CN113419099A - 电流测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电流测量装置，包括：罗氏线圈，所述罗氏线圈设置在特高压线路外围，用于测量特高压直流电路的短路电流；采集模块，连接所述罗氏线圈，用于采集所述罗氏线圈测量的电流；传输模块，连接所述采集模块，用于传输所述采集模块采集的电流；信号处理模块，连接所述传输模块，用于获取来自所述传输模块的电流；所述信号处理模块还用于分析所述电流，以获取所述特高压直流电路的短路电流测量结果。该电流测量装置能够通过光电转换进行远端测量，实现电气隔离、且将电信号转化成光信号使用光信号传输，具有良好的抗电磁干扰性。

Description

电流测量装置

技术领域

本申请涉及电力技术领域，尤其涉及一种电流测量装置。

背景技术

随着经济不断发展和用电需求不断增加，特高压直流输电线路正变得越来越普及。在特高压直流输电线路调试过程中及特高压试验现场，短路接地试验是一种非常重要的试验，其检测到的特高压直流输电线路短路电流可以用于测算特高压直流输电线路的直流重启动去留时间。然而，特高压直流输电线路在接地短路瞬间，会产生一个高电流幅值的冲击上升电流，具有较高的风险。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种电流测量装置。能够准确检测出特高压直流输电线路在接地短路瞬间产生的冲击上升电流，并可以在远端解析检测到的电流，提高了电流检测时的安全性。

本申请一实施方式提供一种电流测量装置，包括：

罗氏线圈，所述罗氏线圈设置在特高压直流输电线路外围，用于测量特高压直流电路的短路电流并转换为输出电压；

采集模块，连接所述罗氏线圈，用于采集所述输出电压，并将所述输出电压转换为电流变化量；

传输模块，连接所述采集模块，用于传输所述采集模块采集的所述电流变化量；

信号处理模块，连接所述传输模块，用于获取来自所述传输模块的所述电流变化量并分析所述电流变化量，以获取所述特高压直流电路的短路电流值。

在本申请实施例中，所述传输模块包括光电发送模块和光电接收模块；

所述光电发送模块连接所述采集模块，用于将所述采集模块采集的电流变化量转换以生成光信号；

所述光电接收模块连接所述光电发送模块和所述信号处理模块，用于将所述光电发送模块生成的所述光信号转换以形成电信号，并传输所述电信号至所述信号处理模块。

在本申请实施例中，所述电流测量装置还包括电磁屏蔽空腔；

所述电磁屏蔽空腔设置在所述采集模块和所述光电发送模块外围，所述电磁屏蔽空腔用于屏蔽所述特高压直流输电线路在短路时产生的电磁场。

在本申请实施例中，所述电磁屏蔽空腔还包括

所述电磁屏蔽空腔还包括第一屏蔽层、第二屏蔽层和第三屏蔽层；

所述第三屏蔽层设置在所述采集模块和所述光电发送模块外围，用于屏蔽所述电磁场中的低频磁场；

所述第二屏蔽层设置在所述第三屏蔽层外围，用于屏蔽所述电磁场中的高频磁场；

所述第一屏蔽层设置在所述第二屏蔽层外围，用于屏蔽所述电磁场中的低频电场。

在本申请实施例中，所述第三屏蔽层的材料为坡莫合金。

在本申请实施例中，所述第二屏蔽层的材料为铁。

在本申请实施例中，所述电流测量装置还包括绝缘件；

所述绝缘件内部包括容纳腔，所述容纳腔用于容纳所述特高压直流电路。

在本申请实施例中，所述绝缘件还包括至少两个绝缘枝节；

所述绝缘枝节设置在所述绝缘件边缘，所述至少两个绝缘枝节之间有空气间隙，以提高所述绝缘件的绝缘性能。

在本申请实施例中，所述罗氏线圈绕设在所述绝缘件外围。

在本申请实施例中，所述电流测量装置还包括电源模块；

所述电源模块设置在所述电磁屏蔽空腔内部，所述电源模块连接所述光电发送模块，所述电源模块用于为所述光电发送模块和所述采集模块供电。

本申请实施方式提供的电流测量装置，能够通过光电转换进行远端测量，实现电气隔离、且将电信号转化成光信号使用光信号传输，具有良好的抗电磁干扰性。

附图说明

图1是本申请一实施例提供的电流测量装置的模块示意图。

图2是本申请另一实施例提供的电流测量装置的模块示意图。

图3是图2中电磁屏蔽空腔的示意图。

图4是本申请一实施例提供的绝缘件示意图。

图5是本申请一实施例提供的测试结果示意图。

主要元件符号说明

电流测量装置 10

罗氏线圈 100

采集模块 200

传输模块 300

光电发送模块 310

光电接收模块 320

信号处理模块 400

电源 500

电磁屏蔽空腔 600

第一屏蔽层 610

第一接地点 611

第二接地点 612

第一电容 C1

第二屏蔽层 620

第三屏蔽层 630

绝缘件 700

绝缘枝节 710

容纳腔 720

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

需要说明的是，本申请实施例中“至少一个”是指一个或者多个，多个是指两个或两个以上。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请中的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

需要说明的是，本申请实施例中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请实施例的描述中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都是属于本申请保护的范围。

特高压直流输电(Ultra high voltage direct current,UHVDC)，是指±800kV及以上电压等级的直流输电。特高压直流输电具有电压高、输送容量大、线路走廊窄等特点，可以满足大规模、远距离、高效率电力输送要求。

随着经济不断发展和用电需求不断增加，特高压直流输电线路正变得越来越普及。在特高压直流输电线路调试过程中，短路接地试验是一种非常重要的试验。特高压直流输电线路在接地短路瞬间，会产生一个高电流幅值的冲击上升电流，具有较高的风险。而在输电线路重启时的参数设置时，需要准确的测量短路时冲击上升电流的大小和尺寸时间。

目前，由于冲击上升电流的波形特殊，包括一段微秒级的快速上升、10kA级高电流幅值以及10毫秒级的持续时间的电流，对于电流测量装置具有较高的要求，相关技术中的电流测量装置无法满足特高压直流输电线路短路电流测量要求。

下面结合附图，对申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1是本申请一实施例提供的电流测量装置10的模块示意图。如图1所示的电流测量装置10，至少包括以下部分：罗氏线圈100、采集模块200、传输模块300和信号处理模块400。所述罗氏线圈100依次连接所述采集模块200、所述传输模块300和所述信号处理模块400。

在本申请实施例中，罗氏线圈100为罗哥夫斯基线圈(Rogowski Coil)。所述罗氏线圈100设置在特高压线路外围，用于测量特高压直流电路的短路电流I(即冲击上升电流)。可以理解的是，根据法拉第电磁感应定律和安培环路定律，当所述冲击上升电流I沿轴线通过罗氏线圈100中心时，会产生相应变化的磁场，所述罗氏线圈100会输出一个与所述冲击上升电流I成比例的输出电压V至所述采集模块200。

在本申请实施例中，罗氏线圈100可以用于测量电流范围在0-300kA，带宽0.1Hz-16MHz，最大电流上升速度为40kA/μs的特高压直流电路的短路电流I。所述罗氏线圈100为柔性线圈，具有较高的延展性。

在本申请实施例中，采集模块200电连接所述罗氏线圈100。所述采集模块200用于获取来自所述罗氏线圈100的所述输出电压V，并根据所述输出电压V计算所述冲击上升电流I及所述冲击上升电流I的波形。可以理解的是，输出电压V与冲击上升电流I之间的计算关系可以通过公式(1)得出。

其中，M为所述罗氏线圈100的互感系数。

为冲击上升电流I随时间的变化率

可以理解的是，根据公式(1)，可获得所述冲击上升电流I随时间的变化率

即公式(2)。

在本申请实施例中，对所述冲击上升电流I随时间的变化率进行积分运算，即可获取所述冲击上升电流I。

可以理解的是，所述积分运算以获取所述冲击上升电流I的过程可以由所述罗氏线圈100进行积分运算得出，并由所述采集模块200将计算得出的结果传输至所述信号处理模块400。所述采集模块200用于将所述冲击上升电流I随时间的变化率通过所述传输模块300传输至所述信号处理模块400，再由所述信号处理模块400进行积分运算，本申请在此不做限制。

在本申请实施例中，采集模块200可以为型号为USB-5133的示波器。所述采集模块200的采样频率可以高达100Mb/s。所述采集模块200可以通过测量输出电压V，以间接测量罗氏线圈100获取的所述冲击上升电流I。

在本申请实施例中，传输模块300可以为光电模块，其用于将采集模块200输出的电信号转换成光信号。由于光信号在传输时比电信号具有更低的衰减率，因此通过传输模块300传输采集模块200采集到的特高压直流电路的短路电流可以实现长距离传输。

具体地，请一并参阅图2，所述传输模块300包括光电发送模块310及光电接收模块320。所述电流测量装置10还包括电源500。所述光电发送模块310电连接所述采集模块200和所述电源500。所述光电发送模块310连接所述光电接收模块320。所述光电接收模块320电连接所述信号处理模块400。

在本申请实施例中，所述传输模块300可以为型号为USBRanger 2344的光电转换器。所述光电发送模块310用于将采集模块200输出的电信号转换成光信号。所述光电接收模块320用于将所述光电发送模块310发送的光信号转换成为电信号，使信号处理模块400能够处理所述电信号。

在本申请实施例中，所述信号处理模块400用于对传输模块300传输的特高压直流电路的短路电流进行积分运算处理以获取所述冲击上升电流I，或者，获取由所述采集模块200进行积分运算得出的所述冲击上升电流I。所述信号处理模块400随后对所述冲击上升电流I进行分析，以根据所述冲击上升电流I的幅值和持续时间设置特高压直流输电线路的重启参数。所述信号处理模块400设置在远离罗氏线圈100的位置，避免了操作人员触电的风险。

可以理解的是，所述信号处理模块400可以是手机、平板等移动终端，也可以是个人电脑、服务器等固定终端。所述信号处理模块400可以将传输模块300传输来的电流数据进行可视化处理，以将电流数据转换成具体的数值显示。所述信号处理模块400还可以将所述电流数据进行存储和传输，以供外部设备(例如，服务器等设备)在对特高压直流电路进行数据分析和参数设置时使用。

请再次参阅图2，在另一实施例中，所述电流测量装置10还包括电磁屏蔽空腔600和绝缘件700。在本申请实施例中，所述电磁屏蔽空腔600设置在所述光电发送模块310、所述采集模块200和所述电源500外围。

可以理解，特高压直流线路在短路时会产生电磁场，会影响所述光电发送模块310、所述采集模块200和所述电源500测量的准确性。因此，使用电磁屏蔽空腔600可以屏蔽特高压直流线路在短路时产生的电磁场，以减少对所述光电发送模块310、所述采集模块200和所述电源500的影响，进而提高电流测量装置10的测量精确度。

可以理解的是，所述绝缘件700具有良好的绝缘性能，能够避免因短路电流通过所述罗氏线圈100传输至所述采集模块200，而造成采集模块200被击穿。

图3是图2中电磁屏蔽空腔600的示意图。如图3所示，所述电磁屏蔽空腔600包括第一屏蔽层610，第二屏蔽层620和第三屏蔽层630。所述第二屏蔽层620设置在所述第一屏蔽层610内部，所述第三屏蔽层630设置在所述第二屏蔽层620内部。

可以理解的是，在特高压直流线路短路时，产生的电磁干扰包括低频电场、低频磁场和高频磁场。其中，低频磁场会对采集模块200和传输模块300带来较大的干扰，影响采集模块200采集到的数据的准确性。因此，本申请实施例使用所述电磁屏蔽空腔600来屏蔽电磁干扰对所述光电发送模块310、所述采集模块200和所述电源500的影响。其中，所述第一屏蔽层610用以屏蔽低频电场以及部分的高频磁场。所述第二屏蔽层620用于屏蔽高频磁场，并能够屏蔽部分低频磁场。所述第三屏蔽层630用于屏蔽低频磁场。在本申请实施例中，使用电磁屏蔽空腔600可以降低所述电流测量装置10受到的电磁干扰，提高所述电流测量装置10运行时的稳定性。

在本申请实施例中，所述第一屏蔽层610的材质为良导体，例如，铜、锌、铝、银、金或其合金与镀层等。所述第一屏蔽层610电连接第一接地点611。所述第一屏蔽层610还依次电连接第一电容C1和第二接地点612。由于第一屏蔽层610使用良导体，并且第一屏蔽层610电连接第一接地点611，因此可以将低频电场通过第一接地点611导入地面，避免低频电场对所述采集模块200和所述传输模块300造成干扰。

同样，为了避免在短路的瞬间电位突然抬升，导致第一屏蔽层610无法有效接地，第一屏蔽层610还包括另外一条接地线路，即依次电连接第一电容C1和第二接地点612以实现接地。由于电容具有一个充电的过程，因此第一电容C1两端的电位不会发生瞬时变化，可以使第一屏蔽层610可靠的接地。同时，由于良导体本身的特性，可以部分屏蔽高频磁场。因此，第一屏蔽层610可以屏蔽低频电场和部分高频电场，以保护所述电磁屏蔽空腔600内的所述采集模块200和所述传输模块300。

在本申请实施例中，所述第二屏蔽层620的材质为铁。由于铁具有较高的高频磁场导磁率，因此可以屏蔽掉特高压直流线路短路时产生的高频磁场，并且可以屏蔽掉部分低频磁场，以保护所述电磁屏蔽空腔600内的所述采集模块200和所述传输模块300。

在本申请实施例中，所述第三屏蔽层630的材质为坡莫合金(铁镍合金，permalloy)，由于坡莫合金具有较高的低频磁场导磁率。因此可以屏蔽大部分低频磁场，保护所述电磁屏蔽空腔600内的采集模块200和传输模块300。

在本申请实施例中，所述采集模块200和所述传输模块300需要供电以实现电流采集和光电转换。电源500输出的电流可能受到特高压直流线路短路电流的影响，因此将所述电源500设置在电磁屏蔽空腔600内部可以避免电源500的输出电流受到外界电流的干扰。

请一并参阅图4，如图4所示，所述绝缘件700包括绝缘枝节710和容纳腔720。所述绝缘枝节710设置在所述容纳腔720的外围。

在本申请实施例中，所述容纳腔720用于容纳特高压直流输电线路在短路时的接地端。所述罗氏线圈100设置在所述绝缘件700外围，由于所述罗氏线圈100为柔性线圈，因此可以设置在不规则的空间中。

可以理解的是，所述绝缘枝节710之间有空气间隙，以提高所述绝缘件700的绝缘性能，避免因短路电流通过所述罗氏线圈100传输至所述采集模块200，而造成采集模块200被击穿。由于特高压直流电路在接地时使用的是非金属接地元件，因此需要更高的测量前端空气间隙，以提高电流测量装置10的耐受电压水平。所述绝缘枝节710之间的空气间隙可以提升电流测量装置10的耐受电压水平，避免采集模块200被击穿。

图5是本申请一实施例提供的测试结果示意图。

在本申请实施例中，当使用电流测量装置10检测特高压直流电路短路时的电流为20kA，持续时间为200ms时，其检测结果如图5所示，检测到的峰值电流约为22kA，持续时间约为200ms。同时，如图5所示，检测结果可以示出该电流的冲激分量及波纹，能够精确测量出复杂电流中的冲激、纹波、直流等分量。

可以理解的是，本申请实施例提供的电流测量装置10可以通过所述罗氏线圈100间接测量所述特高压直流电路短路电流，并输出电压。所述采集模块200连接所述罗氏线圈100，以采集所述输出电压，并将所述输出电压还原为对应时间段内的电流变化值。所述传输模块300将所述电流变化值传输至所述信号处理模块400，以实现远端测量所述特高压直流电路短路电流。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本申请要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种电流测量装置，其特征在于，包括：

罗氏线圈，所述罗氏线圈设置在特高压直流输电线路外围，用于测量特高压直流电路的短路电流并转换为输出电压；

采集模块，连接所述罗氏线圈，用于采集所述输出电压，并将所述输出电压转换为电流变化量；

传输模块，连接所述采集模块，用于传输所述采集模块采集的所述电流变化量；

信号处理模块，连接所述传输模块，用于获取来自所述传输模块的所述电流变化量并分析所述电流变化量，以获取所述特高压直流电路的短路电流值。

2.如权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，所述传输模块包括光电发送模块和光电接收模块；

所述光电发送模块连接所述采集模块，用于将所述采集模块采集的电流变化量转换以生成光信号；

所述光电接收模块连接所述光电发送模块和所述信号处理模块，用于将所述光电发送模块生成的所述光信号转换以形成电信号，并传输所述电信号至所述信号处理模块。

3.如权利要求2所述的电流测量装置，其特征在于，所述电流测量装置还包括电磁屏蔽空腔；

所述电磁屏蔽空腔设置在所述采集模块和所述光电发送模块外围，所述电磁屏蔽空腔用于屏蔽所述特高压直流输电线路在短路时产生的电磁场。

4.如权利要求3所述的电流测量装置，其特征在于，所述电磁屏蔽空腔还包括第一屏蔽层、第二屏蔽层和第三屏蔽层；

所述第三屏蔽层设置在所述采集模块和所述光电发送模块外围，用于屏蔽所述电磁场中的低频磁场；

所述第二屏蔽层设置在所述第三屏蔽层外围，用于屏蔽所述电磁场中的高频磁场；

所述第一屏蔽层设置在所述第二屏蔽层外围，用于屏蔽所述电磁场中的低频电场。

5.如权利要求4所述的电流测量装置，其特征在于，所述第三屏蔽层的材料为坡莫合金。

6.如权利要求4所述的电流测量装置，其特征在于，所述第二屏蔽层的材料为铁。

7.如权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，所述电流测量装置还包括绝缘件；

所述绝缘件内部包括容纳腔，所述容纳腔用于容纳所述特高压直流电路。

8.如权利要求7所述的电流测量装置，其特征在于，所述绝缘件还包括至少两个绝缘枝节；

所述绝缘枝节设置在所述绝缘件边缘，所述至少两个绝缘枝节之间有空气间隙，以提高所述绝缘件的绝缘性能。

9.如权利要求8所述的电流测量装置，其特征在于，所述罗氏线圈绕设在所述绝缘件外围。

10.如权利要求3所述的电流测量装置，其特征在于，所述电流测量装置还包括电源模块；

所述电源模块设置在所述电磁屏蔽空腔内部，所述电源模块连接所述光电发送模块，所述电源模块用于为所述光电发送模块和所述采集模块供电。

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