一種直流輸電系統(tǒng)換流站雷電侵入波采樣裝置及采樣方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直流輸電系統(tǒng)換流站雷電侵入波采樣裝置及采樣方法，所述裝置包括金屬圓盤、金屬支柱和采樣電阻；所述金屬圓盤水平置于換流站直流母線正下方，通過金屬支柱支撐；所述金屬支柱一端與金屬圓盤中心相連，另一端接地；所述采樣電阻設(shè)置于金屬支柱中間段；所述雷電侵入波采樣方法采用本發(fā)明裝置，當雷電侵入換流站時，獲取采樣電阻兩端電壓，根據(jù)雜散電容與采樣電阻兩端電壓獲取換流站母線雷電侵入波分量。采用本發(fā)明提供的裝置以及方法能夠?qū)崿F(xiàn)對換流站雷電侵入波的在線監(jiān)測，對換流站設(shè)備影響小、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、易于安裝；而且本發(fā)明裝置具有隔直取交的功能，采用本發(fā)明的裝置進行雷電侵入波采樣的方法具有較高測量精度。
【專利說明】-種直流輸電系統(tǒng)換流站雷電侵入波采樣裝置及采樣方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)過電壓監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體設(shè)及一種直流輸電系統(tǒng)換流站雷 電侵入波采樣裝置及采樣方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 雷擊是影響高壓直流輸電工程安全運行的主要原因之一，雷擊引起的電磁暫態(tài)過 程易導致?lián)Q流站主設(shè)備絕緣損壞、控制保護失靈，甚至誘發(fā)嚴重事故。監(jiān)測直流輸電系統(tǒng)換 流站的雷電侵入波，能有效支撐高壓直流輸電工程雷擊事故過程的復(fù)原分析，并能有針對 性地采取相應(yīng)的防護措施，從而提高直流輸電系統(tǒng)的安全性能。
[0003] 目前，雷電侵入波在線采樣方法包括；套管末屏法、CVT(電容式電壓互感器）響應(yīng) 電流法、羅氏線圈法等。該些方法均有一定的局限性；套管末屏法中末屏接地線解開后，改 變了一次設(shè)備接地方式，易因接觸不良、套管末屏懸浮電位等原因造成末屏放電，引起絕緣 或系統(tǒng)事故；CVT內(nèi)部含有補償電抗器和阻巧器，較難準確獲得其寬頻等效電路，影響測量 精度；羅氏線圈法需要將傳感器安裝在高壓端，安裝、維護等均不方便，而且在直流系統(tǒng)中 無法利用羅氏線圈兼做取能器件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的W上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種直流輸電系統(tǒng)換流站雷 電侵入波采樣裝置及采樣方法，其目的在于通過阻容分壓回路獲取雷電侵入波分量，由此 解決現(xiàn)有技術(shù)安全性不高、測量精度較低、安裝維護不便的問題。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種直流輸電系統(tǒng)換流站雷電侵入波采樣裝置及 采樣方法，所述裝置包括金屬圓盤、金屬支柱和采樣電阻；所述金屬圓盤水平置于換流站直 流母線正下方，通過金屬支柱支撐；所述金屬支柱一端與金屬圓盤中屯、相連，另一端接地； 所述采樣電阻設(shè)置于金屬支柱中間段，將金屬支柱分割成不相連的上、下兩段，采樣電阻通 過上段金屬支柱與金屬圓盤相連、通過下段金屬支柱與大地相連；所述金屬圓盤與換流站 直流母線形成雜散電容，雜散電容與采樣電阻構(gòu)成阻容分壓回路。
[0006] 優(yōu)選的，所述金屬圓盤采用鍛鋒銅板，所述銅板半徑范圍為500mm?1000mm，厚度 范圍為2mm?5mm ;銅板半徑與厚度的選取主要考慮W下因素；銅板與換流站直流母線形成 的雜散電容大小合適，便于現(xiàn)場安裝。
[0007] 優(yōu)選的，所述金屬支柱采用銅管，外徑范圍為40mm?60mm，內(nèi)徑范圍為30mm? 50mm，長度1000mm;金屬支柱直徑與長度參數(shù)選取主要考慮W下因素：選取的金屬支柱能 夠穩(wěn)定支撐頂端金屬圓盤，支柱粗細便于安裝采樣電阻，避免金屬圓盤離換流站直流母線 距離太近導致母線對地放電。
[000引優(yōu)選的，所述采樣電阻等效阻值為1 Q，設(shè)計成鼠籠結(jié)構(gòu)，由8?12個無感電阻并 聯(lián)組成，電阻兩端信號通過BNC接頭（同軸電纜連接器）引出。
[0009] 優(yōu)選的，所述金屬圓盤采用鍛鋒銅板，厚度2mm，半徑500mm。
[0010] 優(yōu)選的，所述金屬支柱采用的銅管，外徑40mm，內(nèi)徑30mm，長度1000mm。
[0011] 優(yōu)選的，所述采樣電阻由10個阻值為10Q的無感電阻并聯(lián)而成。
[0012] 本發(fā)明提供的一種直流輸電系統(tǒng)換流站雷電侵入波采樣方法，采用本發(fā)明的雷電 侵入波采樣裝置，包括W下步驟：
[0013] (1)獲取金屬圓盤與換流站直流母線之間的雜散電容值；
[0014] (2)獲取采樣電阻兩端的電壓值；
[0015] (3)根據(jù)所述雜散電容值與所述電壓值，采用貝杰龍炬ergeron)法獲取換流站母 線雷電侵入波分量。
[0016] 優(yōu)選的，所述雷電侵入波采樣方法的步驟（2)進一步包括W下子步驟：
[0017] (2. 1)將所述裝置的采樣電阻連上電光轉(zhuǎn)換器；
[0018] (2. 2)當雷電侵入換流站時，采樣電阻兩端電壓信號通過電光轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為光學 信號，解調(diào)光學信號獲取采樣電阻兩端電壓值。
[0019] 本發(fā)明的工作原理為；金屬圓盤置于直流母線下方，兩者之間形成雜散電容，然后 與采樣電阻串聯(lián)構(gòu)成阻容分壓回路；系統(tǒng)正常運行時，母線電壓為直流，雜散電容等效于開 路，采樣電阻沒有信號輸出；雷電侵入換流站時，母線電壓由直流分量和高頻雷電波分量疊 力口，高頻雷電波在采樣電阻上產(chǎn)生壓降，測量采樣電阻兩端電壓，根據(jù)波傳播理論，計算出 直流母線上的高頻雷電波分量。
[0020] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有 益效果：
[0021] (1)本發(fā)明的裝置構(gòu)成的阻容分壓回路與換流站高壓直流母線無直接的電氣連 接，可避免在換流站中安裝分壓設(shè)備給電網(wǎng)帶來潛在性危險，安全性高，且安裝方便，維護 簡單；
[0022] (2)本發(fā)明的裝置構(gòu)成的阻容分壓回路在換流站正常運行時，采樣電阻沒有電壓 輸出，因此采用本發(fā)明方法實現(xiàn)對換流站雷電侵入波的在線監(jiān)測，對換流站設(shè)備影響??； [002引 做本發(fā)明的裝置構(gòu)成的阻容分壓回路，只在雷電侵入換流站時才有電壓輸出，采 用本發(fā)明的方法進行雷電侵入波采樣時，使用基于光電效應(yīng)的電光轉(zhuǎn)換器測量采樣電阻電 壓時，不會因為電光轉(zhuǎn)換器晶體極化而影響測量精度，測量精度較高；
[0024] (4)本發(fā)明的裝置為無源裝置，對換流站設(shè)備的影響小；
[0025] (5)本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1換流站雷電侵入波采樣裝置W及原理示意圖；
[0027] 圖2是本發(fā)明的采樣裝置的貝杰龍等值網(wǎng)絡(luò)示意圖。

【具體實施方式】
[002引為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所設(shè)及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0029] 如圖1所示一種直流輸電系統(tǒng)換流站雷電侵入波采樣裝置及其原理的示意圖，所 述裝置包括；金屬圓盤、金屬支柱和采樣電阻。
[0030] 實施例1 ;金屬圓盤采用鍛鋒銅板，厚度2mm，半徑500mm，距離地面高度1000mm ; 金屬支柱義用銅管，外徑40mm，內(nèi)徑30mm，長度1000mm，通過螺絲將金屬支柱上端與金屬 圓盤中屯、相連；采樣電阻采用鼠籠結(jié)構(gòu)，由10個阻值10 Q無感電阻并聯(lián)而成，電阻兩端電 壓信號通過BNC頭輸出，電阻設(shè)置于金屬支柱中間段，將金屬支柱分割成不相連的上、下兩 段，采樣電阻通過上段金屬支柱與金屬圓盤相連、通過下段金屬支柱與大地相連；所述裝置 的采樣電阻的BNC接頭通過屏蔽電纜與基于BGO (錯酸餓）晶體的電光轉(zhuǎn)換器相連。
[0031] 所述裝置的金屬圓盤位于換流站直流母線正下方，特高壓直流輸電工程直流母線 對地高度17m，半徑100mm，利用COMSOL仿真軟件獲取金屬圓盤與直流母線之間的雜散電容 C 為 1. 5pF。
[0032] 實施例2至3,所述裝置的參數(shù)還可選取如下表1所列的值：
[0033] 表1采樣裝置參數(shù)列表
[0034]

【權(quán)利要求】
1. 一種直流輸電系統(tǒng)換流站的雷電侵入波采樣裝置，其特征在于，所述裝置包括金屬 圓盤、金屬支柱和采樣電阻； 所述金屬圓盤水平置于換流站直流母線正下方，由所述金屬支柱支撐；所述金屬支柱 一端與金屬圓盤中心相連，另一端接地； 所述采樣電阻設(shè)置于金屬支柱中間段，將金屬支柱分割成不相連的上、下兩段。
2. 按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述金屬圓盤采用鍍鋅銅板，所述銅板半 徑范圍為500mm?1000mm，厚度范圍為2mm?5mm。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述金屬支柱采用銅管，外徑范圍為 40mm?60mm，內(nèi)徑范圍為30mm?50mm，長度1000mm。
4. 按照權(quán)利要求1至3任一項所述的裝置，其特征在于，所述采樣電阻等效阻值為 1 D，設(shè)計成鼠籠結(jié)構(gòu)，由8?12個無感電阻并聯(lián)而成；所述采樣電阻兩端信號通過BNC接 頭引出。
5. 按照權(quán)利要求1至4任一項所述的裝置，其特征在于，所述鍍鋅銅板厚度2mm，半徑 500mm，距離地面高度1000mm。
6. 按照權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述銅管外徑40mm，內(nèi)徑30mm，長度 1000mm〇
7. 按照權(quán)利要求1至6任一項所述的裝置，其特征在于，所述采樣電阻由10個阻值 10 D的無感電阻并聯(lián)而成。
8. 按照權(quán)利要求1至7任一項所述的裝置，其特征在于，所述金屬圓盤與換流站直流母 線形成雜散電容，所述雜散電容與采樣電阻構(gòu)成阻容分壓回路。
9. 一種直流輸電系統(tǒng)換流站雷電侵入波采樣方法，其特征在于，所述方法采用權(quán)利要 求1至8任一項所述的裝置，具體步驟如下： (1) 獲取金屬圓盤與換流站直流母線之間的雜散電容的值； (2) 獲取雷電侵入換流站時采樣電阻兩端電壓的值； (3) 根據(jù)所述雜散電容與所述電壓，采用貝杰龍法獲取換流站母線雷電侵入波分量。
10. 按照權(quán)利要求9所述的直流輸電系統(tǒng)換流站雷電侵入波采樣方法，其特征在于，所 述步驟（2)還包括以下步驟： (2. 1)將所述裝置的采樣電阻連上電光轉(zhuǎn)換器； (2. 2)當雷電侵入換流站時，采樣電阻兩端電壓信號通過電光轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為光學信號， 解調(diào)光學信號獲取采樣電阻兩端電壓值。
【文檔編號】G01R31/00GK104502740SQ201410673728
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】何俊佳, 趙賢根, 厲天威, 賀恒鑫, 羅兵, 呂金壯, 王國利 申請人:中國南方電網(wǎng)有限責任公司電網(wǎng)技術(shù)研究中心, 華中科技大學