專利名稱：一種用于直流試驗線段的寬頻帶電暈電流測量系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于高壓測量領域，涉及一種直流電暈電流測量裝置，具體地說涉及試驗線段電暈電流測量裝置，其適用于旨在分析各種電壓下電暈電流各種頻率成份的試驗，也適用于分析電暈特性和起暈特性的試驗。
背景技術：
當輸電線路導線周圍電場強度超過空氣擊穿場強時，鄰近導線附近的空氣產生電離形成電暈放電，電暈放電將產生可聽噪聲、無線電干擾和電暈損失等，對環(huán)境和運行造成一定的影響。從建設和運行成本以及環(huán)境保護等多方面因素考慮，合理設計導線，適度控制電暈效應，對發(fā)展特高壓輸電非常重要。電暈電流是反應電暈效應、起暈特性的重要指標，·因此準確的測得電暈電流的各個頻率成分具有重要的意義。上世紀六七十年代，美國、前蘇聯(lián)、加拿大、意大利、法國、日本等國為了各國輸電線路的建設，相繼建立了試驗線段，開展了電暈損失的測量研究。由于受各國輸電電壓等級的限制，大多數國家開展的電暈損失研究局限于超高壓輸電線路，僅美國、前蘇聯(lián)和意大利等極少數國家做過特高壓試驗線路的相關試驗。到目前為止，國外這類特高壓電暈損失試驗持續(xù)的時間較短、試驗經歷的氣象條件還不周全、導致試驗數據很不完備，需要進一步開展長時間的試驗和實測研究。目前，研究直流電暈特性的方法主要有兩種一種是基于電暈籠，研究單雙極性導線的無線電干擾，可聽噪聲以及電暈損失等特性；另一種是基于單極性或者雙極性的試驗線段進行電暈特性的短時研究和長期監(jiān)測。傳統(tǒng)的直流試驗線段電暈電流測量，是在電源和線路中間串入微安表等電流表計，或者采樣電阻利用光纖傳輸到低壓測，這種方法很好的解決了高低壓側的隔離問題，能夠準確的計算得到直流線路的電暈損失值。但是傳統(tǒng)的采樣方式的采樣頻率大都相對較低，而導線在發(fā)生電暈的時候，會產生高頻的電暈脈沖，對研究導線的電暈特性具有重要的意義。有關這方面的文獻報道例如申請?zhí)枮?00920107131. 4的名為一種電暈電流測量裝置的實用新型專利，涉及一種電暈電流測量裝置，其特征在于它包括一光電轉換模塊，光電轉換模塊由一高壓側信號調制裝置和一低壓側信號解調裝置組成，高壓側信號調制裝置的一端端口與一高壓電源連接，高壓電源給一與高壓側信號調制裝置另一端口串聯(lián)的一試驗用試品供電，高壓側信號調制裝置的輸出端通過光纖與低壓側信號解調裝置連接；高壓側信號調制裝置由一高壓側微電流/電壓變換單元與一高壓側信號調制單元串聯(lián)組成，具有獨立電源開關；低壓側信號解調裝置內置有一低壓側信號解調單元，并且低壓側信號解調裝置的外殼接地，具有獨立電源開關。此實用新型由于利用光電轉換技術，因此可以實現(xiàn)對高壓端電暈電流信號波形的傳輸和記錄。然而，該專利僅僅提供了一種可以實現(xiàn)對高壓端電暈電流進行測量的手段，其并沒有提供一種系統(tǒng)的、全面的測量和分析寬頻帶直流電暈電流進而得到分析電暈特性和起暈特性的思路。有鑒于此，有必要提供一種用于直流試驗線段的寬頻帶電暈電流測量系統(tǒng)，可以實現(xiàn)電暈電流各個頻率成分的準確測量，進而為分析直流導線的電暈特性如電暈損失特性等提供支持，以滿足工業(yè)應用需要。
發(fā)明內容本實用新型的目的是提供一種試驗線段寬頻帶電暈電流測量系統(tǒng)，它測量準確度高，沒有絕緣問題，操作方便，不存在安全隱患，尤其能夠采集寬頻帶的電暈電流，分析電暈電流高頻成份，電壓信號通過高精度電阻分壓器結合高精度數據采集卡采集，通過GPS同步授時，實現(xiàn)電流信號和電壓信號的同步采集，為分析其電暈電流的各種頻率的成分和直流導線的電暈損失特性打下基礎。本實用新型所采用的技術方案是一種用于直流試驗線段的寬頻帶電暈電流測量系統(tǒng)，其特征在于包括高速同步采集模塊和高速無線傳輸網絡；所述高速同步采集模塊包括電阻采樣單元、上位機采集單元，電阻分壓器、下位機采集單元；上位機采集單元包括高速數據采集卡、供電模塊以及GPS同步時鐘；下位機采集單元包括高速數據采集卡、供電模塊以及GPS同步時鐘；電阻采樣單元和上位機采集單元的高速數據采集卡通過同軸電纜連接，電阻分壓器和下位機采集單元通過同軸電纜連接；上位機采集單元和下位機采集單元通過無線網絡連接；所述高速無線傳輸網絡包括兩塊無線網卡，一個無線路由器，通過TCP/IP協(xié)議建立無線局域網連接；上位機采集單元和下位機采集單元接收安裝在自身的GPS同步時鐘的觸發(fā)信號，實現(xiàn)上位機采集單元和下位機采集單元的電流信號和電壓信號的同步采集，上位機采集單元通過無線網絡將電流信號傳輸到下位機采集單元，下位機采集單元接收上位機采集到的電流信號，得到寬頻帶的電暈電流信號。如上所述的用于直流試驗線段的寬頻帶電暈電流測量系統(tǒng)，其特征在于，所述高速同步采集模塊還包括直流電壓發(fā)生器、風速傳感器、溫濕度傳感器、雨量傳感器。如上所述的用于直流試驗線段的寬頻帶電暈電流測量系統(tǒng)，其特征在于，所述高速數據采集卡的型號為凌華PXI-9820數據采集卡。如上所述的用于直流試驗線段的寬頻帶電暈電流測量系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機采集單元放置在法拉第籠中，并固定在試驗線段導線均壓環(huán)能保護到的范圍內，使處在高電位的上位機采集單元與外界電磁屏蔽。如上所述的用于直流試驗線段的寬頻帶電暈電流測量系統(tǒng)，其特征在于，所述高速無線傳輸網絡的理論傳輸速度為300Mbps,它采用的是兩個傳輸速度為300Mbps的無線網卡及一個傳輸速度為300Mbps的無線路由器。如上所述的用于直流試驗線段的寬頻帶電暈電流測量系統(tǒng)，其特征在于，在電阻采樣單元的采樣電阻兩端安裝瞬態(tài)電壓抑制器和壓敏電阻，保護高壓側電暈電流測量系統(tǒng)的安全。本實用新型的有益效果是I、測量精確度高通過對上位機的屏蔽處理，大大提升了設備的抗電磁干擾能力，將背景干擾極大的降低；大功率的精密無感電阻作為電流傳感器，這樣可以保證電阻本身不會被瞬態(tài)電壓和電流破壞，將精密無感電阻串聯(lián)接入特高壓輸電線路導線中，保證了波形不會發(fā)生二次畸變，并且能夠準確的反映電流信息。2、安全系數高、易操作無線網卡和無線路由器組成的無線局域網絡的高速傳輸系統(tǒng)，無線網絡不需要鋪設明線，組網方便，使用便捷，從而使高壓端和低壓端沒有電氣聯(lián)系，沒有電絕緣的問題，在主控室內工控機上進行軟件操作，操作方便，沒有安全隱患。3、高采集和傳輸速率本系統(tǒng)的采集模塊使用的是凌華PXI高速同步采集卡PXI9820，能實現(xiàn)數據的高速采集，并通過高傳輸速率的無線網卡和無線路由器組成的無線網絡將數據傳輸到下位機，能夠采集到電暈電流信號的高頻部分，采集到寬頻帶的電暈電流。4、高同步性本系統(tǒng)通過先進的GPS同步授時技術，基于GPS衛(wèi)星，給予上位機和下位機精準的基準時間信號，上位機的電流信號和下位機的電壓信號同時采集，保證了電流信號和電壓信號采集的高同步性。通過軟件編程可以實現(xiàn)電壓電流整秒，整分或者整時的同步測量。

圖I是本實用新型實施例用于直流試驗線段的寬頻帶電暈電流測量系統(tǒng)的結構示意圖。圖2是圖I中無線網絡示意圖。圖3是圖I中電阻采樣單元I. 2的結構示意圖。圖4是圖3中電路板3. 3的結構圖。圖5是測量系統(tǒng)的軟件流程框圖。圖6是測量系統(tǒng)的角差測試結果。圖7是測量系統(tǒng)的比差測試結果。圖8是寬頻帶電暈電流波形圖。
具體實施方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結合實施例進一步闡明本發(fā)明的內容，但本發(fā)明的內容不僅僅局限于下面的實施例。本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣在本申請所列權利要求書限定范圍之內。圖I中標記的說明1. I-直流電壓發(fā)生器；1. 2-電阻采樣單元；1. 3-上位機采集單元；1. 4-試驗線段；1. 5-風速傳感器；1. 6-溫濕度傳感器；1. 7-雨量傳感器；1. 8-電阻分壓器；1. 9-下位機采集單元。圖2中標記的說明2· I-上位機300Mbps無線網卡；2· 2_300Mbps無線路由器；
2.3-下位機無線網卡，兩塊無線網卡通過無線路由器組成局域網，并且實現(xiàn)300Mbps的傳輸速度。圖3中標記的說明3. I-前導電銅棒；3. 2-銅箔；3. 3_電路板；3. 4_精密無感電阻；3. 5-螺絲；3. 6-環(huán)氧樹脂板；3. 7-后導電銅棒。圖4中標記的說明4. I-精密無感電阻；4. 2-瞬態(tài)電壓抑制器；4. 3-壓敏電阻；4.4-電流信號串入端子；4. 5-測量端子。如圖I所示，本實用新型的試驗線段寬頻帶電暈電流測量系統(tǒng)，它包括高速同步采集模塊和高速無線傳輸網絡。所述的高速同步采集模塊包括直流電壓發(fā)生器I. 1，電阻采樣單元I. 2，上位機采集單元I. 3，風速傳感器I. 5，溫濕度傳感器I. 6，雨量傳感器I. 7，精密電阻分壓器I. 8以及下位機采集單元I. 9。電阻采樣單元I. 2和上位機采集單元I. 3上的PXI-9820高速數據采集卡電連接，電阻分壓器I. 8和下位機采集單元I. 9通過同軸電纜電連接，上位機采集單元
I.3和下位機采集單元I. 9通過無線網絡連接。上位機采集單元I. 3，包括無線網卡，GPS同步時鐘，供電單元，以及上位機數據采集卡，整個上位機采集單元放置在法拉第籠中，并固定在試驗線段導線均壓環(huán)能保護到的
范圍內，使處在高電位的上位機采集單元I. 3與外界電磁屏蔽。高速無線傳輸網絡單元，其特征在于理論傳輸速度300Mbps，它包括兩塊傳輸速度為300Mbps的TP-Link無線網卡2. I和2. 3，一個傳輸速度為300Mbps的無線路由器2. 2，通過TCP/IP協(xié)議建立無線局域網連接。如圖2所示。上位機采集單元I. 3和下位機采集單元I. 9接收安裝在自身的GPS同步時鐘的觸發(fā)信號，實現(xiàn)上位機和下位機電流信號和電壓信號的同步采集，上位機通過無線網絡將電流信號傳輸到下位機，下位機接收上位機采集到的電流信號，得到寬頻帶的電暈電流信號，為進一步的分析電暈電流中的阻性成分，容性成分和頻譜分析等打下基礎。本實用新型的原理是電流信號提取部分，用大功率的精密無感電阻作為電流傳感器，并在無感電阻兩端并聯(lián)壓敏電阻和TVS管，這樣可以保證電阻本身不會被瞬態(tài)電壓和電流破壞。將電阻串聯(lián)接在試驗線段和電源之間，并且由于電阻精密無感，導線中的電流流過電阻，在電阻兩端產生與導線電流同相位的電壓信號，保證波形沒有畸變，能夠準確的反映電流信息。電壓信號采集部分，應用高精度電阻分壓器提取電壓信號，用下位機的PXI-9820高速數據采集卡采集電壓信號。上位機的電流信號和下位機的電壓信號通過GPS同步時鐘授時，可以選擇整秒，整分，整時觸發(fā)，同時觸發(fā)電壓和電流的采集，實現(xiàn)電壓和電流采集的同步性。上位機將采集到的電流數據通過高速無線網絡傳輸到下位接收機，下位機同時采集電壓信號，同樣通過虛擬儀器技術編程，接收上位機傳輸的電流信號，存儲電壓，電流信號。采用的無線網卡2. I和2. 3為TL-WN821N，傳輸速率為傳輸速率300Mbps，USB接口，符合的網絡標準為IEEE 802. lln、IEEE 802. llg、IEEE 802. 11b，采用的無線路由器為TL-WR841N，傳輸速率為300Mbps，最大有效距離室內100m，室外400m。圖3、圖4所示，電路板3. 3，精密無感電阻3. 4串聯(lián)接入電阻采樣單元I. 2中，電阻采樣單元安裝在金屬盒內，起到電流采集單元與外界干擾電磁屏蔽的作用。在采樣電阻的兩端安裝瞬態(tài)電壓抑制器(Transient Voltage Suppressor, TVS)4. 2和壓敏電阻4· 3,保護高壓側電暈電流測量系統(tǒng)的安全。本測量系統(tǒng)所采用的采集卡是由凌華公司生產的ΡΧΙ-9820采集卡I. 6和I. 10是2路65Μ 14bit同步數據采集卡，配512M內存，觸發(fā)方式靈活，可以模擬和數字觸發(fā)，增益可調，采樣范圍是±5V或± IV可選，最高采樣率單通道130M。本系統(tǒng)的軟件流程圖如如圖5所示。應用PXI9820高速同步數據采集卡，基于GPS同步時鐘技術實現(xiàn)電壓和電流信號的準確和同步測量，通過無線網絡技術實現(xiàn)數據的高速傳輸。在工業(yè)控制計算機上基于“軟件即設備”思想，采用虛擬儀器技術，應用LabVIEW軟件開發(fā)程序，在設備和程序安裝調試完成后，進入程序上位機和下位機出入進入觸發(fā)等待狀態(tài)，在整時/分/秒(根據程序設置)GPS同步時鐘發(fā)出TTL脈沖信號，在接收到觸發(fā)的脈沖信號后，上位機和下位機采集激活，分別同時采集電流和電壓信號，上位機將所測量到的電流信號先保存，然后再由無線網絡傳輸到下位機，下位機同樣通過應用LabVIEW軟件開發(fā)接收程序,接收上位機傳來的數據。同時對上位機和下位機施加相同的信號(幅值IV,頻率50Hz)，通過LabVIEW誤差測試軟件得到電壓和電流的角差和比差分別如圖6和圖7所示，其中角差的平均值為O. 14’，比差的平均值為-O. 04%。 本實用新型測量實例如下目前已應用此系統(tǒng)，對特高壓基地試驗線段導線電暈電流進行了測試，試驗設備安裝在定制的線路均壓環(huán)能保護到的范圍內，為了保證無線網絡信號的強度，下位機測量點選在距離試驗線段50m的戶外，由于試驗是短時測量，GPS觸發(fā)脈沖選擇分脈沖，在下位機遠程控制上位機運行，監(jiān)測上位機的運行狀態(tài)，登陸并運行寬頻帶電暈電流測量系統(tǒng)，采用逐級升壓法進行升壓，測量整個加壓從電暈起始、發(fā)展，強烈至熄滅的整個過程。圖8是采樣率為60M/s，對試驗線段導線施加600kV電壓得到的電暈電流波形圖，從圖中已可以明顯的觀察到電暈電流的高頻脈沖。本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業(yè)技術人員公知的現(xiàn)有技術。
權利要求1.一種用于直流試驗線段的寬頻帶電暈電流測量系統(tǒng)，其特征在于包括高速同步采集模塊和高速無線傳輸網絡； 所述高速同步采集模塊包括電阻采樣單元、上位機采集單元，電阻分壓器、下位機采集單元；上位機采集單元包括高速數據采集卡、供電模塊以及GPS同步時鐘；下位機采集單元包括高速數據采集卡、供電模塊以及GPS同步時鐘；電阻采樣單元和上位機采集單元的高速數據采集卡通過同軸電纜連接，電阻分壓器和下位機采集單元通過同軸電纜連接；上位機采集單元和下位機采集單元通過無線網絡連接； 所述高速無線傳輸網絡包括兩塊無線網卡，一個無線路由器，通過TCP/IP協(xié)議建立無線局域網連接； 上位機采集單元和下位機采集單元接收安裝在自身的GPS同步時鐘的觸發(fā)信號，實現(xiàn)上位機采集單元和下位機采集單元的電流信號和電壓信號的同步采集，上位機采集單元通過無線網絡將電流信號傳輸到下位機采集單元，下位機采集單元接收上位機采集到的電流信號，得到寬頻帶的電暈電流信號。
2.根據權利要求I所述的用于直流試驗線段的寬頻帶電暈電流測量系統(tǒng)，其特征在于，所述高速同步采集模塊還包括直流電壓發(fā)生器、風速傳感器、溫濕度傳感器、雨量傳感器。
3.根據權利要求I所述的用于直流試驗線段的寬頻帶電暈電流測量系統(tǒng)，其特征在于，所述高速數據采集卡的型號為凌華PXI-9820數據采集卡。
4.根據權利要求I所述的用于直流試驗線段的寬頻帶電暈電流測量系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機采集單元放置在法拉第籠中，并固定在試驗線段導線均壓環(huán)能保護到的范圍內，使處在高電位的上位機采集單元與外界電磁屏蔽。
5.根據權利要求I所述的用于直流試驗線段的寬頻帶電暈電流測量系統(tǒng)，其特征在于，所述高速無線傳輸網絡的理論傳輸速度為300Mbps，它采用的是兩個傳輸速度為300Mbps的無線網卡及一個傳輸速度為300Mbps的無線路由器。
6.根據權利要求I所述的用于直流試驗線段的寬頻帶電暈電流測量系統(tǒng)，其特征在于，在電阻采樣單元的采樣電阻兩端安裝瞬態(tài)電壓抑制器和壓敏電阻，保護高壓側電暈電流測量系統(tǒng)的安全。
專利摘要本實用新型提供一種用于直流試驗線段的寬頻帶電暈電流測量系統(tǒng)，其特征在于包括高速同步采集模塊和高速無線傳輸網絡；所述高速同步采集模塊包括電阻采樣單元、上位機采集單元，電阻分壓器、下位機采集單元；上位機采集單元包括高速數據采集卡、供電模塊以及GPS同步時鐘；下位機采集單元包括高速數據采集卡、供電模塊以及GPS同步時鐘；電阻采樣單元和上位機采集單元的高速數據采集卡通過同軸電纜連接，電阻分壓器和下位機采集單元通過同軸電纜連接；上位機采集單元和下位機采集單元通過無線網絡連接。該測量系統(tǒng)測量準確度高，沒有絕緣問題，操作方便，不存在安全隱患。
文檔編號G01R19/00GK202720257SQ20122024554
公開日2013年2月6日 申請日期2012年5月29日 優(yōu)先權日2012年5月29日
發(fā)明者劉云鵬, 謝雄杰, 朱雷, 霍鋒, 周國楊, 李玥翰 申請人:中國電力科學研究院, 華北電力大學(保定), 國家電網公司