CN112083214A - 先导放电过程的电流测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种先导放电过程的电流测量装置，包括：第一采样电阻、第二采样电阻、气体放电保护管、第一差分探头对、第二差分探头对和录波仪；气体放电保护管并联在第二采样电阻的两端；第一差分探头对的第一输入端与第一采样电阻的第一端连接，第一差分探头对的第二输入端与第一采样电阻的第二端连接，第一差分探头对的输出端与录波仪连接；第二差分探头对的第一输入端与第二采样电阻的第一端连接，第二差分探头对的第二输入端与第二采样电阻的第二端连接，第二差分探头对的输出端与录波仪连接。本发明公开的一种先导放电过程的电流测量装置，能够解决现有技术无法在先导放电过程中进行高动态范围、高带宽以及强抗干扰能力的电流测量的问题。

Description

先导放电过程的电流测量装置

技术领域

本发明涉及电流测量技术领域，尤其涉及一种先导放电过程的电流测量装置。

背景技术

先导放电是长空气间隙绝缘破坏的主要方式，对先导放电的发展特性的研究，对于优化电力系统绝缘设计有重要指导意义。先导的发展过程分为初始电晕、二次电晕、重发光(restrike)、先导连续发展以及间隙击穿等阶段，不同阶段对应的电流脉冲在幅值和上升时间上都明显不同。在先导发展的全过程中，电流脉冲的幅值变化范围在数十毫安至数十安，上升时间变化范围在数纳秒至数十微秒。因此，需要一种能够精确测量先导放电过程的电流脉冲的方法。

现有技术中，测量电流的主要方法是通过同轴电阻器(shunt)或罗氏线圈(RogowskiCoil)将电流信号转换为电压信号，再直接经过同轴电缆或经过光纤射频系统(RoF：RFoverFiber)进行光电隔离后传送至数字化仪(Digitizer)进行采样和存储。

本发明在实施本发明的过程中发现，现有技术存在如下技术问题：

同轴电阻器(shunt)的同轴电阻器阻值通常为0.001欧姆到0.1欧姆，难以捕捉微弱的电流信号，并且受制于同轴电缆50欧姆特征阻抗，同轴电阻器的阻值无法提高，否则会由于分流影响测量精度；罗氏线圈(RogowskiCoil)通过电磁感应原理耦合电流激发的空间电磁场，将电流的变化转化为电压信号输出，然后通过专用的积分器对电压信号进行积分后得到电流，然而罗氏线圈的构造决定了其测量范围和带宽存在相互制约的关系，测量范围越大带宽越低，小信号的灵敏度也越低；此外，罗氏线圈还很容易受到电磁辐射的干扰，不利于高频小信号的测量。

发明内容

本发明实施例提供一种先导放电过程的电流测量装置，能够解决现有技术无法在先导放电过程中进行高动态范围、高带宽以及强抗干扰能力的电流测量的问题。

本发明实施例一提供一种先导放电过程的电流测量装置，包括：第一采样电阻、第二采样电阻、气体放电保护管、第一差分探头对、第二差分探头对和录波仪；

所述第一采样电阻的第一端与电流输入端连接，所述第一采样电阻的第二端与所述第二采样电阻的第一端连接，所述第二采样电阻的第二端与电流输出端连接；

所述气体放电保护管并联在所述第二采样电阻的两端；

所述第一差分探头对的第一输入端与所述第一采样电阻的第一端连接，所述第一差分探头对的第二输入端与所述第一采样电阻的第二端连接，所述第一差分探头对的输出端通过模拟前端与所述录波仪连接；

所述第二差分探头对的第一输入端与所述第二采样电阻的第一端连接，所述第二差分探头对的第二输入端与所述第二采样电阻的第二端连接，所述二差分探头对的输出端通过模拟前端与所述录波仪连接。

作为上述方案的改进，所述第一采样电阻的阻值不小于0.1欧姆且不大于1欧姆。

作为上述方案的改进，所述第二采样电阻的阻值不小于100欧姆且不大于1000欧姆。

作为上述方案的改进，其特征在于，所述第一采样电阻和第二采样电阻均为高压无感电阻。

作为上述方案的改进，还包括：将所述第一采样电阻和第二采样电阻分别布置在同轴鼠笼的外层和内层，使得电流从所述同轴鼠笼顶部的铜质支架流入，流经外层的第一采样电阻后反向流过内层的第二采样电阻，经由所述同轴鼠笼中心的导体棒流出。

本发明实施例提供的一种先导放电过程的电流测量装置，具有如下有益效果：

采用了双采样电阻的电路拓扑，使得系统可以同时测量毫安级的小电流和数十安培级的大电流，提高了测量系统的动态范围；采用了双层“同轴鼠笼”结构的电阻安装方式，减小了等效电感，提高了测量系统带宽；使用了差分探头对电压信号进行传输，消除了同轴电缆的分流效应对测量精度的影响，同时提高了抗电磁辐射能力；通过采用增益可调的模拟前端配合14bit高精度录波仪，可以在各种情况下都获得最佳的动态范围和测量精度；从而实现了对先导放电过程中高动态范围、高带宽、强干扰能力的电流精确测量。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种先导放电过程的电流测量装置的结构示意图。

图2是本发明一具体实施例提供的同轴鼠笼的三维结构示意图。

图3是本发明一具体实施例提供的同轴鼠笼的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明实施例一提供的一种先导放电过程的电流测量装置的结构示意图，包括：第一采样电阻R1、第二采样电阻R2、气体放电保护管GDT、第一差分探头对、第二差分探头对和录波仪；

第一采样电阻R1的第一端与电流输入端连接，第一采样电阻R1的第二端与第二采样电阻R2的第一端连接，第二采样电阻R2的第二端与电流输出端连接；

气体放电保护管GDT并联在第二采样电阻R2的两端；

第一差分探头对的第一输入端与第一采样电阻R1的第一端连接，第一差分探头对的第二输入端与第一采样电阻R1的第二端连接，第一差分探头对的输出端通过模拟前端与录波仪连接；

第二差分探头对的第一输入端与第二采样电阻R2的第一端连接，第二差分探头对的第二输入端与第二采样电阻R2的第二端连接，二差分探头对的输出端通过模拟前端与录波仪连接。

具体地，录波仪为14bit高精度录波仪。

进一步地，第一采样电阻R1的阻值不小于0.1欧姆且不大于1欧姆。

进一步地，第二采样电阻R2的阻值不小于100欧姆且不大于1000欧姆。

进一步地，第一采样电阻R1和第二采样电阻R2均为高压无感电阻。

进一步地，还包括：将第一采样电阻R1和第二采样电阻R2分别布置在同轴鼠笼的外层和内层，使得电流从同轴鼠笼顶部的铜质支架流入，流经外层的第一采样电阻R1后反向流过内层的第二采样电阻R2，经由同轴鼠笼中心的导体棒流出。

具体来说，参见图2，是本发明一具体实施例提供的同轴鼠笼的三维结构示意图，鼠笼分成内外两层，每层均包含10只高压无感电阻并联，构成等效的第一采样电阻R1或者第二采样电阻R2，一第一采样电阻R1与一第二采样电阻R2串联，参见图3，是本发明一具体实施例提供的同轴鼠笼的剖面结构示意图，由于两套采样电阻中流过的电流幅值相等，方向相反，产生的空间磁场抵消，进一步减小了采样电阻的电感，实现带宽的提升。

在一具体的实施方式中，采用两套高压无感电阻串联来对电流进行采样。第一采样电阻R1为小采样电阻，阻值可取0.1欧姆至1欧姆，主要用于采集击穿过程中的大电流；第二采样电阻R2为大采样电阻，阻值可取100欧姆至1000欧姆，主要用于采集击穿前的毫安级的小电流。为了避免击穿大电流流过R2产生高电位差损坏模拟前端回路和录波仪，在R2的两端并联一气体放电保护管GDT，在大电流情况下短路R2，实现保护。采样电阻两端的电位差通过差分探头输入模拟前端。与同轴电缆不同，差分探头具有高输入阻抗(Hi-Z)，不会因为分流而影响测量精度，且差分探头具有较高的共模抑制能力，可以减小电磁干扰对测量的影响。通过调节模拟前端的增益，使得输出信号幅值在0至5V之间，最大程度利用录波仪ADC的动态范围，并通过数字光纤将采集的信号发送至计算机，以便后续处理。

测量回路方面，本方案采用了双采样电阻，配合具有高输入阻抗的差分探头对与模拟前端回路，实现了对电流的高动态范围、高精度，低噪声测量；采用高压无感电阻对电流进行采样，不需要积分器进行转换，因此具有更高的带宽与抗噪声能力。

本发明实施例提供的一种先导放电过程的电流测量装置、装置及存储介质，具有如下有益效果：

采用了双采样电阻的电路拓扑，使得系统可以同时测量毫安级的小电流和数十安培级的大电流，提高了测量系统的动态范围；采用了双层“同轴鼠笼”结构的电阻安装方式，减小了等效电感，提高了测量系统带宽；使用了差分探头对电压信号进行传输，消除了同轴电缆的分流效应对测量精度的影响，同时提高了抗电磁辐射能力；通过采用增益可调的模拟前端配合14bit高精度录波仪，能够在各种情况下都获得最佳的动态范围和测量精度；从而实现了对先导放电过程中高动态范围、高带宽、强干扰能力的电流精确测量。

需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种先导放电过程的电流测量装置，其特征在于，包括：第一采样电阻、第二采样电阻、气体放电保护管、第一差分探头对、第二差分探头对和录波仪；

所述第一采样电阻的第一端与电流输入端连接，所述第一采样电阻的第二端与所述第二采样电阻的第一端连接，所述第二采样电阻的第二端与电流输出端连接；

所述气体放电保护管并联在所述第二采样电阻的两端；

所述第一差分探头对的第一输入端与所述第一采样电阻的第一端连接，所述第一差分探头对的第二输入端与所述第一采样电阻的第二端连接，所述第一差分探头对的输出端通过模拟前端与所述录波仪连接；

所述第二差分探头对的第一输入端与所述第二采样电阻的第一端连接，所述第二差分探头对的第二输入端与所述第二采样电阻的第二端连接，所述二差分探头对的输出端通过模拟前端与所述录波仪连接。

2.如权利要求1所述的一种先导放电过程的电流测量装置，其特征在于，所述第一采样电阻的阻值不小于0.1欧姆且不大于1欧姆。

3.如权利要求1所述的一种先导放电过程的电流测量装置，其特征在于，所述第二采样电阻的阻值不小于100欧姆且不大于1000欧姆。

4.如权利要求1所述的一种先导放电过程的电流测量装置，其特征在于，所述第一采样电阻和第二采样电阻均为高压无感电阻。

5.如权利要求1所述的一种先导放电过程的电流测量装置，还包括：将所述第一采样电阻和第二采样电阻分别布置在同轴鼠笼的外层和内层，使得电流从所述同轴鼠笼顶部的铜质支架流入，流经外层的第一采样电阻后反向流过内层的第二采样电阻，经由所述同轴鼠笼中心的导体棒流出。

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