專利名稱：一種高壓直流輸電晶閘管阻尼回路電流測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高壓直流輸電晶閘管阻尼回路電流
測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
HVDC換流閥屬吊裝結(jié)構(gòu)，內(nèi)部由幾十至幾百只晶閘管串聯(lián)而成，每只晶閘管兩端 并有RC阻尼回路，起到均壓作用。在進(jìn)行周期性觸發(fā)、非周期觸發(fā)等試驗(yàn)時(shí)，晶閘管在斷態(tài) 情況下，系統(tǒng)電壓為阻尼電容C充電，在晶閘管觸發(fā)開通過程中，阻尼電容C上所充的高電 壓隨即通過晶閘管放電，相當(dāng)于給晶閘管施加了正向過沖電流，加大了開通瞬間的電流上 升率(di/dt)，此時(shí)，由于晶間管尚未完全導(dǎo)通，過沖電流的注入易燒毀晶間管，存在極大的 安全隱患。目前，確定此電流的方法僅局限于仿真計(jì)算，但在試驗(yàn)中，換流閥位于高電位，其 所處電磁環(huán)境十分惡劣，且易受層層間、層地間的雜散電容、電感的影響，因此仿真計(jì)算往 往存在較大誤差，不能滿足工程的實(shí)際需要。因此，迫切需要能夠置入閥層內(nèi)的晶閘管阻尼 回路電流測(cè)量裝置，然而，國內(nèi)外在此應(yīng)用領(lǐng)域的測(cè)量裝置仍是空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種體積小、測(cè)量范圍廣、誤差小、靈敏度高、穩(wěn) 定可靠的高壓直流輸電晶閘管阻尼回路電流測(cè)量裝置。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種高壓直流輸電晶閘管阻尼回路電流測(cè)量 裝置，其安裝在換流閥閥層內(nèi)的晶閘管阻尼回路導(dǎo)線上，該測(cè)量裝置包括由屏蔽殼I和屏 蔽殼II對(duì)接而成的屏蔽殼，所述屏蔽殼I內(nèi)設(shè)有纏繞有線圈I的C形鐵氧體磁芯I，所述屏 蔽殼II內(nèi)設(shè)有纏繞有線圈II的C形鐵氧體磁芯II、積分電路和分壓器，所述積分電路輸入 端和屏蔽殼II均與線圈II相連接，所述積分電路輸出端連接分壓器，所述分壓器輸出端將 測(cè)量信號(hào)輸出。其中，所述屏蔽殼I內(nèi)設(shè)有對(duì)磁芯I進(jìn)行固定的磁芯固定件I，屏蔽殼II內(nèi)設(shè)有對(duì) 磁芯II進(jìn)行固定的磁芯固定件II，所述磁芯I與磁芯II對(duì)接后形成一環(huán)形磁芯。其中，所述屏蔽殼內(nèi)設(shè)有緊固插件，所述線圈I和線圈II分別與緊固插件相連接。其中，所述磁芯固定件I和磁芯固定件II為絕緣材料制成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述磁芯 固定件I通過絕緣膠粘接于屏蔽殼I內(nèi)部，所述磁芯固定件II通過絕緣膠粘接于屏蔽殼II 內(nèi)部。其中，所述屏蔽殼I和屏蔽殼II均采用C形結(jié)構(gòu)，所述屏蔽殼I和屏蔽殼II的開 口端對(duì)接后通過外部緊固件固定成一環(huán)形屏蔽殼。其中，所述屏蔽殼的內(nèi)環(huán)中線上設(shè)有縫槽，在所述縫槽中嵌入有用于和被測(cè)物體 絕緣隔離的絕緣套墊。其中，所述磁芯I上繞制的線圈I匝數(shù)為5匝，所述磁芯II上繞制的線圈II匝數(shù) 為5匝，所述線圈I和線圈II的匝間距為10mm。
其中，所述積分電路由10個(gè)并聯(lián)的電阻構(gòu)成。其中，所述分壓器由兩個(gè)串聯(lián)的電阻構(gòu)成，其中一個(gè)電阻作為高壓臂與積分電路 相連接，另一電阻作為低壓臂與屏蔽殼II相連接。其中，所述磁芯I和磁芯II的截面直徑為15. 5mm，所述屏蔽殼I和屏蔽殼II的殼 厚為3mm，所述縫槽的寬度為2mm，所述絕緣套墊的厚度為3mm，所述線圈I與屏蔽殼I的間 距及所述線圈II與屏蔽殼II的間距均為5mm。本發(fā)明的有益效果在于1)該測(cè)量裝置的可靠性高、穩(wěn)定性好，測(cè)量范圍可達(dá)士300A，且具備良好的線性 度；2)該測(cè)量裝置頻帶可達(dá)40Hz 20MHz，高低頻相應(yīng)良好，測(cè)量最大誤差僅為 0. 48%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于高壓測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)要求的3% ；3)該測(cè)量裝置外殼屏蔽性能好，由于在內(nèi)環(huán)中線的縫槽內(nèi)嵌入絕緣套墊，使得該 測(cè)量裝置與被測(cè)電路既無電氣連接又能緊密接觸，安全可靠；4)該測(cè)量裝置的內(nèi)部磁芯和外部屏蔽殼均采用兩個(gè)C形構(gòu)件對(duì)接組成的環(huán)形結(jié) 構(gòu)，具有體積小，重量輕的優(yōu)點(diǎn)，該測(cè)量裝置通過緊固插件將其嵌套在換流閥閥層內(nèi)的阻尼 回路導(dǎo)線上，安裝方便，操作簡(jiǎn)單。


圖1是自積分式Rogowski線圈等效電路圖；圖2是本發(fā)明的電流測(cè)量裝置的安裝位置示意圖；圖3是本發(fā)明的電流測(cè)量裝置的外形圖；圖4是本發(fā)明的電流測(cè)量裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，即電流測(cè)量裝置的縱向剖視 圖；其中，1-屏蔽殼，Ia-屏蔽殼I，Ib-屏蔽殼II，2a_磁芯I，2b_磁芯II，3-積分電 路，4-分壓器，4a-高壓臂，4b-低壓臂，5a-線圈I，5b-線圈II，6a-磁芯固定件I，6b-磁芯 固定件II，7-緊固插件，7a-插針，7b-插槽，8-外部緊固件，9-縫槽，10-彈簧，11-端蓋， 12-分壓器輸出端，13-銅片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的電流測(cè)量裝置做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明所述的阻尼回路電流測(cè)量裝置采用自積分式Rogowski線圈原理，其等效 電路如圖1所示，在環(huán)繞被測(cè)電流的骨架上繞制線圈Ltl，則線圈兩端會(huì)感應(yīng)出與被測(cè)電流的 導(dǎo)數(shù)di/dt成正比的感應(yīng)電勢(shì)e (t)，感應(yīng)電勢(shì)被線圈Ltl兩端連接的積分電路R,所積分，則 積分電路艮兩端的電壓波形U。ut(t)與被測(cè)電流的波形一致。所述Ctl為線圈Ltl與屏蔽殼之 間產(chǎn)生的電容，所述Rtl為線圈Ltl與屏蔽殼之間產(chǎn)生的電阻。如圖2所示，本發(fā)明的電流測(cè)量裝置安裝在換流閥閥層內(nèi)的晶閘管阻尼回路導(dǎo)線 上，因此外形設(shè)計(jì)成對(duì)口式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)體積小，安裝方便。如圖3、4所示，該電流測(cè)量裝置主要包括A、B兩部分A部分主要包括C形屏蔽殼I Ia和C形磁芯I 2a。屏蔽殼I Ia內(nèi)設(shè)有兩個(gè)用于固定磁芯I 2a的磁芯固定件I 6a，該磁芯固定件I通過絕緣膠對(duì)稱粘接于屏蔽殼I內(nèi)，在 磁芯固定件I 6a的前面并排設(shè)置有一緊固插件7，緊固插件由插針7a和插槽7b組成，本 例中緊固插件的插針7a通過絕緣膠粘接于屏蔽殼I Ia內(nèi)；用一根銅漆包線繞設(shè)在磁芯I 2a上，繞制后磁芯I 2a上纏繞的線圈I 5a均勻分布。開啟屏蔽殼I左側(cè)的端蓋11，將纏 繞有線圈I的磁芯I伸入屏蔽殼I內(nèi)，并將該磁芯I的兩個(gè)短邊穿過磁芯固定件I 6a進(jìn)行 固定，將銅漆包線首尾的兩個(gè)線圈I接頭分別與粘接在屏蔽殼I內(nèi)的兩個(gè)插針7a相連接， 再將屏蔽殼I左側(cè)的端蓋11封閉。B部分主要包括C形屏蔽殼II lb、C形磁芯II 2b、積分電路3和分壓器4。屏蔽 殼II Ib內(nèi)設(shè)有兩個(gè)用于固定磁芯I 2a的兩個(gè)磁芯固定件II 6b，該磁芯固定件II通過絕 緣膠對(duì)稱粘接于屏蔽殼II Ib內(nèi)，本例中緊固插件的插槽7b通過絕緣膠粘接于屏蔽殼II Ib內(nèi)；用兩根銅漆包線對(duì)稱繞設(shè)在磁芯II 2b上，繞制后磁芯II 2b上纏繞的線圈II 5b均 勻分布。開啟屏蔽殼II右側(cè)的端蓋11，將纏繞有線圈II的磁芯II伸入屏蔽殼II內(nèi)，并將 該磁芯II的兩個(gè)短邊穿過磁芯固定件II 6b，將兩根銅漆包線首端的兩個(gè)線圈II接頭分 別與兩個(gè)緊固插件的插槽7b相連接，再將兩根銅漆包線末端的兩個(gè)線圈II接頭分別與積 分電路輸入端和屏蔽殼II相連接，積分電路輸出端連接分壓器的高壓臂4a，分壓器的低壓 臂4b與屏蔽殼II的端蓋相連，分壓器輸出端12將測(cè)量信號(hào)輸出，所述分壓器輸出端連接 一彈片結(jié)構(gòu)，所述彈片結(jié)構(gòu)由彈簧10和銅片13組成。將上述各部件連接好后，最后將屏蔽 殼II右側(cè)的端蓋12封閉。屏蔽殼I Ia和屏蔽殼II Ib采用硬鋁制成，殼厚3mm，可以將外界復(fù)雜的電磁干擾 屏蔽掉。本例中在環(huán)形屏蔽殼1的內(nèi)環(huán)中線上開有一圈縫槽9，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，先在屏蔽殼 I和屏蔽殼II的縫槽9中各嵌入一 3mm厚的絕緣套墊(圖中未畫出)后，再將上述安裝好 的A、B兩部分嵌套在晶閘管阻尼回路導(dǎo)線上，將緊固插件的插針7a插入插槽7b中，對(duì)A、 B兩部分起到連接和固定作用，最后通過兩個(gè)外部緊固件8將A、B兩部分扣緊即可?？劬o 后，屏蔽殼I和屏蔽殼II對(duì)接成一環(huán)形屏蔽殼1，磁芯I和磁芯II對(duì)接成一環(huán)形磁芯?？p 槽9的作用在于一是保證屏蔽殼內(nèi)的線圈能夠很好的耦合阻尼回路電流激發(fā)的磁場(chǎng)；二 是切斷屏蔽殼上的感應(yīng)環(huán)流；三是為絕緣套墊提供了嵌入位。磁芯固定件II6a和磁芯固定 件II 6b為絕緣材料制成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，本例中采用環(huán)氧樹脂環(huán)。線圈的設(shè)計(jì)該測(cè)量裝置設(shè)計(jì)頻帶為40Hz 20MHz，自積分式Rogowski線圈高頻 截至頻率主要取決于線圈與屏蔽殼之間的空間電容Ctl，空間電容越小，高頻截至頻率越高; 其低頻截至頻率主要取決于積分電路和線圈電感之比。因此，線圈的匝數(shù)不能太多，否則線 圈與屏蔽殼1之間的空間電容Ctl過大，高頻特性不好；線圈匝數(shù)也不能太少，否則線圈上的 電流太大，線圈將發(fā)熱，并要求積分電路所產(chǎn)生的電阻極小。當(dāng)線圈匝數(shù)較少時(shí)，其低頻截 至頻率不易降低，因此采取鐵氧體軟磁材料作為磁芯以增大電感。經(jīng)計(jì)算，本發(fā)明確定選用 C形鐵氧體磁芯形成框架結(jié)構(gòu)，其中C形鐵氧體磁芯I和磁芯II的截面直徑是15. 5mm，相 對(duì)磁導(dǎo)率2000。線圈I、II均采用銅漆包線，用一根銅漆包線在磁芯I上繞制的線圈匝數(shù) 為5匝磁芯I 2a的兩個(gè)短邊上分別纏繞有1匝線圈I、長(zhǎng)邊上纏繞有3匝線圈I ；用兩根 銅漆包線在磁芯II上對(duì)稱繞制，共纏繞有5匝線圈II 第一根銅漆包線在磁芯II的一個(gè) 短邊上纏繞1匝線圈II、長(zhǎng)邊上纏繞2匝線圈II，第二根銅漆包線在磁芯II的另一個(gè)短邊 和長(zhǎng)邊上分別纏繞1匝線圈II ；線圈I和線圈II的匝間距為8mm均勻繞制，線圈I與屏蔽殼I的間距以及所述線圈II與屏蔽殼II的間距均為5mm。積分電路3的設(shè)計(jì)如果采用阻值極小的電阻難以加工，且受寄生電感影響較大， 因此經(jīng)計(jì)算，本裝置選擇將10只1Ω電阻并聯(lián)成0. 1Ω的積分電路，該積分電路可有效的 消除寄生電感的影響。分壓器4的設(shè)計(jì)所述分壓器4由兩個(gè)串聯(lián)的電阻構(gòu)成，其中一個(gè)電阻作為高壓臂 4a與積分電路3相連接，另一電阻作為低壓臂4b與屏蔽殼II Ib相連接，分壓器輸出端13 將測(cè)量信號(hào)輸出。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以上設(shè)計(jì)的阻尼回路電流測(cè)量裝置具有良好的屏蔽性，對(duì)換流 閥閥體內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)分布影響小，具有體積小、線性度好、可靠性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，該裝置的 測(cè)量范圍為士 300A，頻帶為40Hz 20MHz，靈敏度為10mV/kA，最大誤差為0. 48%。該測(cè)量裝置在使用時(shí)，需先通過緊固插件將整個(gè)裝置嵌套在換流閥閥層內(nèi)的晶閘 管阻尼回路導(dǎo)線上，再將換流閥的銅排插入到環(huán)形屏蔽殼1的內(nèi)環(huán)中，銅排與嵌入縫槽9中 的絕緣套墊相觸接，即可實(shí)現(xiàn)該裝置對(duì)通過敬祖管阻尼回路中電流的監(jiān)測(cè)，當(dāng)該裝置測(cè)量 的電流超過晶閘管所能承受的范圍時(shí)，便啟動(dòng)保護(hù)裝置對(duì)晶閘管進(jìn)行保護(hù)，一般流過晶閘 管阻尼回路的過電流為士5Ka，該測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得其測(cè)量范圍為士300A，可大大 延長(zhǎng)該測(cè)量裝置的使用壽命。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡 管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然 可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何 修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種高壓直流輸電晶閘管阻尼回路電流測(cè)量裝置，其安裝在換流閥閥層內(nèi)的晶閘管阻尼回路導(dǎo)線上，其特征在于該測(cè)量裝置包括由屏蔽殼I(1a)和屏蔽殼II(1b)對(duì)接而成的屏蔽殼(1)，所述屏蔽殼I(1a)內(nèi)設(shè)有纏繞著線圈I(5a)的C形鐵氧體磁芯I(2a)，所述屏蔽殼II(1b)內(nèi)設(shè)有纏繞著線圈II(5b)的C形鐵氧體磁芯II(2b)、積分電路(3)和分壓器(4)，所述積分電路輸入端和屏蔽殼II(1b)均與線圈II(5b)相連接，所述積分電路輸出端連接分壓器(4)，所述分壓器輸出端(12)將測(cè)量信號(hào)輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼回路電流測(cè)量裝置，其特征在于所述屏蔽殼I(Ia)內(nèi) 設(shè)有對(duì)磁芯I (2a)進(jìn)行固定的磁芯固定件I (6a)，屏蔽殼II (lb)內(nèi)設(shè)有對(duì)磁芯II (2b)進(jìn)行 固定的磁芯固定件II (6b)，所述磁芯I與磁芯II對(duì)接后形成一環(huán)形磁芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的阻尼回路電流測(cè)量裝置，其特征在于所述屏蔽殼(1)內(nèi)設(shè) 有緊固插件(7)，所述線圈I (5a)和線圈II (5b)分別與緊固插件(7)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的阻尼回路電流測(cè)量裝置，其特征在于所述磁芯固定件I(6a) 和磁芯固定件II (6b)為絕緣材料制成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述磁芯固定件I (6a)通過絕緣膠粘接 于屏蔽殼I(Ia)內(nèi)部，所述磁芯固定件II (6b)通過絕緣膠粘接于屏蔽殼II (lb)內(nèi)部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的阻尼回路電流測(cè)量裝置，其特征在于所述屏蔽殼I(Ia)和 屏蔽殼II (Ib)均采用C形結(jié)構(gòu)，所述屏蔽殼I(Ia)和屏蔽殼II (Ib)的開口端對(duì)接后通過 外部緊固件(8)固定成一環(huán)形屏蔽殼(1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的阻尼回路電流測(cè)量裝置，其特征在于所述屏蔽殼(1)的內(nèi) 環(huán)中線上設(shè)有縫槽(9)，在所述縫槽中嵌入有用于和被測(cè)物體絕緣隔離的絕緣套墊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的阻尼回路電流測(cè)量裝置，其特征在于所述磁芯I(2a)上繞 制的線圈I (5a)匝數(shù)為5匝，所述磁芯II (2b)上繞制的線圈II (5b)匝數(shù)為5匝，所述線圈 I (5a)和線圈II (5b)的匝間距為10mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的阻尼回路電流測(cè)量裝置，其特征在于所述積分電路(3)由 10個(gè)并聯(lián)的電阻構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的阻尼回路電流測(cè)量裝置，其特征在于所述分壓器(4)由兩 個(gè)串聯(lián)的電阻構(gòu)成，其中一個(gè)電阻作為高壓臂(4a)與積分電路(3)相連接，另一電阻作為 低壓臂(4b)與屏蔽殼II(Ib)相連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的阻尼回路電流測(cè)量裝置，其特征在于所述磁芯I(2a)和磁 芯II (2b)的截面直徑為15. 5mm，所述屏蔽殼I (Ia)和屏蔽殼II (Ib)的殼厚為3mm，所述縫 槽(9)的寬度為2mm，所述絕緣套墊的厚度為3mm，所述線圈I (5a)與屏蔽殼I的間距及所 述線圈II (5b)與屏蔽殼II的間距均為5mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高壓直流輸電晶閘管阻尼回路電流測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置包括由屏蔽殼I和屏蔽殼II對(duì)接而成的屏蔽殼，屏蔽殼I內(nèi)設(shè)有纏繞著線圈I的C形鐵氧體磁芯I，屏蔽殼II內(nèi)設(shè)有纏繞著線圈II的C形鐵氧體磁芯II、積分電路和分壓器，所述積分電路輸入端和屏蔽殼II均與線圈II相連接，所述積分電路輸出端連接分壓器，所述分壓器輸出端將測(cè)量信號(hào)輸出。該阻尼回路電流測(cè)量裝置具有良好的屏蔽性，對(duì)換流閥閥體內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)分布影響小，具有體積小、線性度好、可靠性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，該裝置的測(cè)量范圍為±300A，頻帶為40Hz～20MHz，靈敏度為10mV/kA，最大誤差為0.48％。
文檔編號(hào)G01R15/18GK101907652SQ20101021460
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者張春雨, 李成榕, 李躍, 王高勇, 程養(yǎng)春 申請(qǐng)人:中國電力科學(xué)研究院;華北電力大學(xué)