CN207675814U - 一种直流套管电压监测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直流套管电压监测器，包括电压监测器主体，所述电压监测器主体包括电容采样、功率放大、门限判断、报警输出及电源模块五个部分，所述电容采样用于高压信号的采集，包括电阻、电容及保护器件三大部分，所述电容采样电路输入端设有信号输入防护电路。本实用新型的优点是，利用电容采样的方式实现对高压信号的采集，输出信号经过抑制处理后向中控室提供稳定安全的标准信号，保证分压器及控制系统的安全、稳定运行。

Description

一种直流套管电压监测器

技术领域

本实用新型涉及高压电气技术领域，尤其涉及一种直流套管电压监测器。

背景技术

直流套管电压监测器(电容分压器)是换流变压器和直流套管不可或缺的一部分，其跨接于换流变压器阀侧套管末屏与大地之间，根据电容分压原理将换流变压器阀侧一次电压折算为系统要求的二次电压输出，其输出传输至变电站控保系统，并由控保系统根据其输出信号对换流变运行状态做出判断并进行相应保护动作。

因直流套管电压在线监测器(电容分压器)恶劣苛刻的工作环境和目前技术发展现状，国内直流站建设工期、投运工期及运行稳定性多次受其影响和制约。在站内众多技术环节调试试验及运行中，套管分压器成为不确定性最大的一个环节。现各运行及在建直流站均被直流套管监测器自身不稳定现象严重影响。国内某直流换流站曾出现因直流套管在线监测器问题导致调试周期拖期、调试难度及工作量剧增，投运时间推迟现象。故分压器的安全、稳定运行直接影响整个换流站运行安全与否。

现有已公布未授权中国专利文件CN102928639A公布了一种电子式电容分压器，其主要解决的问题是现有的电容分压器，高压电容分压部分与低压电容分压部分一般采取串联的方式来达到降低电压的目的，这使得所测试的精度相对较低，对于测试要求高的产品则难以达到高精度测试的要求。与本实用新型解决的问题不同。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种直流套管电压监测器，其利用电容采样的方式实现对高压信号的采集，输出信号经过抑制处理后向中控室提供稳定安全的标准信号，保证分压器及控制系统的安全、稳定运行。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种直流套管电压监测器，包括电压监测器主体，所述电压监测器主体包括电容采样、功率放大、门限判断、报警输出及电源模块五个部分。

其中，所述电容采样用于高压信号的采集，包括电阻、电容及保护器件三大部分，所述电容采样电路输入端设有信号输入防护电路。

其中，所述门限判断及报警输出模块用于共同完成采样电压的判断和保护输出，所述门限判断包括基准电路和比较电路，所述基准电路用于提供预设的基准电压，所述比较电路用于输出信号，驱动相应继电器模块工作。

其中，所述电源模块与工作电路为分体式设计，其用于将标准电压转换为电路工作所需电压并输出远传给工作电路。

其中，所述电压监测器主体安装于直流换流变阀测套管上，所述直流换流变阀测套管从内至外包括中心导体、电容极板及伞裙，所述直流换流变阀测套管下方垂直设置套管末屏连接端子，底部设有套管升高座，所述电压监测器主体与套管末屏连接端子连接。

进一步的，所述电压监测器主体安装于直流换流变阀测套管底部、套管末屏连接端子上方。

进一步的，所述功率放大部分单独输出独立的单路标准110VAC输出信号或将单路信号进行分路处理，得到两路均为标准110VAC的独立输出信号。

进一步的，所述基准电路提供的预设基准电压为110VAC输出电压，所述基准电路预设三个基准信号动作点提供给比较电路，分别对应输出信号的120VAC，125VAC及130VAC输出。

进一步的，所述电源模块将220VAC电压经过滤波处理后转换为电路工作所需要的180VDC及20VDC并输出远传给工作电路。

进一步的，直流套管电压监测器输出信号为单路信号或多路信号。

本实用新型的有益效果在于：

1)节省空间、降低成本

本实用新型利用电容采样的方式实现对高压信号的采集，具备电子产品体积小的优势，并与套管末屏测量端子连接，直流套管电压监测器主体安装于直流套管升高座底部并与其共地，回避了其他采样方式带来的成本高、占地面积大、安装工作量大等弊端。

2)抗强电磁干扰

本实用新型通过简化电路设计布局、多级多层次滤波设计、整体屏蔽等几个方面开展工作，可达到高可靠信号输出不失真的设计目标。

3)高温环境工作方式

直流套管电压监测器(电容分压器)工作电路属于自身高发热方式，自身需要良好的导热散热措施，本实用新型通过高强度的温度试验完成耐温措施的完善和工艺实施的简单易行，达到电子产品高温环境下稳定运行、输出准确的工作目标。

4)分体工作模式研究

因直流套管电压监测器(电容分压器)所处工作环境恶劣，因此建立电源和测量模块分离的工作结构形式，尽可能将项目产品的局部远离直流套管升高座，也就是远离高压地电位，改善局部运行环境；将抗冲击防护加强后的电源作为独立的工作模块安装于远离套管的阀厅外部换流变端子柜，用屏蔽电缆连接至测量模块，力求降低电源部分承受的过电压冲击强度和强电场干扰，同时电源部分加装快速幅值抑制模块，限制电源方向承受的瞬间冲击传导至测量模块造成自身损坏。

5)恶劣电子环境冲击防护

本实用新型具备多级多参数过电压防护措施，以增强项目产品抗冲击能力，达到电子产品可以与连续运行高压主设备共地，并可耐受同等强度过运行现场电参数冲击的目标。

6)设计产品信号输出方式、标准及传输可靠性

输出方式为双路，亦可简化电路输出单路信号；可以根据工况需要扩展为多路输出；输出信号为抗干扰能力较强的大幅值信号；输出信号经过过压抑制后输出安全稳定的标准信号，保护中控室二次免受来自高压现场的过电压冲击。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的安装示意图；

图2为本实用新型的整体原理框图；

图3为本实用新型的电容采样部分原理框图；

图4为本实用新型的功率放大部分原理框图；

图5为本实用新型的门限判断及报警输出部分原理框图。

具体实施方式

如图2所示的一种直流套管电压监测器，包括电压监测器主体1，所述电压监测器主体1包括电容采样、功率放大、门限判断、报警输出及电源模块五个部分。

如图3，所述电容采样用于高压信号的采集，包括电阻、电容及保护器件三大部分，调整电阻及电容参数即可适应不同套管电容量参数并取得需要输出的信号数值，同时在此部分电路输入端亦设计有信号输入防护电路，可以有效抑制通过套管电容耦合的高压主回路上的冲击，保证后续电路在高压工况下稳定工作能力。

如图4，所述功率放大部分单独输出独立的单路标准110VAC输出信号或将单路信号进行分路处理，得到两路均为标准110VAC的独立输出信号，通过进一步滤波、整形及功率放大等信号处理方式，将单路信号进行分路独立处理，得到两路相互独立、互为参照并且具备强电磁环境下稳定不失真工作的标准110VAC输出信号。

如图5，所述门限判断及报警输出模块共同完成对采样电压的判断和保护输出功能，其中门限判断电路由基准电路和比较电路两部分组成，基准电路提供预设的基准电压，其基准电位对应标准的110VAC输出电压，当主回路高压电压持续上升导致采样电路输出信号大于基准电位，并达到某一设定值后，比较电路输出驱动相应继电器模块动作，输出常开节点报警信号给外部电路驱动相应设备工作。所述基准电路预设三个基准信号动作点提供给比较电路，分别对应输出信号的120VAC，125VAC及130VAC输出。

所述电源模块与工作电路为分体式设计，其安装在远离套管的变压器控制柜内，将220VAC电压经过滤波处理后变换为电路工作所需要的180VDC及20VDC输出并通过导线远传提供给相应的工作电路。

如图1，所述电压监测器主体1安装于直流换流变阀测套管2上，所述直流换流变阀测套管2从内至外包括中心导体21、电容极板22及伞裙23，所述直流换流变阀测套管2下方垂直设置套管末屏连接端子3，底部设有套管升高座4，所述电压监测器主体1与套管末屏连接端子3连接。

进一步的，所述电压监测器主体1安装于直流换流变阀测套管2底部、套管末屏连接端子3上方。

进一步的，直流套管电压监测器输出信号为单路信号或多路信号。

本实用新型工作原理：

直流套管电压监测器(电容分压器)采取电容分压原理，利用直流套管电容末屏连接端子3作为直流套管电压监测器高压臂，直流套管电压监测器电路内根据高压臂参数配置低压臂将直流输电线路内交流分量采集后进行变换，并进行信号甄别处理后输出稳定的信号电压，其输出作为直流主回路保护依据及电压检测信号应用，同时在直流主回路电压升高至相应点时输出报警信号。

直流套管电压监测器(电容分压器)安装在直流换流变阀测套管2上，与套管连接利用套管自身电容量作为高压臂，完成高压侧交流分量的采集、测量及实时反映交流分量相位变化。使用时高压主回路A、B、C三相同时安装，连续输出信号电压，并通过信号电压的变化反映三相运行是否平衡，是新建直流站合闸投运时第一个进入中控室的现场信号，其信号作为换流站合闸依据，稳定与否直接决定整个换流站是否可以合闸开始投运。

本实用新型所述的直流套管电压监测器亦可以用于交流套管的电压监测。

本实用新型的关键点为：

1)利用套管自身电容量作为高压臂，完成高压侧交流分量的采集；

2)用电容分压的方式完成基本的信号采样工作测量实现单路输出；

3)通过套管末屏进行电容采样并完成测量；

4)采样电路可输出符合要求的标准110VAC信号；

5)采样电路输出电压调整为小信号经过功率放大等处理后输出相互独立并符合标准要求的双路信号；

6)电源部分与工作电路分体设计并安装在远离套管等高压设备的控制柜内；

7)输出信号经过抑制处理后向中控室提供稳定安全的标准信号。

本实用新型相对于现有技术的进步性为：

1)节省空间、降低成本

本实用新型利用电容采样的方式实现对高压信号的采集，具备电子产品体积小的优势，并与套管末屏测量端子连接，电压监测器主体1安装于直流套管升高座4底部并与其共地，回避了其他采样方式带来的成本高、占地面积大、安装工作量大等弊端。

2)抗强电磁干扰

直流套管在线监测器(电容分压器)测量部分安装于换流变本体，位置距高压主回路亦较近，通常约为5～6米空间距离，距离高压换流阀组最小空间距离约为15～17米左右，实际运行时阀厅内空间电磁干扰强度极大，常规电子测量产品均难以在此环境下稳定工作准确输出。本实用新型通过简化电路设计布局、多级多层次滤波设计、整体屏蔽等几个方面开展工作，可达到高可靠信号输出不失真的设计目标。

3)高温环境工作方式

直流套管电压监测器(电容分压器)工作电路属于自身高发热方式，自身需要良好的导热散热措施，但其安装位置处于直流套管升高座4底部，实际运行时需承受变压器油温(工作温度90摄氏度)和主回路电流温升叠加所导致的高温影响，据估算换流变运行时监测器安装位置温度可达50～55℃，同时更因为本产品长时连续的工作方式，运行期间无法进行检修和更换，所以高温耐受能力亦是项目产品需要研究解决的基本问题之一。本实用新型通过高强度的温度试验完成耐温措施的完善和工艺实施的简单易行，达到电子产品高温环境下稳定运行、输出准确的工作目标。

4)分体工作模式研究

因直流套管电压监测器(电容分压器)所处工作环境恶劣，因此建立电源和测量模块分离的工作结构形式，尽可能将项目产品的局部远离直流套管升高座，也就是远离高压地电位，改善局部运行环境；将抗冲击防护加强后的电源作为独立的工作模块安装于远离套管的阀厅外部换流变端子柜，用屏蔽电缆连接至测量模块，力求降低电源部分承受的过电压冲击强度和强电场干扰，同时电源部分加装快速幅值抑制模块，限制电源方向承受的瞬间冲击传导至测量模块造成自身损坏。

5)恶劣电子环境冲击防护

本实用新型具备多级多参数过电压防护措施，以增强项目产品抗冲击能力，达到电子产品可以与连续运行高压主设备共地，并可耐受同等强度过运行现场电参数冲击的目标。

6)设计产品信号输出方式、标准及传输可靠性

输出方式为双路，亦可简化电路输出单路信号；可以根据工况需要扩展为多路输出；输出信号为抗干扰能力较强的大幅值信号；输出信号经过过压抑制后输出安全稳定的标准信号，保护中控室二次免受来自高压现场的过电压冲击。

7)高可靠电路规划研究

直流套管通过套管末屏连接端子3与直流套管在线监测器串接并接地，即成为直流套管接地线的一部分，此种情况下产品必须在任何工作状况需不能开路，确保直流套管“死接地”的工作方式。由此我公司需研究设计绝对可靠的电路运行方式，确保即使产品自身故障的情况下亦不能出现套管地线开路现象，确保套管运行安全。

本实用新型可以将整体设备中电容采样部分单独使用，通过调整电阻及电容参数输出单路的110VAC信号，同时亦可根据现场需要扩展为两路以上的多路输出。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种直流套管电压监测器，包括电压监测器主体(1)，其特征在于，所述电压监测器主体(1)包括电容采样、功率放大、门限判断、报警输出及电源模块五个部分；

所述电容采样用于高压信号的采集，包括电阻、电容及保护器件三大部分，所述电容采样电路输入端设有信号输入防护电路；

所述门限判断及报警输出模块用于共同完成采样电压的判断和保护输出，所述门限判断包括基准电路和比较电路，所述基准电路用于提供预设的基准电压，所述比较电路用于输出信号，驱动继电器模块工作；

所述电源模块与工作电路为分体式设计，其用于将标准电压转换为电路工作所需电压并输出远传给工作电路；

所述电压监测器主体(1)安装于直流换流变阀测套管(2)上，所述直流换流变阀测套管(2)从内至外包括中心导体(21)、电容极板(22)及伞裙(23)，所述直流换流变阀测套管(2)下方垂直设置套管末屏连接端子(3)，底部设有套管升高座(4)，所述电压监测器主体(1)与套管末屏连接端子(3)连接。

2.根据权利要求1所述的一种直流套管电压监测器，其特征在于，所述电压监测器主体(1)安装于直流换流变阀测套管(2)底部、套管末屏连接端子(3)上方。

3.根据权利要求1所述的一种直流套管电压监测器，其特征在于，所述功率放大部分单独输出独立的单路标准110VAC输出信号或将单路信号进行分路处理，得到两路均为标准110VAC的独立输出信号。

4.根据权利要求1所述的一种直流套管电压监测器，其特征在于，所述基准电路提供的预设基准电压为110VAC输出电压，所述基准电路预设三个基准信号动作点提供给比较电路，分别对应输出信号的120VAC，125VAC及130VAC输出。

5.根据权利要求1所述的一种直流套管电压监测器，其特征在于，所述电源模块将220VAC电压经过滤波处理后转换为电路工作所需要的180VDC及20VDC并输出远传给工作电路。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种直流套管电压监测器，其特征在于，其输出信号为单路信号或多路信号。