波形成分分析模块和显示模块，波形成分分析模块通过最小二乘法与离散傅立叶变换对波形信号进行交直流分解，并将结果通过显示模块展示。
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