專利名稱：一種特高壓電暈電流取樣電阻傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種取樣電阻傳感器，特別是關于一種用于測量特高壓輸電線路中的直流電暈電流的取樣電阻傳感器。
背景技術：
為了滿足用電負荷增長、改善電網(wǎng)結構、實施“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略，發(fā)展特高壓電網(wǎng)勢在必行。特高壓輸電是在超高壓輸電的基礎上發(fā)展起來的，可以實現(xiàn)遠距離、大容量傳輸電能，適合大區(qū)電網(wǎng)非同步互聯(lián)，具有線路造價低，功率損耗小等優(yōu)點。 這其中，輸電線路的電暈損失研究是特高壓直流輸變電工程的關鍵技術之一，而電暈電流則是表征線路中電暈放電情況最直接的參數(shù)，而其測量方法對于特高壓輸電電磁環(huán)境、外絕緣和設備電暈特性的研究具有重要意義。針對高壓電暈的測量問題，目前有電橋電路法、 耦合天線法、功率表法以及電阻取樣法等多種方法電橋電路法該方法能夠在極低的功率因數(shù)下測定損失值。由于電暈損失的連續(xù)變化，需要電橋能夠自動平衡。但是，基于電橋電路法測量高壓電暈操作不便，對人身和設備安全存在著一定隱患，很難在不同氣候條件下，實現(xiàn)長時間在線測量。耦合天線法該方法是將五根30 38米長的天線平行安置在導線之下，用特殊電子系統(tǒng)接收天線中感應電壓，并根據(jù)感應電壓確定電暈損失值。由于該方法采用反向推算的思路，因此影響測量結果的因素較多，精度難以保障，而且不易實現(xiàn)波形的測量，并且由于耦合天線法的測量設備體積龐大，很難實現(xiàn)多點同步測量。功率表法該法是在有若干種功率表電路的條件下，測量超(高)壓線路上電暈損失的典型方法。但是由于該測量的靈活性較差，只能用于測量平均值或有效值，不能測量電暈電流的瞬態(tài)波形，并且實現(xiàn)多點同步測量有較大的困難。電阻取樣法它可以在一定頻率范圍內(nèi)測量電暈電流。其中，取樣電阻傳感器用于獲取寬頻域電暈電流波形信號，是準確地實現(xiàn)電暈電流波形測量的基礎。但現(xiàn)有取樣電阻傳感器的測量頻帶較窄，一般低于2MHz，最高不超過4. 5MHZ。而且在現(xiàn)有技術中，采用單個無感電阻作為采樣電阻，未考慮分布電容對電暈電流測量結果的影響。但是，已有科學研究表明，電暈信號范圍覆蓋從低頻到高頻很寬的頻帶，上限可以達到30MHz?，F(xiàn)有電暈電流取樣傳感器，已經(jīng)不能滿足研究無線電通訊干擾等電磁環(huán)境的實際需要，高頻帶信息的缺失給完整分析和理解電暈現(xiàn)象帶來較大的障礙。同時，現(xiàn)有電暈電流測量系統(tǒng)的應用電壓范圍一般低于500KV，最高不超過1000KV，因此無法在特高壓輸電線路中應用。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種測量結果準確、具有強抗電擊穿性能的特高壓直流電暈電流取樣電阻傳感器。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案一種特高壓直流電暈電流取樣電阻傳感器，它包括一圓筒型的取樣電阻、一絕緣管、兩絕緣法蘭盤、兩均壓環(huán)、兩金屬法蘭盤和一分流電阻；取樣電阻的中空處穿設絕緣管，絕緣管的兩端分別固定連接一絕緣法蘭盤； 兩均壓環(huán)分別通過設置在其中心部位的一金屬法蘭盤固定在兩絕緣法蘭盤上；金屬法蘭盤的一端通過屏蔽導線連接在需要測量電暈電流的特高壓輸電線路中，另一端通過屏蔽導線連接取樣電阻的一端，取樣電阻的另一端通過屏蔽導線連接至另一金屬法蘭盤；取樣電阻通過屏蔽導線與分流電阻并聯(lián)；分流電阻設置在絕緣管內(nèi)部。所述絕緣管采用PE材料制成。所述絕緣管的兩端與絕緣法蘭盤的固定方式均采用熱熔焊接。所述取樣電阻包括一組以上低感分裂電阻束，分裂電阻束包括若干個相互并聯(lián)的分裂電阻。相鄰兩組所述分裂電阻束之間通過一雙頭金屬屏蔽環(huán)串連連接，位于端部的兩組分裂電阻束的靠外端分別設置一單頭金屬屏蔽環(huán)。所述雙頭金屬屏蔽環(huán)和單頭金屬屏蔽環(huán)采用金屬鋁制成。所述分裂電阻以圓環(huán)式均勻分布。本發(fā)明由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點1、由于本發(fā)明采用的取樣電阻的阻值遠小于頻率信號為30MHZ時整個裝置的分布容抗，因此被測電暈電流信號中30MHZ 以內(nèi)的高頻分量不會被旁路，使得測量頻帶可以達到30MHZ，從而有效地保證了被測信號的完整性。2、由于本發(fā)明采用分裂電阻束的方式，在其兩端設置均壓環(huán)，大幅度地降低了取樣電阻表面的場強，以確保傳感器在串入特高壓線路后，連接處不會發(fā)生電擊穿的現(xiàn)象，從而具有強抗電擊穿性能。3、由于本發(fā)明可以采用多組分裂電阻束串聯(lián)連接的方式，因此能夠具備多個測量量程，分別用來測量不同幅值范圍的電暈電流，從而使得測量結果更為準確。 本發(fā)明可以廣泛地應用于最高士 1200KV的直流特高壓環(huán)境中，實現(xiàn)特高壓輸電線路中電暈電流的寬頻域精確測量。


圖1是本發(fā)明的結構示意2是本發(fā)明分裂電阻的分布示意3是本發(fā)明均壓環(huán)與金屬法蘭盤連接示意4是本發(fā)明測量原理示意5是本發(fā)明的阻抗特性圖6是本發(fā)明電暈電流測量值與實驗中央控制室觀測值的對比圖
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明進行詳細的描述。如圖1所示，本發(fā)明包括一圓筒型的取樣電阻1、一絕緣管2、兩絕緣法蘭盤3、兩均壓環(huán)4、兩金屬法蘭盤5和一分流電阻6。取樣電阻1的中空處穿設有絕緣管2，絕緣管2的兩端分別熱熔焊接一絕緣法蘭盤 3，也可以采用其它方式固定連接，不限于此。兩均壓環(huán)4分別通過設置在其中心部位處的一金屬法蘭盤5固定在兩絕緣法蘭盤3上，通過兩均壓環(huán)4可以進一步降低取樣電阻1表面的電場場強，并確保本發(fā)明在串入特高壓線路后，連接處不會發(fā)生電擊穿的現(xiàn)象。金屬法蘭盤5的一端，在測量電暈電流時通過屏蔽導線連接在需要測量電暈電流的特高壓輸電線路中；另一端則通過屏蔽導線連接取樣電阻1的一端，取樣電阻1的另一端通過屏蔽導線連接至另一金屬法蘭盤5。取樣電阻1的兩端還通過屏蔽導線并聯(lián)一分流電阻6，通過分流電阻6可以保護本發(fā)明內(nèi)部始終有電流通過，不會因故障而燒毀，該分流電阻6設置在絕緣管 2內(nèi)部。上述實施例中，取樣電阻1包括一組以上的相互串聯(lián)的低感分裂電阻束11，分裂電阻束11的組數(shù)與所需測量量程的個數(shù)一致，本發(fā)明以兩組為例。每組分裂電阻束11包括若干個相互并聯(lián)的分裂電阻12，為了降低取樣電阻1表面的電場場強，分裂電阻12以圓環(huán)式均勻分布(如圖2所示)。其中，相鄰兩組分裂電阻束11之間通過一雙頭金屬屏蔽環(huán)13串連連接；位于端部的分裂電阻束11的靠外端則設置一單頭金屬屏蔽環(huán)14，從而由此形成取樣電阻1。在測量電暈電流時，根據(jù)不同的測量量程，可以選擇兩個不同的金屬屏蔽環(huán)通過屏蔽導線與外部的電壓數(shù)據(jù)采集裝置連接，以讀取相應分裂組束上的電壓。上述實施例中，各雙頭金屬屏蔽環(huán)13和單頭金屬屏蔽環(huán)14均可以采用金屬鋁制成，絕緣管2可以采用高強度的PE材料制成。由于本發(fā)明在使用時串聯(lián)在特高壓管網(wǎng)線中，處于特高壓電位環(huán)境中，它的表面電場強度必須低于空氣擊穿場強，而依據(jù)Peek公式可知，當環(huán)境溫度為25攝氏度時，空氣擊穿場強大約為30kV/cm，因此在具體設計時，考慮到各種環(huán)境因素的影響，依據(jù)特高壓輸電線路的電壓等級值，采用虛擬樣機技術，對本發(fā)明的具體結構參數(shù)，如分裂電阻的數(shù)目、 分裂電阻的半徑、均壓環(huán)的尺寸等參數(shù)進行設計，使其表面最大電場強度不超過15kV/cm， 從而確保其在測量過程中不會發(fā)生電暈放電現(xiàn)象。下面以用于測量IOOOkV特高壓直流輸電線路中電暈電流，且具有高低兩個測量量程的取樣電阻傳感器為例。其中，設計取樣電阻1包括兩組低感分裂電阻束11，每組分裂電阻束11包括二十個相互并聯(lián)的分裂電阻12，每個分裂電阻12的半徑為1. 6cm，每個均壓環(huán)4的環(huán)徑D為15cm，環(huán)直徑e為120cm(如圖3所示)，兩均壓環(huán)4間距L為80cm。另一方面，為確保本實施例的測量頻帶不低于30MHZ，兩個量程的取樣阻值，應該均遠小于頻率信號為30MHZ時整個裝置的分布容抗，低量程的電阻阻值設置為10 Ω，高量程的電阻阻值設置為50 Ω。分流電阻6的電阻阻值可以設置為500 Ω。如圖4所示，采用本發(fā)明測量電暈電流時，需通過其兩端的金屬法蘭盤用屏蔽導線串聯(lián)在特高壓輸電線路的高壓側的線路上，根據(jù)需要測量的電暈電流的幅值范圍，選取兩個金屬屏蔽環(huán)通過屏蔽導線與一電壓數(shù)據(jù)采集裝置連接，由該電壓數(shù)據(jù)采集裝置讀取其兩端的電壓信號，該電壓信號經(jīng)過數(shù)據(jù)采集裝置內(nèi)部的信號調理和高速A/D轉換之后，所獲得的數(shù)據(jù)再由隔離單元模塊發(fā)送，并經(jīng)過特高壓光纖絕緣子送達安全區(qū)域，再經(jīng)過室外光纖，輸送給本地的高性能計算機，進行進一步的分析或處理。采用本實施例進行實驗的相關實驗結果如下對本實施例進行高達1200KV的特高壓放電實驗。在實驗中，本實施例距離地面13 米，距離高壓產(chǎn)生端15米，電暈現(xiàn)象通過Of il ’ s SuperB紫外成像儀來捕捉電暈斑點，實驗結果顯示，當本實施例位于1200KV的特高壓環(huán)境中時，電暈放電計數(shù)為零，即沒有放電擊穿的現(xiàn)象發(fā)生。雖然本實施例的具體參數(shù)是根據(jù)IOOOkV特高壓輸電線路中的抗電擊穿性能的要求而設定，但是對高達1200KV的特高壓，本實施例仍然能夠滿足抗電擊穿性能的要求。采用型號為E5061A 300k_l. 5GHz的安捷倫網(wǎng)絡分析儀對本實施例的高阻值量程的阻抗特性進行了測試，測量結果如圖5所示，當測量信號的頻率低于30MHz時，本實施例的阻抗基本保持在50 Ω不變，因此滿足寬測量頻帶30ΜΗΖ的要求。另外，當信號頻率大于 30ΜΗΖ時，本實施例的阻抗特性發(fā)生了明顯變化，該問題可以采用在后端的電壓數(shù)據(jù)采集裝置中添加一低通濾波器的方法解決。將本實施例安裝在真實的IOOOkV的特高壓直流輸電線路中，并利用其測量電暈電流。實驗在北京特高壓直流試驗基地進行。該試驗基地建有全長1084米的試驗線段， 可作同塔雙回試驗，雙回直流電壓等級最高可以達到士 1200kV。其特高壓雙極直流發(fā)生器作為特高壓直流試驗基地的直流電源，輸出電壓最高可以達到為士 1200kV，輸出電流為 0. 5A。在不同輸電電壓下對電暈電流進行測量，并將該實驗所測得的電暈電流測量值與實驗中中央控制室所獲得的觀測值進行對比，由圖6可知，本發(fā)明可以準確的采集電暈電流。上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結構、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發(fā)明的保護范圍之外。
權利要求
1.一種特高壓電暈電流取樣電阻傳感器，其特征在于它包括一圓筒型的取樣電阻、 一絕緣管、兩絕緣法蘭盤、兩均壓環(huán)、兩金屬法蘭盤和一分流電阻；所述取樣電阻的中空處穿設所述絕緣管，所述絕緣管的兩端分別固定連接一所述絕緣法蘭盤；兩所述均壓環(huán)分別通過設置在其中心部位的一所述金屬法蘭盤固定在兩所述絕緣法蘭盤上；所述金屬法蘭盤的一端通過屏蔽導線連接在需要測量電暈電流的特高壓輸電線路中，另一端通過屏蔽導線連接所述取樣電阻的一端，所述取樣電阻的另一端通過屏蔽導線連接至另一所述金屬法蘭盤；所述取樣電阻通過屏蔽導線與所述分流電阻并聯(lián)；所述分流電阻設置在所述絕緣管內(nèi)部。
2.如權利要求1所述的一種特高壓電暈電流取樣電阻傳感器，其特征在于所述絕緣管采用PE材料制成。
3.如權利要求1的一種特高壓電暈電流取樣電阻傳感器，其特征在于所述絕緣管的兩端與所述絕緣法蘭盤的固定方式均采用熱熔焊接。
4.如權利要求2的一種特高壓電暈電流取樣電阻傳感器，其特征在于所述絕緣管的兩端與所述絕緣法蘭盤的固定方式均采用熱熔焊接。
5.如權利要求1 4任一項所述的一種特高壓電暈電流取樣電阻傳感器，其特征在于 所述取樣電阻包括一組以上低感分裂電阻束，所述分裂電阻束包括若干個相互并聯(lián)的分裂電阻。
6.如權利要求5所述的一種特高壓電暈電流取樣電阻傳感器，其特征在于相鄰兩組所述分裂電阻束之間通過一雙頭金屬屏蔽環(huán)串連連接，位于端部的兩組所述分裂電阻束的靠外端分別設置一單頭金屬屏蔽環(huán)。
7.如權利要求6所述的一種特高壓電暈電流取樣電阻傳感器，其特征在于所述雙頭金屬屏蔽環(huán)和所述單頭金屬屏蔽環(huán)采用金屬鋁制成。
8.如權利要求5所述的一種特高壓電暈電流取樣電阻傳感器，其特征在于所述分裂電阻以圓環(huán)式均勻分布。
9.如權利要求6或7所述的一種特高壓電暈電流取樣電阻傳感器，其特征在于所述分裂電阻以圓環(huán)式均勻分布。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種特高壓電暈電流取樣電阻傳感器，它包括一圓筒型的取樣電阻、其中空處穿設一絕緣管，絕緣管的兩端分別固定連接一絕緣法蘭盤；兩均壓環(huán)分別通過設置在其中心部位的一金屬法蘭盤固定在兩絕緣法蘭盤上；金屬法蘭盤的一端通過屏蔽導線連接在需要測量電暈電流的特高壓輸電線路中；另一端則通過屏蔽導線連接取樣電阻的一端，取樣電阻的另一端通過屏蔽導線連接至另一金屬法蘭盤；取樣電阻通過屏蔽導線與分流電阻并聯(lián)；分流電阻設置在絕緣管內(nèi)部。本發(fā)明可以廣泛地應用于最高±1200KV的直流特高壓環(huán)境中，實現(xiàn)特高壓輸電線路中電暈電流的寬頻域精確測量。
文檔編號G01R19/00GK102401852SQ201110268069
公開日2012年4月4日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權日2011年9月9日
發(fā)明者劉元慶, 劉穎異, 崔勇, 楊慶華, 袁海文, 陸家榆 申請人:中國電力科學研究院, 袁海文