專利名稱：一種信號采集發(fā)送裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于測量測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于高壓直流輸電換流閥的信 號采集發(fā)送裝置。
背景技術(shù)：
HVDC換流閥屬吊裝結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行過電流、過電壓、非周期觸發(fā)等試驗(yàn)時(shí)，閥內(nèi)測量 閥主回路電流、阻尼回路電流、閥組件端電壓等電氣參量的傳感器，需將測得的上述電信號 經(jīng)過發(fā)射器傳至地面。由于換流閥位于高電位，閥內(nèi)電磁環(huán)境十分惡劣，傳統(tǒng)的電纜式信號 采集發(fā)送方法遇到架設(shè)、接地、外層屏蔽等瓶頸問題，不能滿足現(xiàn)場測試的需要。現(xiàn)有的信號采集發(fā)射電路首先將傳感器采集到的模擬電信號由壓控振蕩器(或 A/D轉(zhuǎn)換器)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由驅(qū)動器驅(qū)動發(fā)光管發(fā)光，完成電光轉(zhuǎn)換后經(jīng)由電纜傳給地 面的接收電路，就發(fā)射電路而言，這種方式需要比較復(fù)雜的控制電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，特別 是當(dāng)測量頻帶較高時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路異常復(fù)雜，若測量頻帶達(dá)到20MHz，則模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的 轉(zhuǎn)換速率需要達(dá)到60MSPs才能保證信號的精度，若再附加高測量精度、可變量程等要求， 其電路將更加復(fù)雜，極難實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有技術(shù)中確定上面所述閥層內(nèi)的主回路電流和阻尼回路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。 試驗(yàn)過程中，換流閥主回路中將流過數(shù)千安培的過電流，如此大的電流流經(jīng)晶閘管時(shí)，可能 會燒毀晶閘管，存在極大的安全隱患。因此，迫切需要能夠置入換流閥閥層內(nèi)的主回路及阻 尼回路的電流測量裝置。現(xiàn)有技術(shù)中測量上面所述閥組件端電壓通常采用阻容并聯(lián)分壓原理測得，其等效 電路如圖1所示，其特點(diǎn)在于R1A2 = C2ZC1時(shí)，阻容分壓器不受頻帶限制，可以從直流到很 高的頻率，電容與電阻之間不必配合。由于被測電壓達(dá)到數(shù)萬伏，分壓器的高壓臂電阻和電 容不但需要考慮絕緣、散熱和防止電暈等一系列問題，而且需要考慮對被測電路產(chǎn)生的影 響，因而往往需要采用很大的高壓臂電阻(如10ΜΩ)和極小的高壓臂電容(如0. 5pF)，以 減小對被測電路的影響、減小分壓器的功率，但極小的高壓臂電容極難獲得。國內(nèi)西安交通 大學(xué)的趙中原、方志等人研制了一種如圖2所示的電壓測量裝置，該裝置的高壓臂45置于 有機(jī)玻璃罩42中，有機(jī)玻璃罩42外套有一鋁罩46，鋁罩的外側(cè)設(shè)有低壓電極引線端44，高 壓臂的左端連接高壓電極引線端41、右端連接低壓臂47，通過連接在低壓臂右端的測量引 出線48將測量信號輸出，其中高壓臂45的外部帶有傘形屏蔽環(huán)43，低壓臂47為圓筒狀。 該裝置研究了高壓臂屏蔽環(huán)43的直徑、深度、角度等參數(shù)對分壓器性能的影響，并做了優(yōu) 化設(shè)計(jì)。但由于該裝置中的高壓臂屬油浸式結(jié)構(gòu)，會產(chǎn)生易漏油、維護(hù)困難、體積大的缺陷， 高壓臂上的電壓分布仍不均勻，高壓臂上的電壓分布如圖3所示。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種體積小、測量范圍廣、誤差小、靈敏度 高、穩(wěn)定可靠的用于高壓直流輸電換流閥的信號采集發(fā)送裝置。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出了一種用于高壓直流輸電換流閥的信號采 集發(fā)送裝置，包括通過發(fā)射器探針相連接的傳感器和發(fā)射器，所述發(fā)射器包括封裝在屏蔽 殼IV內(nèi)的發(fā)光管、放大器和供電單元，所述供電單元同時(shí)與發(fā)光管和放大器相連接，所述 放大器與發(fā)光管相連，所述屏蔽殼IV上設(shè)有電池充電口，所述屏蔽殼IV的蓋子上設(shè)有一絕 緣支柱，所述絕緣支柱內(nèi)芯設(shè)有一發(fā)射器探針。其中，所述傳感器采用電流測量裝置，該電流測量裝置包括由屏蔽殼I和屏蔽殼 II對接而成的屏蔽殼，所述屏蔽殼I內(nèi)設(shè)有纏繞著線圈I的磁芯I，所述屏蔽殼II內(nèi)設(shè)有 纏繞著線圈II的磁芯II、積分電路、分壓器、彈片結(jié)構(gòu)，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，所述分壓器輸出端連接一彈片結(jié)構(gòu)， 所述彈片由彈簧和銅片組成，所述屏蔽殼II的端蓋上設(shè)有一供絕緣支柱穿過的通孔。其中，所述磁芯I和磁芯II均采用U形或C形鐵氧體磁芯，所述屏蔽殼I內(nèi)設(shè)有 對磁芯I進(jìn)行固定的磁芯固定件I，屏蔽殼II內(nèi)設(shè)有對磁芯II進(jìn)行固定的磁芯固定件II。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I和磁芯II上分別套設(shè)有絕緣支撐。其中，所述屏蔽殼I和屏蔽殼II均采用U形或C形結(jié)構(gòu)，所述屏蔽殼I和屏蔽殼 II的開口端對接后通過外部緊固件固定成一環(huán)形屏蔽殼，該環(huán)形屏蔽殼的內(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物體絕緣隔離的絕緣套墊。其中，所述傳感器采用電壓測量裝置，該測量裝置包括由上至下依次連接的上圓 板電極、高壓臂電阻、下圓板電極和低壓臂，所述上圓板電極、高壓臂電阻和下圓板電極組 成工型對稱圓板電極結(jié)構(gòu)，所述高壓臂電阻與上、下圓板電極之間的空間電容作為高壓臂 電容，所述高壓臂電阻的上端設(shè)有高壓引線端、其下端套設(shè)有絕緣墊套，所述下圓板電極通 過絕緣墊套與高壓臂電阻進(jìn)行絕緣連接，所述低壓臂包括帶有圓筒形屏蔽殼III以及置于 屏蔽殼III內(nèi)的電路板和彈片結(jié)構(gòu)，所述屏蔽殼III固接在下圓板電極的下端，所述電路板 的上端通過引線與高壓臂電阻的底端連接，所述電路板的下端與彈片結(jié)構(gòu)相連，所述彈片 結(jié)構(gòu)由彈簧和銅片組成，所述屏蔽殼III的下端蓋上設(shè)有一供絕緣支柱穿過的通孔。其中，所述電路板上封裝有相互并聯(lián)的低壓臂電阻和低壓臂電容。其中，所述低壓臂電阻采用四個(gè)貼片電阻，低壓臂電容采用四個(gè)電容，每個(gè)貼片電 阻均與一個(gè)電容并聯(lián)成四組阻容結(jié)構(gòu)，所述四組阻容結(jié)構(gòu)相互并聯(lián)且對稱分布在圓盤式電 路板上。其中，所述發(fā)光管的型號為HFBR-1414，所述放大器采用AD812芯片，所述供電單 元包括電源和保護(hù)電路，所述電源由兩只鋰電池串聯(lián)而成進(jìn)行供電。本實(shí)用新型的有益效果在于該信號采集發(fā)送裝置的可靠性高、穩(wěn)定性好、操作簡 單、維護(hù)安裝方便，此外還具有體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，可滿足各種高壓領(lǐng)域內(nèi)的需求。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中阻容分壓器的等效電路圖；[0019]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中閥組件電壓測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，41-高壓電機(jī)引線 端，42-有機(jī)玻璃罩，43-屏蔽環(huán)，44-低壓電極引線端，45-高壓臂，46-鋁罩，47-低壓臂， 48-測量引出線；圖3是圖2所示測量裝置中高壓臂電阻上的電壓分布圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例1中信號采集發(fā)送裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是電壓測量裝置的等效電路圖；圖6是高壓臂電阻上的電壓分布圖；圖7是低壓臂電阻和低壓臂電容在電路板上的連接示意圖；圖8是自積分式Rogowski線圈等效電路圖；圖9是實(shí)施例2中電流測量裝置的安裝位置示意圖；圖10是實(shí)施例2中信號采集發(fā)送裝置的外形圖；圖11是實(shí)施例2中信號采集發(fā)送裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是實(shí)施例3中信號采集發(fā)送裝置的安裝位置示意圖；圖13是實(shí)施例3中信號采集發(fā)送裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖14是放大器的電路原理圖；圖中，11-屏蔽殼，Ila-屏蔽殼I，lib-屏蔽殼II，12a_磁芯I，12b_磁芯II，13-積 分電路，14-分壓器，14a-高壓臂，14b-低壓臂，15a-線圈I，15b_線圈II，16a-磁芯固定 件I，16b-磁芯固定件II，17-緊固插件，17a-插針，17b_插槽，18-外部緊固件，19-縫槽， 110-絕緣支撐，111-彈簧，112-端蓋，113-分壓器輸出端，114-銅片；21-上圓板電極，22-高壓臂電阻，23-下圓板電極，24-高壓引線端，25-電路板， 26-低壓臂電阻，27-低壓臂電容，28-屏蔽殼III，29-絕緣墊套，210-下端蓋；3-發(fā)射器，31-屏蔽殼IV，32-發(fā)光管，33-放大器，34-供電單元，35-電池充電口， 36-電源開關(guān)，37-蓋子，4-發(fā)射器探針，5-絕緣支柱。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的信號采集發(fā)送裝置做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。實(shí)施例1本例中所述的用于高壓直流輸電換流閥的信號采集發(fā)送裝置包括通過發(fā)射器探 針4相連接的傳感器和發(fā)射器3，該發(fā)射器探針4通過絕緣支柱5安裝在發(fā)射器3的屏蔽殼IV 的蓋子37上，發(fā)射器探針4的上端頂壓銅片114、其下端與發(fā)射器3中的放大器33相連接。(一 )傳感器本例中的傳感器采用電壓測量裝置，如圖4所示，該電壓測量裝置包括由上至下 依次連接的上圓板電極21、高壓臂電阻22、下圓板電極23和低壓臂，所述上圓板電極21、 高壓臂電阻22和下圓板電極23組成工型對稱結(jié)構(gòu)。高壓臂電阻的上端設(shè)有一高壓引線端 24、其下端套設(shè)有絕緣墊套29，下圓板電極23通過絕緣墊套29與高壓臂電阻22進(jìn)行絕緣 連接，高壓臂電阻22的下端通過引線與低壓臂內(nèi)的電路板相連接，電路板下端與設(shè)在屏蔽 殼III 28內(nèi)的彈簧111相連，彈簧的下端連接一銅片114，最后將下端蓋210封閉。屏蔽殼 III 28的下端蓋210上設(shè)有一供絕緣支柱5穿過的通孔，發(fā)射器探針4的上端頂壓在銅片 114上，并將彈簧111壓緊，該銅片的設(shè)置是為了增加彈簧111與發(fā)射器探針4的接觸面積。
6[0040]該測量裝置基于阻容并聯(lián)分壓原理，采用工型對稱式圓板電極結(jié)構(gòu)，其示意圖和 等效電路如圖4和圖5所示，寬大的上圓板電極21和下圓板電極23增大了其與高壓臂電阻 22之間的電容，補(bǔ)償了高壓臂電阻的對地電容，從而使得高壓臂電阻上的電壓分布均勻，巧 妙利用高壓臂電阻22與上、下圓板電極21、23的空間電容Cll、C12作為高壓電容，從而獲 得約0. 3pF的高壓臂電容，解決了極難獲取極小電容的難題。高壓臂電阻22選用柱狀玻璃膜釉電阻，其阻值10ΜΩ、極限電壓75kV、容量75W、長 期耐受最高工頻電壓(有效值)為27. 4kV、有效絕緣長度200mm、直徑25mm、溫度系數(shù)小于 150X10_6/°C。高壓臂電阻暴露在空氣中，電阻沿面閃絡(luò)電壓(峰值)為60kV，因此，不會 發(fā)生電阻內(nèi)部擊穿和沿面閃絡(luò)，安全可靠。對于50kV沖擊電壓，電阻上的功耗為12. 5mJ，無 需特殊設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)，維護(hù)方便。上、下圓板電極設(shè)計(jì)成厚度為5mm，直徑為IOOmm的不銹鋼 圓盤，且其邊緣加工成弧形，下圓板電極23通過一直徑40mm、厚15mm的絕緣墊套29與高壓 電阻銜接，該絕緣墊套29套設(shè)于高壓臂電阻22的下部。經(jīng)計(jì)算，上述結(jié)構(gòu)的工頻擊穿電壓 (峰值)為68kV，試驗(yàn)過程中不會出現(xiàn)電暈放電。如圖6所示，采用上述設(shè)計(jì)的測量裝置在 50kV的沖擊電壓下，高壓臂電阻上各點(diǎn)的電壓分布十分均勻。低壓臂包括帶有下端蓋210的屏蔽殼III 28以及置于屏蔽殼III內(nèi)的電路板25、 彈簧111和銅片114，該電路板上封裝有相互并聯(lián)的低壓臂電阻26和低壓臂電容27。本例 中的低壓臂電阻26設(shè)計(jì)為300 Ω，由4只1. 2k Ω貼片電阻并聯(lián)而成，對稱封裝在圓盤式電 路板25上，消除了寄生電感的影響。低壓臂電容27設(shè)計(jì)成10000pF、1000pF、100pF、20pF 四只電容的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，亦對稱封裝在圓盤式電路板上，以分散電容電流并克服大電容測量 頻帶較低的缺點(diǎn)。如圖7所示，封裝在電路板25上的低壓臂電阻26和低壓臂電容27的最 佳結(jié)構(gòu)為將每個(gè)1.2kQ的貼片電阻分別與一個(gè)低壓臂電容27并聯(lián)形成四組阻容結(jié)構(gòu)，然 后再將這四組阻容結(jié)構(gòu)相互并聯(lián)并對稱封裝在圓盤式電路板25上。采用上述圖7所示結(jié) 構(gòu)，可使得該測量裝置所輸出的電壓恰好滿足后端接收器(用于接收該裝置所發(fā)信號)的 輸入電壓士 1. 5V。此外，本裝置設(shè)計(jì)了厚2mm、直徑40mm的低壓端不銹鋼圓筒型屏蔽殼III 28，該屏 蔽殼避免了外界電磁干擾對芯片電路的影響，確保了輸出信號的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，所述電 路板25可選用PCB板。該屏蔽殼III 28的底端帶有一下端蓋210，在安裝時(shí)先開啟下端 蓋，將電路板25和彈片結(jié)構(gòu)置于屏蔽殼III 28中且通過引線將電路板25與高壓臂底端相 連，最后將下端蓋210封閉即可。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用上述結(jié)構(gòu)的高壓直流輸電閥組件電壓測量裝置具有體積小、可 靠性高、穩(wěn)定性好、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)，其測量范圍可達(dá)士50kV，頻帶0 10MHz，實(shí)測分壓比 33464 1，測量最大誤差為2. 48%，完全能夠滿足換流閥試驗(yàn)的測量需要。( 二)發(fā)射器如圖4所示，本例中的發(fā)射器的外形為40mmX25mmX30mm的長方體屏蔽殼IV 31， 其內(nèi)部封裝有發(fā)光管32、放大器33和供電單元34，供電單元同時(shí)為發(fā)光管和放大器供電， 放大器33接收通過發(fā)射器探針4傳來的模擬電信號并對該電信號加以功率放大，并疊加上 直流偏置，使發(fā)光管32發(fā)光；直流偏置向發(fā)光管32提供直流電流，使發(fā)光管32處于線性工 作范圍的中心點(diǎn)，與信號對應(yīng)的電流波形疊加在偏置電流上，使光強(qiáng)發(fā)生變化。屏蔽殼IV 31 采用純紫銅制作，40mm的圓筒形，殼厚3mm，可以將閥內(nèi)復(fù)雜的電磁
7干擾屏蔽掉。為了防止電暈放電，該屏蔽殼IV的外側(cè)邊角進(jìn)行倒圓處理。發(fā)射器外殼上預(yù) 留有電池充電口 35，方便對鋰電池充電。屏蔽殼IV上端的蓋子37上安裝一絕緣支柱5，在 絕緣支柱的內(nèi)芯處插入一發(fā)射器探針4，絕緣支柱的上端穿過設(shè)置在屏蔽殼III 28下端蓋 210上的通孔，該絕緣支柱5的設(shè)置是為了使發(fā)射器探針4與下端蓋210和蓋子37相絕緣， 該發(fā)射器探針4的下端與屏蔽殼IV內(nèi)的放大器33相連接、其上端伸入屏蔽殼III內(nèi)頂壓 在銅片114上，將彈簧111壓緊。發(fā)光管32 本例中采用HFBR-1414型發(fā)光管，其發(fā)光效率高、可靠性好。由 HFBR-1414的伏-安特性可知，HFBR-1414的正向?qū)妷号c電流在20mA IOOmA之間保 持良好的線性關(guān)系。因此，該發(fā)光管的最佳工作范圍為20mA 100mA，中心工作點(diǎn)為60mA， 對應(yīng)的工作電壓為1. 5V 1. 85V，中心工作電壓約為1. 7V。另外，該發(fā)光管在無預(yù)先偏置 的情況下，上升時(shí)間為4ns，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足被測信號的要求。放大器33 由于發(fā)光管驅(qū)動電流為20mA 100mA，考慮到被測信號有正負(fù)極性， 因而將發(fā)光管的零輸入工作點(diǎn)選為60mA，使其對正信號和負(fù)信號具有相同的量程。如此 大的電流會影響用于測量電信號的傳感器的工作特性，而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出電壓傳感器的負(fù)載能 力。因此，放大器成為必需部件，放大器33的電路結(jié)構(gòu)如圖14所示，其作用在于對電信號 進(jìn)行功率放大，且提供直流偏置，并將發(fā)光管與用于測量電信號的傳感器隔離開。綜合考慮 頻率、功耗、輸入阻抗、輸出功率、供電等多方因素，本發(fā)明選用AD812芯片對放大器進(jìn)行設(shè) 計(jì)，放大器33對電信號進(jìn)行功率放大且提供直流偏置。經(jīng)計(jì)算，放大器限流電阻為7. 8Ω， 輸入電壓范圍為士 1.5V。供電單元34:包括電源和保護(hù)電路，電源由兩只3. 7V、容量為1380mAh的可 充電手機(jī)鋰電池串聯(lián)進(jìn)行供電，保護(hù)電路采用精工電子有限公司(SII)生產(chǎn)的、型號為 S-8232NTFT-T2-G的保護(hù)芯片，該芯片用于對通過電源的電壓進(jìn)行過充電、過放電及過電流 保護(hù)，通過電源開關(guān)36來控制電源的通斷。實(shí)施例2本例所述裝置的結(jié)構(gòu)、連接方式和工作原理基本同于實(shí)施例2，唯有不同之處在 于(一 )傳感器本發(fā)明所述的傳感器采用電流測量裝置，該電流測量裝置通過發(fā)射器探針4與發(fā) 射器3中的放大器33相連接，該發(fā)射器探針4通過絕緣支柱5安裝在發(fā)射器3的屏蔽殼IV 的蓋子37上，發(fā)射器探針4的左端頂壓在銅片114將彈簧111壓緊、其右端與發(fā)射器3中 的放大器33相連接。如圖9所示，該電流測量裝置安裝在換流閥閥層內(nèi)的主回路矩形銅排上，因此外 形設(shè)計(jì)成對口式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)體積小，安裝方便。該測量主回路電流的電流測量裝置1采用自積分式Rogowski線圈原理，其等效電 路如圖1所示，在環(huán)繞被測電流的骨架上繞制線圈Ltl，則線圈兩端會感應(yīng)出與被測電流的導(dǎo) 數(shù)di/dt成正比的感應(yīng)電勢e (t)，感應(yīng)電勢被線圈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10、11所示，該電流測量裝置主要包括A、B兩部分[0058]A部分主要包括U形屏蔽殼I Ila和U形磁芯I 12a。屏蔽殼I Ila內(nèi)對稱分布 有用于固定磁芯I 12a的兩個(gè)磁芯固定件I 16a和兩個(gè)絕緣支撐110，磁芯固定件I 16a和 絕緣支撐110通過絕緣膠粘接于屏蔽殼I Ila內(nèi)，在磁芯固定件I 16a的前面并排設(shè)置有 一緊固插件17，緊固插件由插針17a和插槽17b組成，本例中緊固插件的插針17a通過絕緣 膠粘接于屏蔽殼I Ila內(nèi)；用一根銅漆包線繞設(shè)在磁芯I 12a上，繞制后磁芯I 12a上纏繞 的線圈I 15a均勻分布。開啟屏蔽殼I左側(cè)的端蓋112，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)長邊依次穿過絕緣支撐110和磁芯固定件I 16a，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17a相連接，再將屏蔽殼I左 側(cè)的端蓋112封閉。B部分主要包括U形屏蔽殼II llb、U形磁芯II 12b、積分電路13和分壓器14。屏 蔽殼II lib內(nèi)對稱分布有用于固定磁芯I的兩個(gè)磁芯固定件II 16b和兩個(gè)絕緣支撐110， 磁芯固定件II 16b和絕緣支撐110通過絕緣膠粘接與屏蔽殼II lib內(nèi)，本例中緊固插件 的插槽17b通過絕緣膠粘接于屏蔽殼II lib內(nèi)；用兩根銅漆包線對稱繞設(shè)在磁芯II 12b 上，繞制后磁芯II 12b上纏繞的線圈II 15b均勻分布。開啟屏蔽殼II右側(cè)的端蓋112，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)長邊依次穿過絕緣支撐 110和磁芯固定件II 16b，將兩根銅漆包線首端的兩個(gè)線圈II接頭分別與兩個(gè)插槽17b相 連接，再將兩根銅漆包線末端的兩個(gè)線圈Π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14a，分壓器的低壓臂14b與屏蔽殼II的端蓋相 連，分壓器輸出端113與彈簧111的前端相連，彈簧的后端連接一銅片114，最后將端蓋112 封閉。屏蔽殼II的右側(cè)端蓋112上設(shè)有一供絕緣支柱5穿過的通孔，發(fā)射器探針4的左端 頂壓在銅片114上將彈簧111壓緊，該銅片的設(shè)置是為了增加彈簧111與發(fā)射器探針4的 接觸面積。屏蔽殼I Ila和屏蔽殼II lib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11的內(nèi)環(huán)中線上開有一圈縫槽19，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，先在 屏蔽殼I和屏蔽殼II的縫槽19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兩部分嵌套在主回路矩形銅排上，將緊固插件的插針7a插入插槽7b中，對 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18將A、B兩部分扣緊即可?？?緊后，屏蔽殼I和屏蔽殼II對接后形成一環(huán)形屏蔽殼11，磁芯I和磁芯II對接后形成一 環(huán)形磁芯?？p槽19的作用在于一是保證屏蔽殼內(nèi)的線圈能夠很好的耦合主回路電流激發(fā) 的磁場；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II16a 和磁芯固定件II 16b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)該測量裝置設(shè)計(jì)頻帶為40Hz 6MHz，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U形鐵氧體磁芯形成框架結(jié)構(gòu)，其中磁芯I和磁芯II的截面直徑是15. 5mm，相對磁導(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34匝磁芯I的兩個(gè)長邊上分別纏繞有14匝線圈I、短邊上纏繞有6匝線圈I ；用兩根銅漆包線在磁 芯II上對稱繞制，共纏繞有26匝線圈II 第一根銅漆包線在磁芯II的一個(gè)長邊上纏繞10 匝線圈II、短邊上纏繞3匝線圈II，第二根銅漆包線在磁芯II 2b的另一個(gè)長邊上纏繞10 匝線圈II、短邊上纏繞3匝線圈II ；線圈I 115a和線圈II 115b均朝同一方向進(jìn)行繞制， 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的間距以及線圈II與屏蔽 橋II的間距均為5mm。積分電路13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0.1 Ω電阻并聯(lián)成0.01 Ω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14的設(shè)計(jì)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 14a與積分電路13相連接，另一電阻作為低壓臂14b與屏蔽殼II相連接。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以上設(shè)計(jì)的主回路電流測量裝置具有良好的屏蔽性，對換流閥 閥體內(nèi)的場強(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)，該裝置頻帶 為40Hz 6MHz，靈敏度為150mV/kA，最大誤差為1. 22%。采用上述結(jié)構(gòu)的電流測量裝置測 量范圍為士 10kA，可使測量量程足夠?qū)挘軡M足實(shí)際測量需求。如圖11所示，屏蔽殼IV上端的蓋子37上安裝一絕緣支柱5，在絕緣支柱的內(nèi)芯處 插入一發(fā)射器探針4，絕緣支柱的左端穿過設(shè)置在屏蔽殼II右側(cè)端蓋112上的通孔，發(fā)射器 探針4的右端與屏蔽殼IV內(nèi)的放大器33相連接、其左端伸入屏蔽殼II lib內(nèi)頂壓在銅片 114上，將彈簧111壓緊。。實(shí)施例3本例所述裝置的結(jié)構(gòu)、連接方式和工作原理基本同于實(shí)施例2，唯有不同之處在 于(一 )傳感器本發(fā)明所述的傳感器采用電流測量裝置，該電流測量裝置通過發(fā)射器探針4與發(fā) 射器的放大器相連接，該發(fā)射器探針4通過絕緣支柱5安裝在發(fā)射器3的屏蔽殼IV的蓋子 37上，發(fā)射器探針4的左端頂壓在銅片114上將彈簧111壓緊、其右端與發(fā)射器3中的放大 器33相連接。如圖12所示，本發(fā)明的電流測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)成對口式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)體積小，安裝方便。如圖13所示，該電流測 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 Ila和C形磁芯I 12a。屏蔽殼I Ila內(nèi)設(shè)有兩個(gè) 用于固定磁芯I 2a的磁芯固定件I 16a，該磁芯固定件I通過絕緣膠對稱粘接于屏蔽殼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17，緊固插件由插針17a和插槽17b 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 Ila內(nèi)；用一根銅漆包線繞設(shè) 在磁芯I 12a上，繞制后磁芯I 12a上纏繞的線圈I 15a均勻分布。開啟屏蔽殼I左側(cè)的 端蓋112，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 16a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17a相連接，再將屏蔽殼I左側(cè)的端蓋112封閉。B部分主要包括C形屏蔽殼II lib、C形磁芯II 12b、積分電路13和分壓器14。 屏蔽殼II Ib內(nèi)設(shè)有兩個(gè)用于固定磁芯I 12a的兩個(gè)磁芯固定件II 16b，該磁芯固定件II通過絕緣膠對稱粘接與屏蔽殼II lib內(nèi)，本例中緊固插件的插槽17b通過絕緣膠粘接于屏 蔽殼II lib內(nèi)；用兩根銅漆包線對稱繞設(shè)在磁芯II 12b上，繞制后磁芯II 12b上纏繞的 線圈II 15b均勻分布。開啟屏蔽殼II右側(cè)的端蓋112，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 16b，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17b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 14a，分壓器的低壓臂14b與屏蔽殼II的端蓋相連，分壓器輸出端113與彈簧111的前端相 連，彈簧的后端連接一銅片114，最后將端蓋112封閉。屏蔽殼II的右側(cè)端蓋112上設(shè)有一 供絕緣支柱5穿過的通孔，發(fā)射器探針4的左端頂壓在銅片114上將彈簧111壓緊，該銅片 的設(shè)置是為了增加彈簧111與發(fā)射器探針4的接觸面積。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11的內(nèi)環(huán)中線上開有一圈縫槽19，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，先在屏蔽 殼I和屏蔽殼II的縫槽19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17a插入插槽17b中， 對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18將A、B兩部分扣緊即可。 扣緊后，屏蔽殼I和屏蔽殼II對接后形成一環(huán)形屏蔽殼11，磁芯I和磁芯II對接后形成 一環(huán)形磁芯?？p槽19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；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 II16a和磁芯固定件II 16b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、長邊上纏繞有3匝線圈I ；用兩根 銅漆包線在磁芯II上對稱繞制，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13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1 Ω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14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。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以上設(shè)計(jì)的阻尼回路電流測量裝置具有良好的屏蔽性，對換流 閥閥體內(nèi)的場強(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11的內(nèi)環(huán)中，銅排與嵌入縫槽19 中的絕緣套墊相觸接，即可實(shí)現(xiàn)該裝置對通過敬祖管阻尼回路中電流的監(jiān)測，當(dāng)該裝置測 量的電流超過晶閘管所能承受的范圍時(shí)，便啟動保護(hù)裝置對晶閘管進(jìn)行保護(hù)，一般流過晶 閘管阻尼回路的過電流為士5Ka，該測量裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得其測量范圍為士300A，可大 大延長該測量裝置的使用壽命。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對其限 制，盡管參照上述實(shí)施例對本實(shí)用新型進(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) 理解依然可以對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本實(shí)用新 型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種信號采集發(fā)送裝置，其特征在于該裝置包括通過發(fā)射器探針相連接的傳感器 和發(fā)射器(3)，所述發(fā)射器包括封裝在屏蔽殼IV(31)內(nèi)的發(fā)光管(32)、放大器(33)和供電 單元(34)，所述供電單元(34)同時(shí)與發(fā)光管(32)和放大器(33)相連接，所述放大器(33) 與發(fā)光管(32)相連，所述屏蔽殼IV上設(shè)有電池充電口(35)，所述屏蔽殼IV的蓋子(37)上 設(shè)有一絕緣支柱(5)，所述絕緣支柱內(nèi)芯設(shè)有一發(fā)射器探針(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號采集發(fā)送裝置，其特征在于所述傳感器采用電流測量 裝置，該電流測量裝置包括由屏蔽殼I(Ila)和屏蔽殼II(Ilb)對接而成的屏蔽殼(11)，所 述屏蔽殼I (Ila)內(nèi)設(shè)有纏繞著線圈I (15a)的磁芯I (12a)，所述屏蔽殼II (lib)內(nèi)設(shè)有纏 繞著線圈II (15b)的磁芯II (12b)、積分電路(13)、分壓器(14)、彈片結(jié)構(gòu)，所述積分電路輸 入端和屏蔽殼II (lib)均與線圈II (15b)相連接，所述積分電路輸出端連接分壓器(14)，所 述分壓器輸出端(113)連接一彈片結(jié)構(gòu)，所述彈片由彈簧(111)和銅片(114)組成，所述屏 蔽殼II的端蓋(112)上設(shè)有一供絕緣支柱(5)穿過的通孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信號采集發(fā)送裝置，其特征在于所述磁芯I(12a)和磁芯 II (12b)均采用U形或C形鐵氧體磁芯，所述屏蔽殼I(Ila)內(nèi)設(shè)有對磁芯I(12a)進(jìn)行固 定的磁芯固定件I (16a)，屏蔽殼II (lib)內(nèi)設(shè)有對磁芯II (12b)進(jìn)行固定的磁芯固定件 II(16b)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信號采集發(fā)送裝置，其特征在于所述屏蔽殼(11)內(nèi)設(shè)有緊 固插件(17)，所述線圈I (15a)和線圈II (15b)分別與緊固插件(17)相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的信號采集發(fā)送裝置，其特征在于所述磁芯I(2a)和磁芯 II (2b)上分別套設(shè)有絕緣支撐(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的信號采集發(fā)送裝置，其特征在于所述屏蔽殼I(Ila)和屏蔽 殼II(Ilb)均采用U形或C形結(jié)構(gòu)，所述屏蔽殼I(Ila)和屏蔽殼II(Ilb)的開口端對接后 通過外部緊固件(18)固定成一環(huán)形屏蔽殼(11)，該環(huán)形屏蔽殼(11)的內(nèi)環(huán)中線上設(shè)有縫 槽(19)，在所述縫槽(19)中嵌入有用于和被測物體絕緣隔離的絕緣套墊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號采集發(fā)送裝置，其特征在于所述傳感器采用電壓測量 裝置，該測量裝置包括由上至下依次連接的上圓板電極(21)、高壓臂電阻(22)、下圓板電 極(23)和低壓臂，所述上圓板電極(21)、高壓臂電阻(22)和下圓板電極(23)組成工型對 稱圓板電極結(jié)構(gòu)，所述高壓臂電阻(22)與上、下圓板電極(21、23)之間的空間電容作為高 壓臂電容，所述高壓臂電阻的上端設(shè)有高壓引線端(24)、其下端套設(shè)有絕緣墊套(29)，所 述下圓板電極(23)通過絕緣墊套(29)與高壓臂電阻(22)進(jìn)行絕緣連接，所述低壓臂包括 帶有圓筒形屏蔽殼III (28)以及置于屏蔽殼III內(nèi)的電路板(25)和彈片結(jié)構(gòu)，所述屏蔽殼 III固接在下圓板電極的下端，所述電路板的上端通過引線與高壓臂電阻的底端連接，所述 電路板的下端與彈片結(jié)構(gòu)相連，所述彈片結(jié)構(gòu)由彈簧(111)和銅片(114)組成，所述屏蔽殼 III的下端蓋(210)上設(shè)有一供絕緣支柱(5)穿過的通孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的信號采集發(fā)送裝置，其特征在于所述電路板(25)上封裝有 相互并聯(lián)的低壓臂電阻(26)和低壓臂電容(27)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的信號采集發(fā)送裝置，其特征在于所述低壓臂電阻(26)采用 四個(gè)貼片電阻，低壓臂電容(27)采用四個(gè)電容，每個(gè)貼片電阻均與一個(gè)電容并聯(lián)成四組阻 容結(jié)構(gòu)，所述四組阻容結(jié)構(gòu)相互并聯(lián)且對稱分布在圓盤式電路板(25)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號采集發(fā)送裝置，其特征在于所述發(fā)光管(32)的型號 為HFBR-1414，所述放大器(33)采用AD812芯片，所述供電單元(34)包括電源和保護(hù)電路， 所述電源由兩只鋰電池串聯(lián)而成進(jìn)行供電。
專利摘要本實(shí)用新型屬于測量測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于高壓直流輸電換流閥的信號采集發(fā)送裝置，包括通過發(fā)射器探針相連的傳感器和發(fā)射器，所述傳感器采用電流測量裝置或電壓測量裝置，所述發(fā)射器包括封裝在屏蔽殼IV內(nèi)的發(fā)光管、放大器和供電單元，所述供電單元同時(shí)為發(fā)光管和放大器供電，所述傳感器將其測得的電信號傳給發(fā)射器中的放大器加以功率放大、并疊加上直流偏置，使發(fā)光管發(fā)光。該信號采集發(fā)送裝置的可靠性高、穩(wěn)定性好、操作簡單、維護(hù)安裝方便，此外還具有體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，可滿足各種高壓領(lǐng)域的需求。
文檔編號G01R19/00GK201780683SQ20102024336
公開日2011年3月30日 申請日期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, 李躍, 王高勇 申請人:中國電力科學(xué)研究院;華北電力大學(xué)